专题二十 函数信号发生器输出波形（教案）-山东省对口升学《电气测量技术》（第2版）(高教社）专题复习讲练测

专题二十 函数信号发生器输出波形（教案）-《电气测量技术》（第2版） 高教社-专题复习讲练测 一、考纲解读 1.深入理解正弦式函数信号发生器利用 LC 振荡电路或 RC 振荡电路，结合放大电路和正反馈机制产生正弦波信号的原理。 2.全面掌握脉冲式函数信号发生器产生脉冲波的工作机制，清晰分辨频率、脉宽、占空比等参数在脉冲波形成过程中的调控作用，能够准确分析脉冲波上升时间和下降时间对信号质量的影响。 3.熟练掌握合成式函数信号发生器基于数字合成技术的工作原理，能够准确描述其生成标准波形和任意波形的基本流程，清晰阐述数字合成技术在波形生成灵活性和精度上的优势。 二、知识点梳理 1、 识--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。 函数信号发生器广泛适用于电力、通信、气象、铁路、油田、建筑、计量、科研教学单位及工矿企业等领域,例如在通信、广播、电视系统中,都需要射频发射,这里的射频波就是载波,其功能是将音频、视频信号或脉冲信号运载出去,要得到载波就需要能够产生高频信号的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内,如高频感应加热熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等,都需要不同功率、频率的信号,函数信号发生器应用场合如图 4-3-2 所示。 函数信号发生器产生的各种波形曲线均可以用三角函数表达式来表示,函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途,对其面板参数的正确识读尤为重要,不同型号的面板结构略有差别。UTG962型函数信号发生器面板如图4-3-3所示UTG932 型和 UTG962 型兩数信号发生器技术参数见表 4-3-1。 不同型号的函数信号发生器面板结构略有不同,但一般包括以下几部分:波形选择和变换、频率调节、输出幅度调节、输出频率显示等。下面以 YL-238 A 型函数信号发生器为例介绍,其面板如图 4-3-4 所示。 2、 探--探究函数信号发生器的工作原理 函数信号发生器按传统工作频段分类,有超低频函数信号发生器、低频函数信号发生器、高频函数信号发生器、微波函数信号发生器。 超低频函数信号发生器一般是指工作频率低于 0.1Hz的函数信号发生器,具有专业上的特殊用途。低频函数信号发生器一般是指工作频率在1Hz~1 MHz 的函数信号发生器,多用于音频领域。高频函数信号发生器,也称射频函数信号发生器,一般是指工作频率从 100 kHz 到几百兆赫的函数信号发生器,多用于通信和测量领域。 在函数信号发生器中,各种波形的产生可以采用不同的电路来实现。按照构成原理,函数信号发生器可以分为正弦式(先产生正弦波,再得到方波和三角波)脉冲式(在触发脉冲作用下,施密特触发器产生方波,再经过变换得到三角波和正弦波)和合成式(利用数字合成技术产生所需的波形)。 1.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。 2.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,输出信号的频率白触发脉冲决定,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。 3.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。 三、做--使用函数信号发生器输出不同波形 使用函数信号发生器输出波形的方法 1.预热 接通电源,预热 3~5 min。 2.波形选择 选择要输出的波形:方波、三角波或正弦波。 3.频率选择 根据需要的频率范围，利用频率范围选择按键选择波段,再调节频率调节旋钮,观察显示屏,将频率值调节到所需频率。 4.幅度选择 使用幅度调节旋钮,可直接调节输出信号幅度。如果需要小信号,可以用幅度衰减按键进行适当衰减。 5.波形输出 将输出信号连接线接人,就可输出满足所要求频率和幅度的波形。 右图中输出频率为797 Hz、幅度为 5.4 V的方波。可以用示波器来测量输出信号波形。 三、真题练讲 1.(2021年山东省统一考试)关于函数信号发生器的维护，下列做法错误的是（ ）。 A. 定期清洁仪器表面灰尘 B. 在潮湿环境中存放仪器 C. 避免仪器受到剧烈震动 D. 按照说明书要求进行校准 答案：B 解析：潮湿环境易使仪器元件受潮损坏，A、C、D 做法正确，所以选 B。 2.(2021年山东省统一考试)合成式函数信号发生器与其他类型相比，其优势在于（ ）。 A. 只能产生简单标准波形 B. 波形生成灵活，可自定义任意波形 C. 价格最低 D. 体积最小 答案：B 解析：合成式优势是波形生成灵活，可自定义任意波形；能产生多种波形，价格和体积无绝对优势，所以选 B。 3.(2021年四川省统一考试)以下哪项不是使用函数信号发生器的注意事项？（ ） A. 开机前检查输出幅度是否设置在合适范围 B. 随意连接不同类型的负载 C. 定期校准仪器 D. 避免在高温潮湿环境使用 答案：B 解析：开机前检查输出幅度可防止过大信号损坏后级电路；定期校准能保证仪器输出信号的准确性；在高温潮湿环境使用可能影响仪器性能和寿命；而随意连接不同类型负载可能导致负载不匹配，影响信号输出甚至损坏仪器，所以B选项不是正确的注意事项。 4.(2020年山东省统一考试)当函数信号发生器输出信号频率设置为 50Hz 时，其信号周期为（ ）。 A. 0.01s B. 0.02s C. 0.1s D. 1s 答案：B 解析：根据T = 1/f，f = 50Hz，则T = 1÷50 = 0.02s，所以选 B。 5.(2019年四川省统一考试)函数信号发生器输出信号的频率单位是（ ） A. 伏特（V） B. 安培（A） C. 赫兹（Hz） D. 欧姆（Ω） 答案：C 解析：伏特（V）是电压单位，安培（A）是电流单位，赫兹（Hz）是频率单位，表示每秒的周期数，用于衡量信号变化的快慢，欧姆（Ω）是电阻单位，所以函数信号发生器输出信号频率单位是赫兹（Hz）。 四、限时练讲 1.脉冲式函数信号发生器中，决定脉冲重复周期的是（ ） A. 脉冲宽度设置 B. 频率设置 C. 幅值设置 D. 上升时间设置 答案：B 解析：脉冲宽度设置决定单个脉冲的持续时间，频率设置决定单位时间内脉冲出现的次数，也就决定了脉冲的重复周期，幅值设置决定脉冲的电压大小，上升时间设置决定脉冲从低电平到高电平的变化速度，所以决定脉冲重复周期的是频率设置。 2.合成式函数信号发生器相比其他类型，优势在于（ ） A. 能产生更稳定的正弦波 B. 价格更便宜 C. 可生成复杂的任意波形 D. 输出功率更大 答案：C 解析：合成式函数信号发生器利用数字合成技术，可根据用户需求生成复杂的任意波形，这是其主要优势；在产生稳定正弦波方面，其他类型的函数信号发生器也能较好实现，且合成式一般价格较高，输出功率并非其突出优势。 3.若要将函数信号发生器输出的正弦波信号连接到示波器观察，应使用（ ） A. 普通导线 B. 同轴电缆 C. 网线 D. 光纤 答案：B 解析：普通导线易受外界电磁干扰，影响信号传输质量；同轴电缆具有良好的屏蔽性能，能有效减少电磁干扰，常用于连接信号发生器和示波器等电子仪器传输高频信号；网线用于网络数据传输，光纤用于光信号传输，均不适合传输电信号。 4.函数信号发生器输出信号的幅值单位是（ ） A. 瓦特（W） B. 焦耳（J） C. 伏特（V） D. 特斯拉（T） 答案：C 解析：瓦特（W）是功率单位，焦耳（J）是能量单位，伏特（V）是电压单位，用于表示信号幅值大小，特斯拉（T）是磁感应强度单位，所以函数信号发生器输出信号幅值单位是伏特（V）。 5.调节函数信号发生器的占空比旋钮，对（ ）波形有明显影响。 A. 正弦波 B. 三角波 C. 方波 D. 锯齿波 答案：C 解析：占空比是指脉冲信号中高电平持续时间与周期的比值，方波是由高电平和低电平组成的周期性信号，调节占空比旋钮可改变方波高电平所占比例；正弦波、三角波、锯齿波不存在占空比的概念，调节该旋钮对它们无明显影响。 6.正弦式函数信号发生器输出的正弦波失真度小，是因为（ ） A. 采用了优质的电源 B. 振荡电路设计合理且稳定 C. 有强大的滤波电路 D. 信号放大倍数高 答案：B 解析：正弦式函数信号发生器输出正弦波失真度小，核心原因是振荡电路设计合理且稳定，能够产生接近理想的正弦波信号；优质电源、强大滤波电路和较高信号放大倍数对信号质量有一定帮助，但不是失真度小的关键因素。 7.使用函数信号发生器时，若仪器出现异常声响，应立即（ ） A. 加大输出幅度 B. 关闭电源 C. 调节频率 D. 更换输出波形 答案：B 解析：仪器出现异常声响可能表示内部存在故障，此时加大输出幅度、调节频率或更换输出波形都可能进一步损坏仪器，应立即关闭电源，进行检查和维修。 8.脉冲式函数信号发生器输出的脉冲信号上升时间过慢，可能原因是（ ） A. 频率设置过高 B. 幅值设置过低 C. 内部电路的电容参数异常 D. 占空比设置不当 答案：C 解析：频率设置影响脉冲的重复周期，幅值设置影响脉冲电压大小，占空比设置影响高电平比例，而内部电路的电容参数会影响信号的充放电速度，电容参数异常可能导致脉冲信号上升时间过慢。 9.如何调节函数信号发生器输出正弦波的频率？​ 答案：对于模拟式函数信号发生器，一般通过调节面板上的频率调节旋钮，改变内部振荡电路的电容或电阻参数，从而改变振荡频率，实现正弦波频率的调节；对于数字式函数信号发生器，可通过按键输入具体的频率数值，或使用旋钮以步进的方式设置频率，仪器内部的数字电路根据设定值控制输出正弦波的频率。10.函数信号发生器输出方波时，占空比为 50% 意味着什么？​ 答案：占空比为 50% 表示方波信号在一个周期内，高电平持续时间和低电平持续时间相等。即方波信号处于高电平状态的时间占整个周期的一半，处于低电平状态的时间也占整个周期的一半，此时方波是对称的。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.脉冲式：通过特定电路产生脉冲波，频率决定单位时间内脉冲个数，脉宽和占空比控制脉冲持续时间和高低电平比例，上升时间和下降时间影响脉冲信号的质量。 2.操作流程：使用前检查仪器外观，接通电源等待初始化；选择所需波形类型，如正弦波、方波等；调节频率、幅值、占空比等参数；连接输出端到被测电路或示波器。 3.操作规范：严禁将输出端直接短路，防止过大电流损坏仪器；调节参数时注意仪器量程范围，避免超范围操作。 请同学们多结合实际操作，加深对理论知识的理解；操作需要反复练习，加深记忆；要注意安全，避免发生意外。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$