电子测量第四章信号源.pptVIP

4.1 信号源概述 信号源的作用和组成 信号源的分类 正弦信号源的性能指标 4.1.1 信号源在电子测量中的作用和组成 2. 信号源的组成 4.1.2 信号源的分类 1. 按频率范围 大致可分为六类： ? 超低频信号发生器 0.0001Hz～1000Hz； ? 低频信号发生器 1Hz～200KHz； 视频信号发生器 10Hz～10MHz； ? 高频信号发生器 200KHz～30MHz； ? 甚高频信号发生器 30KHz～300MHz； ? 超高频信号发生器 300MHz以上。 2. 按输出波形,大致可分为： ? 正弦波形发生器； ? 脉冲信号发生器； ? 函数信号发生器； ? 扫频信号发生器； ? 调制信号发生器。 ? 噪声及伪随机信号发生器； ? 任意波形发生器。 4.1.3 信号源的性能指标 1. 频率特性 （1）频率范围 （2）频率准确度 （3）频率稳定度 频率稳定度的表征 1）频率稳定度 2）长期频率稳定度的表征 3）短期频率稳定度的表征 频率稳定度的表征 电子计数器基于比较测量法原理，其时间、频率的参考标准为内部晶体振荡器。 晶体振荡器存在老化与漂移，因此，需要进行定期校准（微调）。校准方法为将晶体振荡器输出作为被测信号，用上一级更准确的频率标准为参考，进行测量——称为“频率计量”。测量的主要内容为“频率稳定度”。 1）频率稳定度 ◆频率准确度 频率源输出的实际频率值fx对其标称值f0的相对频率偏差。 即： 1）频率稳定度 频率稳定度概念 频率源的频率值由于受内外因素的影响，总是在不断地变化着，大体上可分为：(1)系统性的或确定性的变化（如老化）；(2)非确定性的或随机性的变化（频率随机起伏）。 因此，频率准确度只能表示当前测量（取样时间）的准确度，它是时间t的函数。频率准确度随时间的变化即为频率稳定度。它表征频率源维持其工作于恒定频率上的能力。 ◆ 长期、短期稳定度 对频率稳定度的描述引入时间概念，即在一定时间间隔内的频率稳定度，则有长期稳定度与短期稳定度。 长期——年、月、日；短期——秒级。 频率稳定度的表征 2）长期频率稳定度的表征 长期稳定度是指石英谐振器老化而引起的振荡频率在其平均值上的缓慢变化，即频率的老化漂移。 多数高稳定的石英振荡器，经过足够时间的预热后，其频率的老化漂移往往呈现良好的线性(增加或减少)。如下图。 图中表示了实际频率 随时间的变化，由图 可得频率稳定度K： K表示了在t1~t2时间内 的相对频率漂移（即 频率准确度的变化）。 频率稳定度的表征 ◆日老化率 对石英振荡器，通常用一天内的频率平均漂移作为长期稳定度的表征，叫做“日老化率”。（上图中的时间取为一天） 日老化率的测量 显然，每天的“日老化率”会有所变化，实际中连续测一周或一个月。设每天测一个数据，共测n天，得f1,f2,…, fi,…fn, 利用最小二乘法拟合得到老化曲线: 则其斜率 (估计值)相对f0比值即为日老化率（下图a）。 频率稳定度的表征 由最小二乘法公式，可求得： 式中， 日波动 晶体振荡器除老化 漂移外，一天内还 将产生频率的随机 起伏，如图（b）所 示。日波动综合表 征了老化漂移和随机起伏。 频率稳定度的表征 3）短期频率稳定度的表征 ◆相对频率起伏 根据频率准确度定义： 式中fx由于噪声引起寄生调频、调相，fx应为时间t的函数，则频率准确度和频率稳定度均为时间t的函数。 将频率源输出信号作为随机过程，用下式表示： 式中，将幅度A0视为恒定（不考虑幅度起伏变化）； f0为标称频率； 为瞬时相位（起伏变化）。 则瞬时频率可表示为： 相对频率起伏为： 频率稳定度的表征 时域与频域的表征 （1）时域表征：相对频率起伏 为随机变量，因此可用其取样方差来表示。 标准偏差：由于 即，相对频率起伏的标准偏差等于f(t)的标准偏差。 对f(t)作有限次（n次）测量，得到f1、f2、…、fn，用贝塞尔公式计算其估计值。 平均值为： 注意：各次测量值f1、f2、…、fn为取样时间（闸门时间）内的平均。 的意义： f1、f2、…、fn围绕 的起伏变化。 频率稳定度的表征 阿仑方差：当存在闪烁相位噪声（低频噪声即1/f噪声）时，上述标准偏差将发散，为此，采用阿仑方差。 阿仑方差定义为： 式中，fi’和fi为相邻（无间隙）两次测量值，并将其作