专题十四 函数信号发生器输出波形（课件）-《电气测量技术》（第2版）(高教社）专题复习讲练测

专题十四 函数信号发生器输出波形 《电气测量技术》（第2版） 高教社 专题复习讲练测 依据山东省考纲编写 1 一.考纲解读 二.知识点梳理和重点概念复习 三.真题或常考题讲解 四.课内练习及讲评 五.内容归纳小结 01 一.考纲解读 02 二.知识点梳理和重点概念复习 03 三.真题或常考题讲解 05 五.内容归纳小结 04 四.课内练习及讲评 目录 一、考纲解读 4.应用相关：在实验中提高波形稳定性的方法，和使用发生器调试音频设备时关注的参数（频率、幅度）及原因。 3.波形失真原因：如幅度超出范围、元件故障、电源不稳、电磁干扰、参数设置不当等导致波形失真的因素。 添加标题 2.工作原理：直接数字合成（DDS）原理，包括其基本思想和基于的技术，以及模拟电路在波形产生中的作用，如放大、滤波等操作。 1.波形参数：函数信号发生器输出波形（正弦、方波、三角波等）的参数，如正弦波的频率（与周期关系）、方波的占空比、三角波的斜率（与幅度、频率关联），以及幅度单位（伏特）和调整对波形的影响。 02 04 01 常见考点 03 一、考纲解读 1.理解函数信号发生器的基本原理，包括直接数字合成（DDS）原理和模拟电路部分原理，掌握常见波形（正弦、方波、三角波）的产生机制。 1 2.熟练掌握波形参数（频率、幅度、占空比、相位）的概念、计算方法和调整对波形的影响。 2 3.能运用函数信号发生器进行实验，知道如何提高波形稳定性，以及在调试相关设备（如音频设备）时合理使用。 3 考试要求 一、考纲解读 选择题：选择题是一种常见的考核形式，通过设置多个选项，要求考生从中选择出正确的答案。这种题型可以考察考生对基本概念、原理、规律等知识点的理解和掌握程度，以及对不同概念、原理之间的区分和辨析能力。 01 填空题：填空题要求考生在给定的空白处填入正确的内容，主要考查考生对基本概念、术语、公式、数据等知识点的记忆和理解。 02 简答题:简答题要求考生对问题进行简要回答，主要考查考生对知识点的理解、归纳和表达能力。 03 易考题型： 知识点思维导图 二、知识点梳理和重点概念复习 二、知识点梳理和重点概念复习 一、合成式 对几个频率进行加、减、乘、除基本算术运算称为特征频率的合成技术,特别是锁相技术,可以使函数信号发生器的频率稳定度和准确度提高到晶体管振荡器的水平,而且可以在很宽的频率范围内进行精细的频率调节。这类函数信号发生器称为合成式函数信号发生器,其输出频率、电平、衰减等可以程控。作为一种宽带高温信号源,合成式函数信号发生器在快速通信、接收设备的调试、频率测量和自动测试系统的组建中得到广泛应用。 二、知识点梳理和重点概念复习 二、脉冲式 脉冲式函数信号发生器原理框图如图 4-3-6所示,由外触发或内触发脉冲触发施密特触发器产生方波,输出信号的频率由触发脉冲决定,然后经积分器输出线性变化的三角波或谐波,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频率,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经缓冲放大器输出。 二、知识点梳理和重点概念复习 三、认识函数信号发生器 函数信号发生器是一种可以提供精密信号源的仪器,俗称波形发生器,最基本的应用就是产生正弦波、方波、锯齿波、脉冲波、三角波等具有一些特定周期(或者频率)的时间函数波形,波形的频率范围跟它本身的性能有关,一般从几微赫到几十兆赫。 二、知识点梳理和重点概念复习 四、使用函数信号发生器的注意事项 ① 使用前一般需要 3~5 min 的预热时间才能稳定工作。 ② 实验过程应尽量避免交流干扰,因此电子仪器应与被测电路共地。 ③ 电子仪器的波段开关、调节旋钮等都有一定的强度限度,转动角也有一定范围,使用时注意旋转力度要适中,以免损坏仪器。 二、知识点梳理和重点概念复习 五、正弦式 正弦式函数信号发生器原理框图如图4-3-5所示,由正弦波发生器( 文氏电桥振荡器 )产生一个正弦波信号,经微分电路以及方波形成电路( 施密特触发电路)可转换为方波,再经过缓冲放大器可以输出正弦波和方波。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 1： 函数信号发生器中，用于调整波形对称性的功能通常与（ ）相关。 A. 正弦波输出 B. 方波占空比调整 C. 三角波斜率改变 D. 相位调整 答案：B 解析：方波占空比的调整可以改变方波高电平和低电平的时间比例，从而调整波形的对称性，答案选 B。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 2： 当函数信号发生器的负载发生变化时，可能影响的波形参数是（ ）。 A. 仅幅度 B. 仅频率 C. 幅度和频率 D. 相位 答案：A 解析：负载变化主要影响输出波形的幅度，一般对频率和相位影响较小，答案选 A。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 3： 函数信号发生器中，实现波形幅度微调的部件通常是（ ）。 A. 粗调旋钮 B. 细调旋钮 C. 波段开关 D. 波形选择按钮 答案：B 解析：细调旋钮用于对波形幅度进行更精细的调整，粗调旋钮调整幅度范围较大，波段开关一般用于切换不同幅度范围等，波形选择按钮与幅度微调无关，答案选 B。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 4： 函数信号发生器输出波形的相位噪声主要影响（ ）。 A. 波形的幅度稳定性 B. 波形的频率准确性 C. 波形在时间轴上的抖动情况 D. 波形的类型 答案：C 解析：相位噪声会导致波形在时间轴上出现抖动，对幅度稳定性和频率准确性影响不大，也不会改变波形类型，答案选 C。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 5： 在探究函数信号发生器工作原理时，以下哪种电路不是必需的（ ）。 A. 放大电路 B. 制冷电路 C. 振荡电路 D. 滤波电路 答案：B 解析：函数信号发生器需要放大电路来放大信号、振荡电路产生振荡信号、滤波电路改善波形质量，但一般不需要制冷电路，答案选 B。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 6： 若函数信号发生器输出的正弦波出现削波现象，可能是因为（ ）。 A. 输出幅度超过设备上限且没有合适保护 B. 频率过高 C. 相位调整不当 D. 负载电阻过小 答案：A 解析：正弦波出现削波通常是因为输出幅度超出设备能处理的范围，没有合适保护电路，频率、相位和负载电阻一般不会直接导致削波，答案选 A。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 7： 对于具有存储功能的函数信号发生器，它可以存储（ ）。 A. 波形参数设置 B. 外接电路信息 C. 环境温度数据 D. 使用者信息 答案：A 解析：具有存储功能的函数信号发生器主要存储波形参数设置，方便下次使用相同参数输出波形，一般不会存储外接电路信息、环境温度数据和使用者信息，答案选 A。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 8： 函数信号发生器输出方波时，其上升时间和下降时间主要取决于（ ）。 A. 输出幅度和频率 B. 发生器内部的开关速度和电路特性 C. 外接负载电容 D. 相位 答案：B 解析：方波的上升时间和下降时间主要由发生器内部的开关速度和电路特性决定，虽然幅度、频率、外接负载电容等可能有一定影响，但主要因素是内部电路，答案选 B。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 9： 在使用函数信号发生器输出不同波形进行电路测试时，应先（ ）。 A. 连接好所有电路后开机 B. 开机，然后设置参数，最后连接电路 C. 检查电路连接是否正确，再开机设置参数并连接 D. 随意操作，没有顺序要求 答案：C 解析：在使用函数信号发生器时，为了保证安全和正确操作，应先检查电路连接是否正确，再开机设置参数并连接，不能随意操作，答案选 C。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 10： 函数信号发生器输出的三角波，如果出现波形顶部不平的情况，可能是（ ）问题。 A. 幅度设置过高 B. 频率设置过低 C. 发生器内部的线性度 D. 外接电路干扰 答案：C 解析：三角波顶部不平可能是发生器内部电路的线性度不好，幅度和频率设置问题一般不会导致这种现象，外接电路干扰通常表现为噪声等其他问题。 三、常考习题练习与讲解 选择题 题目 11： 以下哪种波形在函数信号发生器中，其参数调整对电路性能测试影响最复杂（ ）。 A. 正弦波 B. 方波 C. 三角波 D. 复杂调制波 答案：D 解析：复杂调制波包含多种波形和调制参数，其参数调整对电路性能测试影响最为复杂，相比之下正弦波、方波、三角波相对简单，答案选 D。 三、常考习题练习与讲解 填空题 1.函数信号发生器输出波形的幅度单位通常是______（填一种常见单位）。 答案：伏特（V）。 解析：在电子学中，电压是描述信号幅度大小的物理量，伏特是电压的常用单位，函数信号发生器输出波形幅度常用伏特来衡量。 2.函数信号发生器中控制波形起始点位置的参数是______。 答案：相位。 解析：相位决定了波形的起始位置，通过调整相位可以改变波形在时间轴上的起始点。 三、常考习题练习与讲解 填空题 3.有些函数信号发生器可以通过通信接口进行远程控制，常见的通信接口如______接口。 答案：USB（或 RS232 等合理答案）。 解析：USB 和 RS232 是电子设备中常用的通信接口，可用于实现对函数信号发生器的远程控制和参数设置。 4.函数信号发生器输出三角波时，若幅度增大，在相同频率下，其上升沿和下降沿的______（填 “速度” 或 “时间”）不变。 答案：速度。 解析：三角波的斜率由频率决定，在频率不变时，上升沿和下降沿速度不变，而幅度变化不影响其斜率相关的速度。 三、常考习题练习与讲解 填空题 5.在函数信号发生器的工作原理中，频率合成技术是为了产生______且稳定的频率信号。 答案：高精度。 解析：频率合成技术的主要目的之一就是生成高精度、稳定的频率信号，满足各种应用场景的需求。 6.当函数信号发生器输出的正弦波出现失真时，可能是由于输出______超出了设备的额定范围。 答案：幅度。 解析：如果输出幅度太大，超过设备的线性工作范围，就可能导致正弦波失真。 三、常考习题练习与讲解 判断题 1.函数信号发生器输出波形的幅度越大，其携带的能量就一定越大。（ ） 答案：正确。 解析：在其他条件相同的情况下，波形幅度越大，根据能量与幅度相关的公式（如对于电信号，能量与电压幅度平方相关等），其携带的能量越大。 2.改变函数信号发生器输出波形的相位，不会改变波形在示波器上的周期显示。（ ） 答案：正确。 解析：相位改变只是波形起始位置变化，不会影响波形的周期，周期是由频率决定的，与相位无关。 三、常考习题练习与讲解 判断题 3.函数信号发生器上的 USB 接口只能用于充电。（ ） 答案：错误。 解析：函数信号发生器的 USB 接口通常可用于通信、连接电脑进行控制和参数设置等功能，不只是充电。 4.当函数信号发生器输出三角波的频率降低时，其上升沿和下降沿会变得更陡。（ ） 答案：错误。 解析：频率降低时，三角波周期变长，上升沿和下降沿会变得更缓，而不是更陡。 三、常考习题练习与讲解 判断题 5.只要使用了频率合成技术，函数信号发生器输出的频率就绝对稳定。（ ） 答案：错误。 解析：虽然频率合成技术可以提高频率稳定性，但还可能受到其他因素影响，如温度变化对元件性能的影响等，不能保证绝对稳定。 6.函数信号发生器输出正弦波失真可能是因为发生器内部温度过高。（ ） 答案：正确。 解析：温度过高可能会影响元件性能，例如使放大器等电路工作点偏移，从而导致正弦波失真。 四、课内练习与讲解 简答题 1. 说出至少三个函数信号发生器上常见的功能按钮。 答案：常见的功能按钮有波形选择按钮（用于切换正弦波、方波、三角波等）、频率调节按钮（增加或降低频率）、幅度调节按钮（增大或减小幅度）、相位调节按钮（调整波形起始位置）等。 四、课内练习与讲解 简答题 2.简述直接数字合成（DDS）原理的基本思想。 答案：直接数字合成（DDS）是一种基于数字技术的波形合成方法。它通过数字方式生成波形的离散样本，利用高速数字电路和存储单元，根据设定的频率、相位等参数，从存储的波形数据中读取相应的值，经过数模转换得到模拟波形信号。 四、课内练习与讲解 简答题 3.解释方波占空比的概念，并说明其调整方法。 答案：方波占空比是指方波中高电平持续时间与整个周期时间的比值。在函数信号发生器中，通常有专门的按钮或菜单选项来调整占空比，通过改变高电平持续时间来实现不同占空比的设置。 四、课内练习与讲解 简答题 4.函数信号发生器输出三角波时，幅度和斜率有什么联系？ 答案：三角波的斜率与幅度和频率都有关。在频率一定时，幅度越大，斜率越大；在幅度一定时，频率越高，斜率越大，因为斜率决定了三角波上升沿和下降沿的陡峭程度。 四、课内练习与讲解 简答题 5.简述函数信号发生器模拟电路部分在波形产生中的作用。 答案：模拟电路部分主要用于处理电信号以生成波形。它可以对信号进行放大、滤波等操作，将数字合成或其他方式产生的初始电信号处理成符合要求的波形信号，例如将微弱的振荡信号放大到合适的幅度。 四、课内练习与讲解 简答题 6.说出一种函数信号发生器可能有的通信接口，并说明其作用。 答案：例如 USB 接口。作用是可以将函数信号发生器连接到计算机，实现远程控制，通过计算机软件可以更精确地设置波形参数，如频率、幅度、相位等，还可以实现对多台设备的集中控制和自动化测试。 五、课堂小结 重点复习知识点： 1. 设备认识：要熟悉函数信号发生器的外观，包括各种接口、功能按钮和显示界面。按钮如波形选择、频率调节、幅度调节等，显示界面能呈现波形类型、频率值、幅度值等关键信息。 2.工作原理之 DDS：掌握直接数字合成（DDS）原理，它基于数字技术，通过生成离散样本、依据设定参数从存储数据中读取值并经数模转换得到模拟波形，这是产生高精度波形的重要方式。 3.方波：理解占空比（高电平时间与周期之比）概念和调整方法。 4.三角波：清楚幅度和斜率关联，频率和幅度变化会改变斜率。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 感谢观看 $$