第1章电子测量基础知识.ppt

1.9.4 频率合成原理、分类、特点和发展 1. 频率合成技术原理 频率合成是由一个或多个高稳定的基准频率(一般由高稳定的石英晶体振荡器产生)，通过基本的代数运算(加、减、乘、除)，得到一系列所需的频率通过合成产生的各种频率信号，频率稳定度可以达到与基准频率源相同的量级。 2. 频率合成分类及特点 当前主要的频率合成方式有：直接频率合成、锁相式频率合成(间接式频率合成)及直接数字合成(DDS)等方式。 ⑴ 直接频率合成 通过频率的混频、倍频和分频等方法来产生一系列频率信号并用窄带滤波器选出，其实现原理如图所示。 直接式频率合成原理框图 ⑵ 锁相式频率合成 它是一种间接式的频率合成技术。它利用锁相环（PLL）把压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在基准频率上，这样通过不同形式的锁相环就可以在一个基准频率的基础上合成不同的频率。 ⑶ 直接数字合成(DDS) 数字合成法是近年来发展起来的一种新的频率合成技术，它的原理是基于取样技术和数字计算技术来实现数字合成，产生所需频率的正弦信号。 3. 频率合成技术的发展 直接式、间接(锁相环)式和直接数字式频率合成技术DDS都有其优缺点。 4. 锁相环(PLL)的基本概念 ⑴ 锁相环基本工作原理及性能 锁相环是一个相位环负反馈控制系统。该环路由鉴相器(PD)、环路滤被器(LPF)、电压控制振荡器(VCO)及基准晶体振荡器等部分组成，其基本原理如图所示。 ⑵ 锁相环的基本形式 在锁相式频率合成信号源中，需要采用不同形式的锁相环，以便产生在步进的或连续可调的输出频率。 常用的锁相环形式主要有以下几种。 ①倍频式锁相环(倍频环) 倍频环是实现对输入频率进行乘法运算的锁相环。倍频环主要有两种形式：谐波倍频环和数字倍频环。 其原理图如图所示。 （a）谐波倍频环 （b）数字倍频环 倍频式锁相环原理图 倍频环也可以采用数字倍频的形式，其实现原理图如图所示。 ②分频式锁相环(分频环) 分频环实现对输入频率的除法运算，与倍频环相似，也有两种基本形式，如图所示。 （a）谐波分频环 （b）数字分频环 图 4.14 分频式锁相环原理图 ③混频式锁相环(混频环) 混频环实现对频率的加减运算。 （a）相加混频环 （b）相减混频环 混频式锁相环 在图（a）输出频率 与输入频率 混频后取差频 输入频率 进行相位比较，当此环路锁定后 ④多环合成单元 多环的结构形式可以是多样的，现在以一个双环合成单元为例，其原理结构图如图所示。 从上式可知，调谐倍频环的VCO(1)固有频率，使之锁定在 的N次谐波上，因此改变倍率系数N及调谐 即可实现在两个锁 定点之间的连续可调。 【例】利用锁相环组成一个输出为 合成信号发生器。 垂直系统 示波器的垂直系统由输入耦合选择器、衰减器，垂直放大器和延迟线组成。 ①输入耦合选择器 被测信号进入示波器的垂直通道首先要通过输入耦合选择器，如图所示， 分为AC、GND和DC三档。 选择DC档是输入信号的交、直流成分都能通过； 选择AC档时，由于电容C的隔直流作用，输入信号只有交流成分能通过；  图 输入衰减器原理图 等于Z1=R1∥C1与ZL=R2∥C2的分压比 当满足 时，Z1、Z2表达式中的分母相同，则衰减器的衰减量 此时衰减量与频率无关。 ②衰减器 衰减器的衰减量为 满足 的情况称为最佳补偿。 ③延迟线 延迟线的作用是使垂直通道的信号延迟一定的时间，以便在荧光屏上能观察到脉冲信号的前沿。 图 延迟线的作用 对延迟线的要求是：延迟时间应足够长和稳定，有良好的频率特性及相位特性；损耗小，阻抗要匹配，以便无失真地传送信号。现代示波器多采用对称螺旋电缆作延迟线。 ④垂直放大器 垂直放大器使示波器有观测微弱信号的能力。垂直放大器应该有稳定的增益，较高的输入阻抗，足够宽的频带和对称输出级。 通常把垂直放大器分成前置放大器和末级放大器两部分。前置放大器的输出信号一方面引至触发电路，作为“内触发”方式的同步触发源信号，另一方面经过延迟线延迟后引至末级放大器。 垂直放大器的输出级常采用差分电路，以便加在垂直偏转板上的电压能够对称。 在差分电路的输入端馈入不同的直流电位，差分输出电路的两个输出端直流电位亦会改变，进而影响垂直偏转板上的相对直流电位和波形的荧光屏上垂直方向的位置。这种调节直流电位的旋钮称为“垂直位移”旋钮。 2. 示波器的多波形显