测量用信号源第六章2
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测控技术第六章
BW = fh - fl 通常示波器带宽主要取决于Y通道的上限频率。
上升时间是指示波器对理想阶跃信号的响应 时间。 Y通道的上升时间受带宽的限制，对于具 有一级RC电路的Y通道而言，其上升时间tr和带 宽BW的关系为
tr×BW = 0.35
偏转灵敏度和偏转因数：
示波器的偏转灵敏度定义为：在单位输入 信号电压的作用下屏幕上光点在垂直方向的偏 转距离，其单位为cm/V(或cm/mV )。
一、引言
1、显示信号的必要性
直观、多用途
2、示波器的分类
按示波器的用途和特点，可将其分为以下几类： （1）通用示波器：能在屏幕上同时观察一个到多个 信号波形，可对信号进行定性观察和定量测量。 （2）取样示波器：利用取样技术，将被测信号化为 包络与其相似的低频信号，再借助于通用示波器的原 理进行显示。 （3）存储示波器：可对信号进行存储，并进行显示 和测量。 （4）特殊示波器 是指能满足某种特殊需要的示波器。
2、通用示波器的基本原理 （1）通用示波器的基本组成
主机部分：主要包括示波管、z通道、电源和校准 信号发生器等。
垂直偏转系统（垂直通道，Y通道）：主要包括Y 通道输入电路、延时电路、Y通道放大器、输 出放大器等。为了观测多个波形，多踪示波 器还具有通道转换能力。
水平偏转系统（X通道）：由扫描发生器（时基 电路）、触发同步电路、水平放大器及增辉 电路（Z通道）等单元组成。
二、信号显示的基本原理
1、 示波器基本原理概述 （1）示波管
示波管是示波器的核心，它的主要作用 是在屏幕上形成光点，并在垂直信号和水 平信号偏转的作用下，将输入信号以图像 形式显示出来。
示波管一般分为静电式和电磁式两大类， 在示波器中的示波管大都是静电偏转式， 被称为静电式阴极射线示波管(CRT)。
上升时间是指示波器对理想阶跃信号的响应 时间。 Y通道的上升时间受带宽的限制，对于具 有一级RC电路的Y通道而言，其上升时间tr和带 宽BW的关系为
tr×BW = 0.35
偏转灵敏度和偏转因数：
示波器的偏转灵敏度定义为：在单位输入 信号电压的作用下屏幕上光点在垂直方向的偏 转距离，其单位为cm/V(或cm/mV )。
一、引言
1、显示信号的必要性
直观、多用途
2、示波器的分类
按示波器的用途和特点，可将其分为以下几类： （1）通用示波器：能在屏幕上同时观察一个到多个 信号波形，可对信号进行定性观察和定量测量。 （2）取样示波器：利用取样技术，将被测信号化为 包络与其相似的低频信号，再借助于通用示波器的原 理进行显示。 （3）存储示波器：可对信号进行存储，并进行显示 和测量。 （4）特殊示波器 是指能满足某种特殊需要的示波器。
2、通用示波器的基本原理 （1）通用示波器的基本组成
主机部分：主要包括示波管、z通道、电源和校准 信号发生器等。
垂直偏转系统（垂直通道，Y通道）：主要包括Y 通道输入电路、延时电路、Y通道放大器、输 出放大器等。为了观测多个波形，多踪示波 器还具有通道转换能力。
水平偏转系统（X通道）：由扫描发生器（时基 电路）、触发同步电路、水平放大器及增辉 电路（Z通道）等单元组成。
二、信号显示的基本原理
1、 示波器基本原理概述 （1）示波管
示波管是示波器的核心，它的主要作用 是在屏幕上形成光点，并在垂直信号和水 平信号偏转的作用下，将输入信号以图像 形式显示出来。
示波管一般分为静电式和电磁式两大类， 在示波器中的示波管大都是静电偏转式， 被称为静电式阴极射线示波管(CRT)。
《电子测量仪器》项目3 信号源
信号发生器输出电平有足够的调节范围；②滤除不需要的 频率分量；③保证输出端有固定的50Ω输出阻抗。 • (6)可变电抗器。用来与主振级的谐振电路耦合，使主振级 产生调频信号。
• 活动3. 正弦信号发生器的主要技术特性 • 1.频率特性 • (1)有效频率范围。是指在各项指标都能得到保证的情况下
，信号发生器的输出信号频率范围。 • (2)频率准确度。是指信号发生器输出频率的实际值与频率
法。
• 2.频率合成器的分类
• (1)模拟直接合成。是指将一个或多个基准频率，通过倍频、分频、 混频技术实现算术运算(加、减、乘、除)，合成所需频率，并用窄带 滤波器将其选出。
• (2)间接合成。也叫锁相合成，是指通过锁相环来完成频率的加、减 、乘、除运算，得到所需频率。
• (3)数字直接合成。以合成正弦波为例，数字直接合成法首先把一个 周期的正弦波按一定的相位间隔分成若干离散点，求出相应点的正弦 函数值；再将这些数值依次写入ROM中，构成一个正弦表。
和后续电路间起隔离作用，以提高振荡频率的稳定性。 • (3)调制信号发生器。 • 高频信号发生器的调制信号发生器有内调制信号和外调制
信号两种。外调制和内调制的转换可以通过开关控制。
• 2.组成原理 • (4)调制级。载频的调幅调制级通常在末级或末前级进行，
这样能减小由于放大器的非线性所产生的高次谐波输出。 • (5)输出级。作用有3点：①衰减、放大及调制输出信号，使
项目3 信号源
1 信号源概述 2 正弦信号发生器 3 函数信号发生器 4 频率合成器
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任务1 信号源概述
• 活动1. 信号源的概念 • 信号源又称为信号发生器，是能够为电子测量提供符合一
定技术要求的电信号的设备。信号源是电子测量中使用最 广泛的、最基本的电子仪器之一。
• 活动3. 正弦信号发生器的主要技术特性 • 1.频率特性 • (1)有效频率范围。是指在各项指标都能得到保证的情况下
，信号发生器的输出信号频率范围。 • (2)频率准确度。是指信号发生器输出频率的实际值与频率
法。
• 2.频率合成器的分类
• (1)模拟直接合成。是指将一个或多个基准频率，通过倍频、分频、 混频技术实现算术运算(加、减、乘、除)，合成所需频率，并用窄带 滤波器将其选出。
• (2)间接合成。也叫锁相合成，是指通过锁相环来完成频率的加、减 、乘、除运算，得到所需频率。
• (3)数字直接合成。以合成正弦波为例，数字直接合成法首先把一个 周期的正弦波按一定的相位间隔分成若干离散点，求出相应点的正弦 函数值；再将这些数值依次写入ROM中，构成一个正弦表。
和后续电路间起隔离作用，以提高振荡频率的稳定性。 • (3)调制信号发生器。 • 高频信号发生器的调制信号发生器有内调制信号和外调制
信号两种。外调制和内调制的转换可以通过开关控制。
• 2.组成原理 • (4)调制级。载频的调幅调制级通常在末级或末前级进行，
这样能减小由于放大器的非线性所产生的高次谐波输出。 • (5)输出级。作用有3点：①衰减、放大及调制输出信号，使
项目3 信号源
1 信号源概述 2 正弦信号发生器 3 函数信号发生器 4 频率合成器
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任务1 信号源概述
• 活动1. 信号源的概念 • 信号源又称为信号发生器，是能够为电子测量提供符合一
定技术要求的电信号的设备。信号源是电子测量中使用最 广泛的、最基本的电子仪器之一。
电子测量Chapter 5 测量用信号源--081102
1.频率特性
频率范围：信号发生器产生的信号频率范围，该范围内既可连续又可由若干频段或一 系列离散频率覆盖。 频率准确度：信号发生器显示数值与实际输出信号频率间之差，常用相对误差表示。 频率稳定度：指其他外界条件恒定不变的情况下，在规定时间内，信号发地器输出频 率相对于预调值变化的大小。按照国家标准，频率稳定度又分为频率短期稳定度和频率 长期稳定度。
(2)按信号发生器的性能分类
按信号发生器的性能指标，可分为一般信号发生器 和 标准信号发生器。前者指对其 输出信号的频率、幅度的准确度和稳定度以及波形失真等要求不高的一类信号发生器： 后者是指其输出信号的频率、幅度、调制系数等在一定范围内连续可调，并且读数准确、 稳定、屏蔽良好的中、高档信号发生器。
Chapter 5
测量用信号源
§5.1 §5.2 §5.3 §5.4 信号源概述 常用信号源 合成信号源 信号源的使用
§5.1 信号发生器概述
一、信号发生器的用途
在研制、生产、测试和维修各种电子元器件、部件以及整机 设备时，常需要一种信号协助其他测量仪器观察、测量被测对象， 以分析确定它们的性能参数，如下图所示。这种提供测试电信号 的装臵，统称为信号发生器。 信 号 发生器 被测 设备 测 试 仪 器
1. 矩形脉冲的参数
2. 脉冲信号发生器的组成原理
二、高频信号发生器
①主振级：可采用在自激多谐振荡器、晶体振荡器或锁相振荡器产生矩形波， 也可将正弦振荡信号以放大、限幅后输出，作为下级的触发信号。∴希望它具 有较好的调节性能和稳定的频率，对主振级输出波形的前、后沿等参量要求不 很高，但要求波形的一致性好，并具有足够的幅度。
二、高频信号发生器
1. 组成原理
主振级：LC 三点式振荡电路产生具有一定工作频率范围的正弦信号，信号发生器频率 的准确度、稳定度、频谱纯度主要由它确定。此外，输出电平及其稳定度和调频工作性 能，主要也由主振级决定。∴要求主振级频率范围宽, 有较高的准确度(优于10-3)和稳定 度(优于10-6)。∴主振级电路结构简单, 输出功率不大,一般在几mW---几十mW的范围 缓冲级：用来隔离调制级对主振级可能产生的不良影响，以保证主振级工作的稳定。 在某些频率较高的信号发生器中,还可用倍频器/分频器或混频器使主振级输出频率范围更 宽广。
第六章 无源与有源光器件—2
6.2.2
光纤定向耦合器
光纤定向耦合器是作为光纤线路的分路、合路、插入以及节 点互连的一种光耦合器件。在光通信及其他光纤系统中，凡涉及 多个光波信号的分、合及相互耦合时，都需要用到光纤定向耦合 器。本节以光纤传输系统中使用最多的定向耦合元件—四端口X 形定向耦合器为典型进行重点分析，介绍其工作原理、制作方法、 主要性能参数，进而扩展到星形耦合器。 1.X形光纤定向耦合器的工作原理与制作方法 光纤定向耦合器依据工作机理可分为三种类型：部分反射式、 波前分割式和模场耦合式。 模场耦合式光纤定向耦合器的工作机理，是基于光纤倏逝场 耦合的模式理论，即依据光纤中传输模式场分布的相互耦合来 实现光信号的分路与合路。当两光纤的纤芯相距足够近时，两 光纤中传输的模式将通过它们的倏逝场相互耦合，即在一根光 纤中传输的模式场分布会扩展到另一根光纤，使在其中激励起
图6.21
2×2熔锥型光纤定向耦合器结构与分路示意图
在理想情况下，当在端口①输入光功率P1时，在③、④端口 将按设计预定的比例输出光功率P3和P4，而无返回端口②的功率 分量，即P2=0。故为定向耦合器。基于定向耦合器的双向性，当 由其他端口输入时，其特性也将以此类推。由于理想的2×2定向 耦合器可视为一个无源且无插入损耗的器件，它有确定的分光比。 根据耦合波方程，可以求得其功率传输函数由如下矩阵确定
输出端口数目 每个输出端口所占的信号功率比 2 4 5 8 10 15 20 25 50 100 0.5 0.25 0.20 0.125 0.1 0.067 0.05 0.04 0.026.99 9.03 10 11.76 13.01 13.98 16.99 20
表6.2
无附加损耗条件下光耦合器中平均分配信号的损耗规律
2.光耦合器的主要类型 光耦合器的用途很多，制造的器件与材料也各异。根据功能 用途、端口排布规律以及制造的器件与材料、结构特点等，可将 光耦合器大致区分为图6.18所示的主要类型。
测量用信号源第六章
二、直接频率合成技术(第一阶段）
1、直接频率合成技术的过程
1
1
10
10
4.735MHz~ ~ ~ 4.735MHz
~ ~ ~ 7.35MHz 7.35MHz
3.5MHz
~ ~ ~窄带滤波器 3.5MHz
混频器M
M3
M2
M 1 0.5MHz 1
0.735MHz
0.35MHz
10
10分频器
谐
4MHz
波
发
生
器
1MHz的基准频率
7M H z
3MHz
5MHz 1 2 3 4 65 MH 7 8 9 0
1
1
10
10
4.735MHz~ ~ ~
~ ~ ~ ~ ~ ~ 7.35MHz
3.5MHz
窄带滤波器
4.735MHz
7.35MHz
3.5MHz
混频器M
M3
M2
M 1 0.5MHz 1
0.735MHz 0.35MHz
10
10分频器
谐
4MHz
7MHz
3MHz
5MHz 1
波
2 3
4
发
65 MHz
生
7 8
器
9 0
1MHz的基准频率
2、直接频率合成技术的特点 直接合成法的优点是工作可靠，频率转换速度快，
但是需要大量的混频器、分频器和窄带滤波器，这样， 造成体积大，难以集成化，所以价格昂贵。但是，直接 频率合成切换频率的速度快，至今仍是一个特点。
二、信号源的分类 （一）按信号的基波频率分类
（1）超低频信号源，频率范围为0.0001~1000Hz； （2）低频信号源，频率范围为1Hz~200kHz。其中使用 较多的为20Hz~20kHz，这时又称为间频信号源； （3）视频信号源，频率范围为10Hz~10MHz； （4）高频信号源，频率范围为200kHz~30MHz，有 一些信号源频率略窄，例如，只有3~30MHz，亦称为高 频信号源； （5）甚高频信号源，甚高频又称为特高频，频率范围 为30~300MHz； （6）超高频信号源，频率范围在300MHz以上。
测量用信号源课件
01
信号源概述
信号源的定义与作用
定义
信号源是指能够产生测量所需信 号的设备或装置。
作用
为测量系统提供标准信号，确保 测量结果的准确性和可靠性。
信号源的分类
有源信号源与无源信号源
根据是否需要外部电源供电进行分类。
模拟信号源与数字信号源
根据输出信号的类型进行分类。
专用信号源与通用信号源
根据用途和适用范围进行分类。
如何选择合适的测量用信号源
1 2 3
根据测量需求选择
根据所需测量的物理量（如电压、电流、频率等 ）以及测量范围和精度要求，选择合适的信号源 。
考虑信号源的性能参数
比较不同信号源的输出范围、稳定性、精度、噪 声等性能参数，以确保选择的信号源能够满足测 量需求。
考虑信号源的附加功能
根据实际需要，关注信号源是否具备调制、脉冲 、扫描等功能，以便更好地满足测量需求。
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
05
测量用信号源的发展趋 势与展望
测量用信号源的发展趋势
数字化
随着数字信号处理技术的发展，测量用信号源正 逐步向数字化方向发展，数字化信号源具有更高 的精度和稳定性，能够满足各种复杂测量需求。
多功能化
随着各种新型测量技术的出现，测量用信号源正 朝着多功能化方向发展，例如同时具备信号发生 和信号处理功能，或者能够产生多种类型的信号 以满足不同的测量需求。
信号源的发展历程
模拟信号源时代
智能化与网络化时代
早期信号源以模拟电路为基础，功能 较为单一。
现代信号源具备智能化和网络化功能 ，能够实现远程控制和数据共享。
数字化与多功能化时代
随着数字技术的发展，信号源逐渐实 现数字化、多功能化。
第六章 频域测量
分类： 分类： 按组成形式划分 有显示器的 无显示器的：扫频信号发生器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二节 扫频分析仪
按用途划分 通用扫频仪； 专用扫频仪； 宽带扫频仪； 阻抗图示仪； 微波综合测试仪。
第二节 扫频分析仪
按频率划分 低频扫频仪； 高频扫频仪； 电视扫频仪。
第二节 扫频分析仪
扫频源： 扫频源： 能产生扫频输出信号的频率源称为扫频信号发 生器或扫频信号源，简称扫频源。
第一节 概述
素数正弦波法： 素数正弦波法： 为了克服线性系统中非线性失真的影响 可进行快速频率特性分析
第一节 概述
正弦测量技术的理论基础： 在正弦信号激励下的线性系统，其输出响应是 具有与输入相同频率的正弦波，只是幅值和相 位可能有所差别。
第一节 概述
伪随机信号法： 伪随机信号法： 模拟白噪声，完成广谱快速测量。
第五节 信号的频谱分析
扫频速度v的选择 扫频速度 的选择 v的选择以获得较高的动态分辨力Bd为准则。同时，还 应合理处理与分析时间的矛盾。因为当扫频宽度一定时， v 的选择实际上就是分析时间的选择。
一般可按下列经验准则 v ≤ Bq 2 v——扫描速度，单位Hz/s Bq——静态分辨力，单位Hz
第二节 扫频分析仪
频偏（正弦波调制）：指在调频波中的瞬时频 率与中心频率之间的差值。 灵敏度：指偏转灵敏度。是在有效显示屏幕内 显示信号能力的额定因数。以mV/cm或mV/div 为单位。 调制非线性：指在屏幕有效显示平面内产生的 频率线性误差。在屏幕上表现为扫描信号的频 率分布不均匀。
第二节 扫频分析仪
第五节 信号的频谱分析
频谱分析仪就是使用不同方法在频域内对 信号的电压、功率、频率等参数进行测量 并显示的仪器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二节 扫频分析仪
按用途划分 通用扫频仪； 专用扫频仪； 宽带扫频仪； 阻抗图示仪； 微波综合测试仪。
第二节 扫频分析仪
按频率划分 低频扫频仪； 高频扫频仪； 电视扫频仪。
第二节 扫频分析仪
扫频源： 扫频源： 能产生扫频输出信号的频率源称为扫频信号发 生器或扫频信号源，简称扫频源。
第一节 概述
素数正弦波法： 素数正弦波法： 为了克服线性系统中非线性失真的影响 可进行快速频率特性分析
第一节 概述
正弦测量技术的理论基础： 在正弦信号激励下的线性系统，其输出响应是 具有与输入相同频率的正弦波，只是幅值和相 位可能有所差别。
第一节 概述
伪随机信号法： 伪随机信号法： 模拟白噪声，完成广谱快速测量。
第五节 信号的频谱分析
扫频速度v的选择 扫频速度 的选择 v的选择以获得较高的动态分辨力Bd为准则。同时，还 应合理处理与分析时间的矛盾。因为当扫频宽度一定时， v 的选择实际上就是分析时间的选择。
一般可按下列经验准则 v ≤ Bq 2 v——扫描速度，单位Hz/s Bq——静态分辨力，单位Hz
第二节 扫频分析仪
频偏（正弦波调制）：指在调频波中的瞬时频 率与中心频率之间的差值。 灵敏度：指偏转灵敏度。是在有效显示屏幕内 显示信号能力的额定因数。以mV/cm或mV/div 为单位。 调制非线性：指在屏幕有效显示平面内产生的 频率线性误差。在屏幕上表现为扫描信号的频 率分布不均匀。
第二节 扫频分析仪
第五节 信号的频谱分析
频谱分析仪就是使用不同方法在频域内对 信号的电压、功率、频率等参数进行测量 并显示的仪器。
测量用信号源
第六章测量用信号源第一节引言测量用信号源指测量用信号发生器．在电子电路测量中，需要各种信号源．大致可分为三大类：即正弦信号发生器、函数波形）信号发生器和数字信号发生器．正弦信号源在线性系统测试中具有特殊意义，这是因为正弦测试信号具有它独特的特点：它的波形不受线性电路或系统的影响．众所周知．在正弦信号的激励下，线性电路内的所有电压和电流都是具有同一频率的正弦波，只是彼此之间的幅值和相位可能有所差别．此外，若已知线性系统对一切频率（或一组靠得很近的频率）的外加正弦信号的幅值和相位的响应，那么就能够完全确定该系统在其线性工作范围内对于任意输入信号的响应．也就是说，正弦波测试是线性系统频域分析的重要实验方法。
正因为正弦测试信号的上述特点，正强信号源在线性系统测试中应用十分广泛，例如，电子放大器增益的测量、相位差的测量、非线性失真的测鳗、以及系统频域特性的测量等等．无不需要正蓝信号源．具有频率稳定度很高的正弦信号源还可以作为标准频率源，它可以作为勺其它各种频率测量进行比对的标准频率．本章专门讨论正弦信号源．我们将对一般正弦信号发生器作扼要介绍，而重点放在锁相和频率合成技术在正弦信号源中的应用．第二节正弦信号发生器的分类.组成和工作特性一、分类与组成正弦信号发生器的分类与其组成密切相关．传统的分类是：无线电测量用正弦信号发生器一般按频段分，见表6－l。
这一类信号发生器一般都是波段式的．有线载波通信系统用正弦信号发生器．其输出频率范围是根据载波复用设备的话路所占用的频带宽度来划分的，见表6－2．这一类信号发生器都是差频式的，通常称“电平振荡器”，例如，18。
6 MHZ电平振荡器，其输出频率为10 k H～18。
6 MHZ．它是1800成 3 600路载波系统的测试用信号源．（－）波段式信号发生器组成波段式信号发生器的组成方框图如图6-l所示．输出频率由主振级确定，低于视频频段的主振器一般采用RC振荡器，而高频段的主振器都采用LC振荡器，由于这两类振荡器的频率覆盖都不大，故都做成波段式的．高频信号发生器除输出等幅波外，还可输出调幅波（AM），而甚高频信号发生器还可输出调频波FM）．由主振级输出的正弦信号经缓冲级（调制级）输出级，并通过输出电路而输出．输出电路用来进行输出电压（电平）的选择和输出阻抗变换之用（详后）（二）差频式信号发生器组成差频式信号发生的组成方框图示于图6－2，主要包括：固定频率振荡器（f2）、可变频率振荡器(f1),混频器以及低通滤波器。