专题二十 函数信号发生器输出波形（课件）-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 《电气测量技术》（第2版） 高教社 专题复习讲练测 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 CONTENTS 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 04 四.课内练习及讲评 05 五.内容归纳小结 目录 一、考纲解读 常见考点 1.函数信号发生器是能产生多种电信号波形（如正弦波、方波、三角波等）的电子仪器，广泛应用于电子电路测试、信号处理、通信系统调试等领域。 3.波形与参数：常见波形有正弦波、方波、三角波、脉冲波等。关键参数包括频率（单位时间内信号重复次数）、幅值（信号强度）、脉宽（脉冲持续时间）、占空比（脉宽与周期比值），这些参数决定波形特性。 4.正弦式：主要依靠 LC 振荡电路或 RC 振荡电路，利用电感、电容的充放电特性，配合放大电路和正反馈机制，产生稳定的正弦波信号，改变电路中电容、电感或电阻参数可调节输出频率。 2.类型与特点：分为模拟式和数字式。模拟式通过旋钮调节参数，操作直观但精度有限；数字式可通过按键输入参数，调节精度高、功能更丰富 。 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。 1 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。 2 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。 3 考试要求： 易考题型： 选择题：能够准确阐述函数信号发生器的定义、常见类型及在电子领域的应用场景，清晰区分正弦式、脉冲式、合成式函数信号发生器的功能差异。 简答题：深入理解正弦式函数信号发生器通过 LC 或 RC 振荡电路产生正弦波的原理，以及脉冲式、合成式函数信号发生器的工作机制。 论述题：熟练掌握使用函数信号发生器输出不同波形的操作流程，无论是模拟式还是数字式仪器，都能准确调节频率、幅值、占空比等参数。 一、考纲解读 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、识--认识函数信号发生器 要求 常见函数信号发生器如图 4-3-1所示,以小组为单位,仔细观察函数信号发生器,认识其外形与结构，熟悉函数信号发生器面板及面板部件的功能。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、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。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识函数信号发生器 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识函数信号发生器 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识函数信号发生器 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 一、识--认识函数信号发生器 ① 根据所使用的频率范围,调节频率范围选择按键选择波段,再调节频率调节旋钮,观察显示部分,细调到所需频率。 ② 对于输出电压调节,可直接调节幅度调节旋钮,在信号幅度显示屏显示,如果需要输出小信号,可以用幅度衰减按键进行适当衰减。 要点提示 二、知识点梳理和重点概念复习 二、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。 二、知识点梳理和重点概念复习 二、探--探究函数信号发生器的工作原理 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)。 二、知识点梳理和重点概念复习 二、探--探究函数信号发生器的工作原理 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 二、探--探究函数信号发生器的工作原理 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 二、探--探究函数信号发生器的工作原理 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 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 预热 接通电源,预热 3~5 min。 波形选择 选择要输出的波形:方波、三角波或正弦波。 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 三、做--使用函数信号发生器输出不同波形 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。 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。 二、知识点梳理和重点概念复习 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。 要点提示 题目 1： 函数信号发生器不能输出以下哪种波形？（ ） A. 正弦波 B. 方波 C. 三角波 D. 直流波 答案：D 解析：函数信号发生器主要用于产生周期性的交流信号波形，如正弦波、方波、三角波等，直流波是恒定的直流信号，不是函数信号发生器的常规输出波形。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 2： 以下关于函数信号发生器的描述，错误的是（ ） A. 是一种能提供多种信号波形的电子仪器 B. 只能输出固定频率的信号 C. 可调节输出信号的幅度 D. 广泛应用于电子电路测试等领域 答案：B 解析：函数信号发生器的频率是可以调节的，通过相关的频率调节旋钮或设置操作，能输出不同频率的信号，而不是只能输出固定频率信号 ，A、C、D选项对函数信号发生器的描述均正确。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 3： 正弦式函数信号发生器产生正弦波的核心部件是（ ） A. 放大电路 B. 滤波电路 C. 振荡电路 D. 整形电路 答案：C 解析：振荡电路能够产生周期性的电信号，正弦式函数信号发生器中，振荡电路通过特定的电路结构和参数，产生稳定的正弦波信号，放大电路主要用于增强信号幅度，滤波电路用于筛选特定频率信号，整形电路用于将不规则信号整形成规则波形，所以核心部件是振荡电路。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 4： 脉冲式函数信号发生器输出的脉冲信号，其参数不包括（ ） A. 脉冲宽度 B. 上升时间 C. 幅值 D. 相位差 答案：D 解析：脉冲宽度表示脉冲信号高电平持续的时间，上升时间是指脉冲信号从低电平上升到高电平所需的时间，幅值是脉冲信号的电压大小，而相位差一般用于描述两个同频率信号之间的相位关系，不是单个脉冲信号的参数。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 5： 合成式函数信号发生器是通过（ ）来产生多种复杂波形的。 A. 多个独立的简单波形叠加 B. 对单一波形进行多次调制 C. 数字信号处理技术合成 D. 改变振荡电路参数 答案：C 解析：合成式函数信号发生器利用数字信号处理（DSP）等技术，通过编程和算法，按照设定要求合成各种复杂波形，不是简单的波形叠加、多次调制或单纯改变振荡电路参数。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 6： 使用函数信号发生器输出正弦波时，若要增大输出信号的幅度，应调节（ ） A. 频率调节旋钮 B. 幅度调节旋钮 C. 占空比调节旋钮 D. 偏移量调节旋钮 答案：B 解析：频率调节旋钮控制信号的频率，幅度调节旋钮用于改变输出信号的电压大小，即增大或减小幅度，占空比调节旋钮用于调整脉冲信号中高电平所占的比例，偏移量调节旋钮用于改变信号在垂直方向上的直流偏移量，所以增大正弦波幅度应调节幅度调节旋钮。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 7： 当使用函数信号发生器输出方波时，若要改变方波的频率，应操作（ ） A. 幅度调节旋钮 B. 频率调节旋钮 C. 波形选择开关 D. 输出衰减开关 答案：B 解析：幅度调节旋钮控制方波幅度，频率调节旋钮可改变方波在单位时间内的周期数，即改变频率，波形选择开关用于选择输出何种波形，如正弦波、方波等，输出衰减开关用于降低输出信号的幅度，所以改变方波频率应操作频率调节旋钮。 选择题 三、常考习题练习与讲解 题目 8： 函数信号发生器的输出端口通常标有（ ） A. IN B. OUT C. GND D. VCC 答案：B 解析：“IN”一般表示输入端口，“OUT”表示输出端口，用于输出信号发生器产生的信号，“GND”是接地端口，“VCC”通常表示电源正极，所以函数信号发生器输出端口标有“OUT”。 选择题 三、常考习题练习与讲解 1.使用函数信号发生器输出三角波时，通过调节________旋钮可改变三角波的峰 - 峰值。 答案：幅值 解析：幅值调节旋钮直接控制三角波的幅度大小，这是操作函数信号发生器输出特定三角波的关键操作。 2.若函数信号发生器在使用过程中出现异常发热现象，应立即________并停止使用。 答案：关闭电源 解析：强调安全操作规范，异常发热可能是仪器故障的表现，及时关闭电源可避免更严重的损坏和安全隐患。 填空题 三、常考习题练习与讲解 3.函数信号发生器的频率分辨率是指能够精确调节和区分的最小________变化量。 答案：频率 解析：明确频率分辨率的定义，这一参数影响函数信号发生器输出频率的精确程度，在高精度实验中尤为重要。 4.脉冲式函数信号发生器中，频率决定单位时间内脉冲出现的________，脉宽表示单个脉冲持续的时间。 答案：次数 解析：进一步解释脉冲波频率和脉宽的物理意义，帮助学生准确理解这两个参数的作用。 填空题 三、常考习题练习与讲解 1.合成式函数信号发生器生成任意波形时，只能通过绘图的方式定义波形形状。（ ） 答案：错误 解析：合成式函数信号发生器生成任意波形时，除了通过绘图工具定义波形形状外，还可以通过数据输入工具，设定波形在不同时间点的电压值等参数来描绘波形曲线，并非只能用绘图方式，所以该说法错误。 2.使用函数信号发生器输出三角波时，幅值调节旋钮只能增大幅值，不能减小幅值。（ ） 答案：错误 解析：幅值调节旋钮既可以顺时针旋转增大幅值，也能逆时针旋转减小幅值，从而实现对三角波信号电压幅度大小的灵活调节，所以该说法错误。 判断题 三、常考习题练习与讲解 3.只要将函数信号发生器放置在通风良好的地方，就不会受到外界电磁干扰。（ ） 答案：错误 解析：通风良好与避免电磁干扰并无直接关联。函数信号发生器要减少外界电磁干扰，需远离强电磁干扰源、使用屏蔽连接线、配备屏蔽罩等措施，仅放置在通风处不能保证不受电磁干扰，因此该说法错误。 4.函数信号发生器的频率分辨率越低，越能输出精确的频率信号。（ ） 答案：错误 解析：频率分辨率是指函数信号发生器能够精确调节和区分的最小频率变化量，频率分辨率越低，意味着可调节的频率精度越低，无法输出精确的频率信号，所以该说法错误。 判断题 三、常考习题练习与讲解 三、常考习题练习与讲解 1.使用函数信号发生器输出三角波时，幅值调节旋钮的作用是什么？​ 答案：幅值调节旋钮用于调节输出三角波信号的电压幅度大小。旋转该旋钮，可改变三角波信号的最大值和最小值之间的差值，即改变三角波的峰 - 峰值。例如，增大幅值调节旋钮，三角波的波形幅度会变大，在示波器等显示设备上观察到的三角波会更高；反之，三角波的幅度会变小。 简答题 三、常考习题练习与讲解 2.简述使用函数信号发生器前的准备工作。​ 答案：使用函数信号发生器前，首先要检查仪器外观是否完好，有无损坏或松动部件；然后将函数信号发生器接通电源，打开电源开关，等待仪器完成自检和初始化；接着根据实验需求，选择合适的输出波形（如正弦波、方波等），并初步设置输出信号的频率、幅值等参数；最后使用合适的连接线将函数信号发生器的输出端与被测电路或测试设备连接好，确保连接可靠 。 简答题 三、常考习题练习与讲解 3.在使用函数信号发生器输出波形时，若发现输出信号不稳定，可能的原因有哪些？​ 答案：可能原因包括：①仪器电源不稳定，如电源电压波动较大；②函数信号发生器内部电路故障，如振荡电路元件性能不良、放大器工作异常等；③输出连接线接触不良，导致信号传输不稳定；④周围存在强电磁干扰，影响了仪器的正常工作；⑤设置的参数超出仪器的正常工作范围，例如频率设置过高，超出仪器能够稳定输出的范围。 简答题 三、常考习题练习与讲解 4.如何使用函数信号发生器输出一个频率为 1kHz、幅值为 3V 的方波信号？​ 答案：首先，打开函数信号发生器电源，等待仪器启动完成。然后，通过波形选择按钮选择方波输出模式。接着，找到频率调节旋钮或数字输入按键，将频率设置为 1kHz（若为数字输入，直接输入 1000；若为旋钮调节，缓慢旋转旋钮，直至频率显示为 1kHz）。再找到幅值调节旋钮或相关设置按键，将幅值设置为 3V（同样，根据仪器操作方式进行调节）。最后，检查输出连接线已正确连接到所需的电路或测试设备上，确认无误后，按下输出开关，即可输出频率为 1kHz、幅值为 3V 的方波信号。 简答题 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。 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。 五、课堂小结 感谢观看 $$