1、项目6,低频小信号放大器动态特性测试,611 项目内容 对单管小信号放大器动态 特性进行研究，测试放大 电路的电压放大倍数、输 入电阻和输出电阻。,61 项目要求,612 知识要求 单管交流放大电路是模拟电子技术中基本的电路，了解其动态特性是运用好放大电路的基础。 本项目为设计性实验项目，设计前需拟定各指标测试方案，然后综合应用函数信号发生器、毫伏表、示波器表等仪器。 首先应对放大器动态特性各指标定义及测试方法有所了解，其次对所使用设备工作原理和使用方法也应了解。,62 相关知识,621 动态特性指标描述及测量方法 1、放大倍数定义及测量方法2、输入电阻定义及测量方法3、输出电阻定义及测量方法
2、,622 信号发生器的基本概念,1信号发生器的作用 （1）测元件参数。如电感、电容及Q值、损耗角等。 （2）测网络的幅频特性、相频特性、周期等。 （3）测试接收机的性能。如测接收机的灵敏度、选择性、AGC范围等指标。 （4）测量网络的瞬态响应。如用方波或窄脉冲激励，测量网络的阶跃响应、冲击响应、时间常数等。 （5）校准仪表。输出频率、幅度准确的信号，校准仪表的衰减器、增益及刻度。,2信号源的分类 信号发生器种类繁多，总体来说可分为通用和专用信号发生器两大类。,3测量信号源的选择,（1）根据被测信号的频率进行选择。 可在对应频段选择超低频信号发生器、低频信号发生器、视频信号发生器、高频信号发生器
3、、超高频信号发生器等。 （2）根据测试功能选择。 低频信号发生器主要用于检修、测试或调整各种低频放大器、扬声器、滤波器等的频率特性；高频信号发生器主要用于测试各种接受机的灵敏度、选择性等参数，同时也为调试高频电子线路提供射频信号；函数发生器可提供多种信号波形，可用于波形响应研究及各种实验研究；脉冲信号发生器可用于测试器件的振幅特性、过渡特性、开关速度等。 （3）根据被测信号波形选择。 （4）根据测量准确度的要求进行选择。,4测量信号源的基本测试图,测量信号源为被测器件或系统提供测试用信号，被测系统对输入激励进行响应，响应的结果由测试仪器，如电压表、示波器、频率计等进行定量测试。,623 低频信
4、号发生器,1、通用低频信号发生器的技术指标 （1）频率范围。1Hz20KHz或延伸到1MHz （2）频率稳定度。（0.10.4）%/小时 （3）频率的准确度。 (12)% （4）输出电压。010V连续可调 （5）输出功率。0.55w连续可调 （6）输出阻抗。50、75、150、600和5K （7）非线性失真系数。(0.11)% （8）平衡输出与不平衡输出方式。,2、低频信号发生器的基本组成和工作原理,包括振荡器、放大器、稳压电源及输出级四部分。 振荡器是低频信号发生器的核心部分；放大器保证电压输出幅度和功率的要求；输出级以满足不同输出要求；稳压电源则为系统提供能量来源。,（1）RC振荡器,R1
5、、C1、R2、C2组成RC选频网络，可改变振荡器的频率；R3、R4组成负反馈臂，可自动稳幅。, RC选频网络的选频特性,网络的传递函数（反馈系数）为,文氏电桥振荡器的振荡条件 后接的二级放大器的电压放大倍数为 ，就满足了振荡器起振的幅值条件 ，可以维持频率 时的等幅正弦振荡。,文氏电桥振荡器的实际电路 实际电路中，R3是具有负温度 系数的热敏电阻。,（2）差频式振荡电路,差频信号的频率覆盖系数为和 越大， 差频信号的频率覆盖系数就越大，所得到的低频信号的频率范围也就越宽。,（3）放大器 电压放大器的作用是把振荡器产生的微弱振荡信号进行放大，并把功率放大器、输出衰减器(输出电压调节)以及负载与振
6、荡器隔离，防止后者的变化对振荡信号的频率产生影响。故又把电压放大器称为缓冲放大器。功率放大器的作用是保证信号发生器具有足够大的输出功率，通常采用电压跟随器或DTL电路等。,（4）输出级 输出级主要包括输出衰减器电路、阻抗变换器和电压表部分。低频信号发生器的输出电压一般可进行步进和连续调节，以满足不同输出要求。 阻抗变换器用来匹配不同的负载。,624 正弦信号发生器,1、正弦信号发生器的分类 （1）超低频信号发生器。频率在0.00011KHz范围内。 （2) 低频信号发生器。频率在1Hz20KHz或1MHz范围内。 （3）视频信号发生器。频率在20Hz10MHz范围内。 （4）高频信号发生器。频
7、率在200KHz30MHz范围内，大致相当于长、中、短波段的范围。 （5）甚高频信号发生器。频率在30MHz300MHz范围内，相当于米波波段。 （6）超高频信号发生器。频率一般在300MHz以上，相当于分米波、厘米波波段等。工作在厘米波及更短波长的信号发生器常被称为微波信号发生器。,2、正弦信号发生器的组成,不同类型的正弦信号发生器的组成有所不同，但其基本构成是相似的，如图6.9所示。一般包括振荡器、变换器、指示器、电源及输出电路等部分。,3、正弦信号发生器的主要性能指标,评价正弦信号发生器的技术指标归纳为频率特性、输出特性和调制特性（称三大指标）。 （1）频率特性 频率特性包括可调的频率范
8、围、频率的准确度、稳定度等技术指标。 （2）输出特性 包括输出电平范围、输出电平的频响、输出电平的准确度、输出阻抗以及输出信号的频谱纯度等指标。 （3）调制特性 高频信号发生器输出正弦波的同时，一般还能输出一种或一种以上的已被调制的信号，多数情况下是调频、调幅波。,625 函数信号发生器,1、函数信号发生器的基本组成与原理 构成函数发生器的方案很多，通常有三种。 （1）方波-三角波-正弦波函数发生器的构成方案 由外触发脉冲或内触发脉冲触发，触发施密特电路产生方波，输出信号的频率由触发脉冲决定，然后经积分输出线性变化的三角波或斜波，调节积分时间常数RC值，可改变积分速度，即改变输出的三角波斜率，
9、从而调节三角波的幅度，最后由正弦波形成电路形成正弦波。,（2）三角波-方波-正弦波函数发生器的构成方案,由三角波发生器先产生三角波，然后经方波形成电路产生方波，或经正弦波形成电路形成正弦波，最后经过缓冲放大器输出所需信号。,三角波的形成原理,方波、三角波形成电路有多种，如恒流源控制式、施密特电路式、线性积分电路和运算放大器构成式等，它们的基本思想都是利用电容的充放电来获得线性斜升、线性斜降的电压。 电压斜升过程 电压斜降过程 当正负恒流源的值相等时，得到左右对称的三角波。,（3）正弦波-方波-三角波函数发生器的构成方案,由正弦波发生器先产生正弦波，然后经微分电路产生尖脉冲，用脉冲触发单稳电路形
10、成方波，最后经过缓冲放大器输出所需信号。 正弦波形成电路是在三角波基础上变换的，能够完成这种变换的电路种类很多，如二极管网络、差分放大器等。,典型的二极管网络将三角波变换成正弦波电路,典型的二极管网络将三角波变换成正弦波电路,2、函数信号发生器的性能指标,（1）输出波形。有正弦波、方波、脉冲和三角波等波形，具有TTL同步输出、单次脉冲输出等。 （2）频率范围。频率范围一般分为若干频段，如1Hz10Hz 、10 Hz100Hz 、100Hz1kHz 、1kHz 10kHz、10kHz100kHz、100kHz 1MHz等六个波段。 （3）输出电压。一般指输出电压的峰-峰值。 （4）波形特性。不同
11、波形有不同的表示法。一般 正弦波的特性用非线性失真系数表示，一般要求3%； 三角波的特性用非线性系数表示，一般要求2%； 方波的特性参数是上升时间，一般要求100ns。 （5）输出阻抗。函数输出50；TTL同步输出600。,63 项目实施,631 所需实验设备和附件 1、CA9020型20MHz 示波器 1台 2、EM32501型DDS任意波形发生器 1台 3、VC9801A型数字多用表 1台 4、CA2171型指针式交流电压表毫伏表 1台 5、SS1792型直流稳压电源 1台 6、测试连接线 若干,632 实施步骤,1、静态工作点的调整 2、放大倍数的测量 （1）根据测试所要求信号的频率 选
12、择合适的波段。 （2）输出信号的幅度通过衰减器 和细调电位器调节，并由电压表监测。 （3）测试内容表 格 3、功率放大倍数的测量 4、输入电阻的测量 5、输出电阻的测量 6、动态特性观察,图6.18 被测放大器和测量仪器图,放大器放大倍数和功率放大倍数测量连线图,数据分析和结论,输入电阻和输出电阻测量连线图,数据分析和结论,动态特性波形观察图 数据分析和结论,(a)无失真放大 (b) 饱和截止失真同时存在 (c)截止失真 (d) 饱和失真左上 右上 左下 右下,641 高频信号发生器 1、高频信号发生器的基本组成与原理 高频信号发生器组成的基本框图如图6.22所示。主要包括主振级、缓冲级、调制
13、级、输出级、监测电路和电源等电路。,64 扩展知识,常用的调谐振荡器为晶体管LC振荡电路，根据反馈方式，可分为变压器反馈式、电感反馈式及电容反馈式三种振荡形式。它们的工作频率均为,2、调谐信号发生器,锁相信号发生器是在高性能的调谐式信号发生器中增加频率计数器，利用锁相原理将信号源的振荡频率锁定在频率计数器的时基上，从而使锁相信号发生器的输出频率的稳定度和准确度大大提高，信号的频谱纯度等性能也大为改善。,3、锁相信号发生器,（1）频率合成的定义 所谓频率合成，是对一个或多个基准频率进行频率的加、减（混频）、乘（倍频）、除（分频）四则运算，从而得到所需的频率。 频率合成的方法基本上分为两类，一类是
14、直接合成法，一类是间接合成法。 直接合成法包括模拟直接合成法和数字直接合成法。模拟直接合成法采用基准频率通过谐波发生器，产生一系列谐波频率，然后利用混频、倍频和分频进行频率的算术运算，最终得到所需的频率；数字直接合成法则利用RAM和DAC结合，通过控制电路，从RAM单元中读出数据，再进行数模转换，得到一定频率的输出波形。 间接合成法则是通过锁相技术进行频率的算术运算，最后得到所需的频率。,4、合成信号发生器,直接合成法中常见的电路形式有固定频率合成法、可变频率合成法和数字直接合成法。 固定频率合成法,（2）直接合成法, 可变频率合成法, 数字直接合成法 正弦编码表和余弦编码表预先存入RAM1及
15、RAM2中的，两输出波形的正交性可被严格保证，同时波形的频率也可通过CPU由软件控制，因此，数字直接合成法获得广泛应用。,间接合成法也称为锁相合成法。所谓锁相就是自动实现相位同步，能够完成两个电信号相位同步的自动控制系统称为锁相环。经常用到的锁相环有混频式锁相环、倍频式锁相环、分频式锁相环、组合式锁相环、多环式锁相环等。 间接合成法通过锁相环来完成频率的加、减、乘、除，即对频率的运算是通过锁相环来间接完成的。 由于锁相环具有滤波作用，因此可以省掉直接合成法中所需的滤波器，它的通频带可以作得很窄，其中心频率便于调节，而且可以自动跟踪输入频率，因而结构简单、价格低廉、便于集成，在频率合成中获得广泛
16、应用。 但间接合成法受锁相环锁定过程的限制，转换速度较慢，一般为毫秒量级。,（3）间接合成法, 基本锁相环 混频式锁相环, 倍频式锁相环, 分频式锁相环, 组合式锁相环,（4）频率合成器应用举例,（1）频率合成的定义 所谓频率合成，是对一个或多个基准频率进行频率的加、减（混频）、乘（倍频）、除（分频）四则运算，从而得到所需的频率。 频率合成的方法基本上分为两类，一类是直接合成法，一类是间接合成法。 直接合成法包括模拟直接合成法和数字直接合成法。模拟直接合成法采用基准频率通过谐波发生器，产生一系列谐波频率，然后利用混频、倍频和分频进行频率的算术运算，最终得到所需的频率；数字直接合成法则利用RAM
17、和DAC结合，通过控制电路，从RAM单元中读出数据，再进行数模转换，得到一定频率的输出波形。 间接合成法则是通过锁相技术进行频率的算术运算，最后得到所需的频率。,（1）可变电抗器 为了获得调频功能，在主振级的谐振回路耦合一个可调电抗器。 （2）缓冲级 缓冲级的作用是为了减弱调制级对主振级的影响而设定的。 （3）调制级 产生与被测接收机相应的调制的正弦信号。 （4）输出级 信号源的输出级包括功率放大、输出衰减和阻抗匹配等电路,5、高频信号发生器的其它单元电路,1扫频信号发生器的特点及要求 （1）特点 输出信号的频率随时间按一定的规律变化。通常有线性和对数变化两种。线性扫频可以得到均匀的频率刻度；
18、对数扫频的频率刻度则是非线性的。 输出信号的频率受控制参量控制。 输出信号的频率与控制参量的关系称为扫频信号源的扫频特性，若控制参量为电压，则称为频率的压控特性。扫频特性可以是线性的，也可以是指数性的。 扫频信号源的输出振幅在整个扫频范围内保持平稳。 扫频信号源应能产生同步的扫描信号和频率标志。,642 扫频信号发生器,（2）对扫频信号发生器的基本要求 中心频率范围大且可连续调节。中心频率是指扫频信号从低频到高频之间中心位置的频率。不同测试对象对中心频率要求也不同。 扫频宽度要宽且可任意调节。频偏应能覆盖被测电路的通频带，以便测绘该电路完整的频率特性曲线。 寄生调幅要小。理想的调频波应是等幅波
19、，因为只有在扫频信号幅度保持恒定不变的情况下，被测电路输出信号的包络才能表征该电路的幅频特性曲线。 扫描线性度好。当扫频信号的频率和调制信号间成直线关系时，示波管的水平轴则变换成线性的频率轴，这时幅频特性曲线上的频率标尺均匀分布，便于观察。在测试宽带放大器时，若使用对数幅频特性，则要求扫频规律和扫频电压之间是对数关系等。,（3）扫频信号发生器的优点 可实现网络频率特性的自动或半自动测量，特别是在进行电路测试时，人们可以一面调节电路中的有关元件，一面观察荧光屏上频率特性曲线的变化，从而迅速地将电路性能调整到预定的要求。 由于扫频信号的频率是连续变化的，因此，所得到的被测网络的频率特性曲线也是连续的，不会出现由于点频法中频率点离散而遗漏掉细节的问题。 点频法是人工逐点改变输入信号的频率，速度慢，得到的是被测电路稳态情况下的频率特性曲线。扫频测量法是在一定扫描速度下获得被测电路的动态频率特性，而后者更符合被测电路的应用实际。,（1）变容二极管扫频,2扫频信号发生器的工作原理,（）磁调电感扫频,2扫频信号发生器的工作原理,3扫频测试法的原理,脉冲信号发生器可以产生不同重复频率，不同的宽度和幅度的脉冲信号，它不仅用于研究、测试脉冲和数字电路，测试逻辑元件的开关特性等，而且广泛用于雷达、通讯、计算机、集成电路和半导体器件的测量。,643 脉冲信号发生器,
