項目7頻域測量儀器課件

1、項目七 頻域測量儀器第1頁，共36頁。本項目主要內(nèi)容任務(wù)一 頻率特性測試儀動動手 動動腦 實訓(xùn)項目做一做 議一議 想一想 項目小結(jié) 思考與練習(xí) 第2頁，共36頁。頻域測量儀器前言 對一個電信號特性的研究可以采用時域分析，即分析它隨時間變化的特性，也可以由它所包含的頻率分量（即頻譜分布）來描述。常把前者稱為時域分析，后者稱為信號的頻域分析。 頻域測量是把信號作為頻率的函數(shù)進行分析，主要討論電路系統(tǒng)頻率特性的測量和信號的頻譜分析。 本項目討論的主要內(nèi)容包括：電路系統(tǒng)頻率特性測量技術(shù)、信號頻譜分析技術(shù)和諧波失真度的測量技術(shù)及方法。第3頁，共36頁。頻域測量儀器知識目標 1. 掌握電路系統(tǒng)頻率特性的測

2、量技術(shù)及方法 2. 掌握信號頻譜分析技術(shù) 3. 掌握失真度測量的技術(shù)和方法技能目標 1. 熟練掌握掃頻儀的基本應(yīng)用 2. 熟練掌握失真度儀的基本應(yīng)用第4頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀任務(wù)目標 1.理解點頻法測量頻率特性 2. 熟悉掃頻測量技術(shù) 3. 掌握頻率特性測試儀原理 4. 熟練掌握頻率特性測試儀的應(yīng)用任務(wù)教學(xué)模式教學(xué)步驟時間安排教學(xué)方式閱讀教材課余自學(xué)、查資料、相互討論知識講解2課時重點講授點頻法測量頻率特性，掃頻測量技術(shù)，頻率特性測試儀原理及頻率特性測試儀的應(yīng)用操作技能2課時通過實訓(xùn)項目一，掌握掃頻儀操作規(guī)程及基本應(yīng)用第5頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀 我們知道，當信號輸入

3、到放大器、鑒頻器、陷波器、吸收回路等網(wǎng)絡(luò)（電路）時，其輸出信號電壓幅度會隨著信號頻率的變化而變化，這種變化反映了該電路的一種特性，叫電路的幅頻特性（頻率特性）。頻率特性曲線能直觀明顯地反映出這一類電路的性能，像心電圖、腦電圖能反映心臟和大腦是否正常一樣，網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線能清楚地反映出電路是否正常，是否符合設(shè)計要求。第6頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識一 點頻法測量頻率特性 我們先來看一個測量實例：要求設(shè)計電路及方法，選擇合適的測量儀器，得出調(diào)諧放大器的頻率特性曲線。 1測量方法 可采用點頻法測量，如圖6-1所示電路連接。方法是向被測系統(tǒng)提供測量用激勵信號，然后測量被測系統(tǒng)對激勵信號的

4、響應(yīng)。注意測量時保持輸入信號的幅度Vi不變，調(diào)節(jié)其頻率；在不同的頻率點上，用毫伏表（或示波器）逐點測得數(shù)據(jù)Vo，將其連成線，即是該放大電路的幅頻特性曲線，如圖6-2所示。信號發(fā)生器毫伏表調(diào)諧放大器示波器圖6-1 點頻法測量放大器頻率特性曲線連線圖fAu圖6-2 低頻放大器頻率特性曲線第7頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識一 點頻法測量頻率特性 2測量方法的特點 這種點頻法測量是電路頻率特性的原始測試方法。顯然具有以下特點： （1）較麻煩，工作量大，不適合大批量產(chǎn)品的測試。 （2）測量頻點的選擇對測量結(jié)果有很大影響，特別對某些特性曲線的銳變部分以及失常點，可能會因頻點選擇不當或不足而漏掉率

5、特性變化的細節(jié)。 （3）點頻法測得的是電路的靜態(tài)特性，而實際上電路是工作于動態(tài)中的。 所以，要全面、快捷地對測試系統(tǒng)進行測試，靜態(tài)點頻法不能適應(yīng)需要，必須采用動態(tài)測量。第8頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識二 掃頻測量技術(shù) 1.掃頻圖示法原理 掃頻測量是一種動態(tài)測量。掃頻測量在頻域測量中應(yīng)用廣泛?！皰哳l”是利用某種方法，使正弦信號的頻率隨時間按一定規(guī)律、在一定范圍內(nèi)反復(fù)掃動。這種頻率掃動的信號即被稱為掃頻信號。利用掃頻信號進行的測量稱為掃頻測量。利用掃頻測量并且直觀地將電路幅頻特性曲線顯示出來的測量方法稱為掃頻圖示法。下面來討論一下掃頻圖示法原理。 仍以上述放大器頻率特性曲線的測試為例，

6、圖6-4所示為測量放大器動態(tài)幅頻特性曲線的原理圖。 要想在示波器上顯示電路的動態(tài)頻率特性，首先需要一個輸出信號幅度恒定，而頻率連續(xù)變化的掃頻信號作為輸入信號。圖中掃頻信號發(fā)生器受掃描電壓發(fā)生器所產(chǎn)生的鋸齒波電壓掃頻，其輸出信號的幅度恒定，但瞬時頻率隨時間在一定范圍內(nèi)由高到低作線性變動（圖中波形b）。該掃頻信號作為輸入信號vi加到被測電路（即調(diào)諧放大器）的輸入端，則從輸出端得到的輸出電壓vo振幅的包絡(luò)變化規(guī)律與被測電路和幅頻特性相應(yīng)（圖中波形c）。這個電壓經(jīng)峰值（包絡(luò)）檢波器檢波，得到的即是被測電路的幅頻特性曲線（圖中波形d，稱圖形信號）。這個圖形信號經(jīng)Y放大器放大后，加到了示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板。

7、第9頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識二 掃頻測量技術(shù) 1.掃頻圖示法原理 在掃頻圖示法中，由于調(diào)制掃頻信號發(fā)生器完成掃頻的鋸齒波電壓即是示波管的水平掃描電壓，也就是說，掃頻信號頻率隨時間變化規(guī)律與鋸齒波電壓隨時間變化規(guī)律是一樣的，所以，可以將示波管屏幕的水平軸看成線性的頻率軸，這就和時域測量中通過時基掃描得到時間軸一樣。這樣，示波器水平軸代表頻率，垂直軸代表幅度，那么，屏幕上描繪出的圖形就是被測電路的幅頻特性曲線。 第10頁，共36頁。知識二 掃頻測量技術(shù) 2掃頻信號源 掃頻測量的核心部件是掃頻信號源。掃頻信號源既可作為頻率特性測試儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀或頻譜分析儀的組成部分，也可以作為獨立的

8、測量用信號發(fā)生器。 掃頻信號由掃頻振蕩器產(chǎn)生，實現(xiàn)掃頻的方法很多，有機械掃頻、電抗管掃頻、磁調(diào)電感掃頻、變?nèi)莨軖哳l等。無論采用哪一種掃頻方法，都要求掃頻信號的工作特性滿足要求，即具有足夠?qū)挼膾哳l范圍、良好的掃頻線性及掃頻信號振幅恒定。常用的掃頻方法是磁調(diào)掃頻和變?nèi)莨軖哳l。掃頻信號發(fā)生器待測電路峰值栓波器掃描電壓發(fā)生器X放大器Y放大器(a)(b)(c)(d)VxVyViVo圖6-4 掃頻測量原理框圖任務(wù)一 頻率特性測試儀第11頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識三 頻率特性測試儀原理1掃頻儀組成及原理頻率特性測試儀簡稱掃頻儀，它是基于基本掃頻圖示法原理而構(gòu)成的測試儀器。其組成原理框圖如圖6-

9、5所示，主要由三部分組成： 掃頻和頻標信號產(chǎn)生電路、示波驅(qū)動與顯示電路及高低壓電源。由于在顯示的幅頻特性曲線上需要疊加頻率標志以便讀出各點相應(yīng)的頻率值，所以增加了頻標信號產(chǎn)生電路。 外頻標輸入Y輸入CRT 低壓 電源 高壓電源Y軸輸入電路Y放大掃描發(fā)生器 X放大頻標信號產(chǎn)生電路外頻標信號產(chǎn)生電路掃頻信號發(fā)生器 檢波探頭待測系統(tǒng)圖6-5 頻率特性測試儀組成框圖第12頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識三 頻率特性測試儀原理2頻標信號產(chǎn)生電路 頻率標記是掃頻測量中的頻率定度。產(chǎn)生頻標的基本方法是差頻法，利用差頻方式可產(chǎn)生一個或多個頻標，頻標的數(shù)目取決于和掃頻信號混頻的基準頻率的成分。 低通濾波

10、器菱形頻標信號輸出晶體振蕩器 諧波發(fā)生器混頻器 掃頻信號發(fā)生器圖6-6 菱形頻標信號產(chǎn)生原理方框圖第13頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識三 頻率特性測試儀原理（1）菱形頻標信號產(chǎn)生電路菱形頻標信號產(chǎn)生電路由晶體振蕩器、諧波發(fā)生器、混頻器、低通濾波器、掃頻信號發(fā)生器構(gòu)成（如圖6-6所示）。晶體振蕩器產(chǎn)生標準頻率的振蕩信號如fo=10MHz，通過諧波發(fā)生器產(chǎn)生fo的基波和各次諧波fo1 、fo2 、fo3 、foi，送入混頻器與掃頻信號混頻。掃頻信號的范圍是fmin fmax，若掃頻信號與諧波在某點處差頻為0，如fo1處，則由于低通濾波器的選通性，在零點差頻點，信號通過，因為幅度最大；離零

11、差頻點越遠，差頻越大，幅度越小，且越遠處幅度越小。于是在f=fo1處就形成了菱形頻標。同理在fmin fmax各零頻點處也形成了菱形頻標。 第14頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識三 頻率特性測試儀原理（1）菱形頻標信號產(chǎn)生電路菱形頻標信號產(chǎn)生電路由晶體振蕩器、諧波發(fā)生器、混頻器、低通濾波器、掃頻信號發(fā)生器構(gòu)成（如圖6-6所示）。晶體振蕩器產(chǎn)生標準頻率的振蕩信號如fo=10MHz，通過諧波發(fā)生器產(chǎn)生fo的基波和各次諧波fo1 、fo2 、fo3 、foi，送入混頻器與掃頻信號混頻。掃頻信號的范圍是fmin fmax，若掃頻信號與諧波在某點處差頻為0，如fo1處，則由于低通濾波器的選通性，

12、在零點差頻點，信號通過，因為幅度最大；離零差頻點越遠，差頻越大，幅度越小，且越遠處幅度越小。于是在f=fo1處就形成了菱形頻標。同理在fmin fmax各零頻點處也形成了菱形頻標。 第15頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識三 頻率特性測試儀原理（2）針形頻標在產(chǎn)生電路的輸出端增加一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和整形電路，利用菱形差頻信號去觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，再經(jīng)過整形后輸出針形頻標。菱形頻標適用于測量高頻段的頻率特性。針形頻標寬度較菱形頻標窄，在測量低頻電路時分辨力更高。 第16頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識三 頻率特性測試儀原理 第17頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識三 頻率特性測試

13、儀原理 第18頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識三 頻率特性測試儀原理（4）掃頻線性指掃頻信號瞬時頻率變化和調(diào)制電壓瞬時值變化之間的吻合程度。吻合程度越高，掃頻線性越好。（5）振幅平穩(wěn)性在幅頻特性測試中，必須保證掃頻信號的幅度恒定不變。掃頻信號的振幅平穩(wěn)性通常用它的寄生調(diào)幅來表示，寄生調(diào)幅越小，表示振幅平穩(wěn)性越高。 第19頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識四 頻率特性測試儀的應(yīng)用頻率特性測試儀又叫掃頻儀，有模擬式和數(shù)字式，如圖6-7所示。使用掃頻儀可以測試多種無線電部件，例如寬頻放大器、雷達接收機中頻放大器和高頻放大器、收音機中頻放大器、電視機圖象通道，以及濾波器、衰減器等有源和無

14、源四端網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性，還可以測量鑒頻器的鑒頻特性，或用來作為調(diào)諧指示器等。為了更好地應(yīng)用掃頻儀，我們首先來看一個它的面板結(jié)構(gòu)。（a）模擬式掃頻儀（b）數(shù)字式掃頻儀圖5-7 掃頻儀第20頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識四 頻率特性測試儀的應(yīng)用1頻率特性測試儀的面板結(jié)構(gòu)由于型號不同，掃頻儀面板結(jié)構(gòu)和控鍵使用方法也不相同（如圖6-8所示）。但大致可分為以下部分，以BG-3型掃頻儀面板結(jié)構(gòu)為例，如圖6-8所示：圖6-8 幾種型號的掃頻儀面板圖第21頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識四 頻率特性測試儀的應(yīng)用1。亮度 2聚焦3水平校準4Y位移：調(diào)節(jié)波形上下移動。5Y增益：波形幅度的調(diào)節(jié)旋鈕。

15、6+/-、AC/DC、Y衰減：極性、耦合方式及衰減的選擇開關(guān)。7掃頻寬度：掃頻頻率覆蓋的有效寬度，為掃頻中心頻率的最高值和最低值之差。8頻標幅度：可改變頻標在屏幕上顯示的幅度。9頻標選擇（50MHz、10MHz、1MHz復(fù)合、外接）10中心頻率：在掃頻范圍內(nèi)可改變中心頻率。11外接頻標：使用外頻標時，由此輸入。12掃頻輸出：掃頻信號的輸出端，可接輸出探頭。13輸出衰減（1、2、3、4、10、20、30dB）：輸出掃頻信號電壓的幅度調(diào)節(jié)旋鈕。14Y輸入：輸入從被測電路取出的待測信號。15電源指示燈16電源開關(guān)17X位移調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)波形水平方向移動。18X幅度調(diào)節(jié) 19斷/通20220V電源插座（內(nèi)

16、帶熔斷絲）19181720圖6-9（b）BT-3G型頻率特性測試儀后面板示意圖12465798101112131415163圖6-9 (a) BT-3G型頻率特性測試儀前面板示意圖第22頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識四 頻率特性測試儀的應(yīng)用2掃頻儀操作規(guī)程操作步驟:（1）接通電源，預(yù)熱十分鐘。然后調(diào)節(jié)亮度、Y位移及聚焦旋鈕，在屏幕上顯示的掃描線應(yīng)明亮光滑。（2）根據(jù)被測電路的工作頻率或帶寬，將頻標選擇開關(guān)置于合適擋位，通過調(diào)節(jié)頻標幅度旋鈕，使其大小合適。（3）極性開關(guān)置“+”或“”，耦合方式置AC或DC。 （4）進行零頻標的調(diào)試，具體方法是：將掃頻儀的輸出探頭與輸入探頭短接，如圖6-

17、10所示。 Y輸入RF輸出75輸出50輸入檢波電纜圖6-10 掃頻儀零頻標調(diào)試和0dB校正連線示意圖第23頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識四 頻率特性測試儀的應(yīng)用將輸出衰減置0dB，調(diào)節(jié)Y增益至合適大小，熒光屏上將出現(xiàn)如圖6-11（a）所示的兩條光跡，順時針旋轉(zhuǎn)，光跡將向右移動，直至光跡出現(xiàn)一個凹陷點（如圖6-11（b）所示），這個凹陷點就是掃頻信號的零頻標點。 （a）（b）圖6-11 零頻標調(diào)試波形圖第24頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識四 頻率特性測試儀的應(yīng)用（5）進行0dB校正，具體方法是： 將掃頻儀的輸出探頭與輸入探頭短接，如圖6-10所示，將輸出衰減置0dB，調(diào)節(jié)Y增

18、益使熒光屏上顯示的兩條光跡間有一確定的高度，這個高度稱為0dB校正線，此后Y增益旋鈕不能再動，否則測試結(jié)果無意義。（6）儀器使用完畢后，應(yīng)關(guān)掉電源，整理附件，清點檢查后放置。注意事項:（1）掃頻儀與被測電路連接時，必須考慮阻抗匹配問題。（2）在顯示幅頻特性曲線時，如發(fā)現(xiàn)圖形有異常曲折，則表明電路有寄生振蕩，這時應(yīng)先采取措施消除自激，如降低放大器增益、改善接地線或加強電源退耦濾波等。（3）測試時，輸出電纜與檢波頭的地線應(yīng)盡量短，切忌在檢波頭上加長導(dǎo)線。 第25頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識四 頻率特性測試儀的應(yīng)用3頻率特性儀測試實例（1）電路幅頻特性的測試將經(jīng)過零分貝校正的頻率特性測試

19、儀與被測電路連接好，如圖6-11所示。保持掃描信號發(fā)生器輸出信號的幅度不變,同時改變掃描信號發(fā)生器輸出信號的頻率。 第26頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識四 頻率特性測試儀的應(yīng)用3頻率特性儀測試實例（2）電路參數(shù)的測量增益的測量 將經(jīng)過零分貝校正的頻率特性測試儀與被測電路連接好，如圖6-12所示。保持“Y增益”旋鈕不動，再調(diào)節(jié)兩個“輸出衰減”旋鈕，使屏幕顯示的幅頻特性曲線的幅度正好為0dB校正線，則“輸出衰減”的分貝值就等于被測電路的增益。例如：粗衰減為20dB，細衰減為3dB，則增益A23dB。 被測電路掃頻儀輸出輸入檢波探頭圖6-12 幅頻特性曲線測試連線示意圖第27頁，共36頁。

20、任務(wù)一 頻率特性測試儀知識四 頻率特性測試儀的應(yīng)用3頻率特性儀測試實例（2）電路參數(shù)的測量帶寬的測量 從屏幕上顯示的幅頻特性曲線上確定下限頻率fL與上限頻率fH，則帶寬為BW = fHfL例如：從幅頻特性曲線上，讀出曲線彎曲段下降到中頻段幅度的0.707時所對應(yīng)的低端頻率fL47NHz、高端頻率fH55MHz,則BW 55MHz47MHz8MHz。 第28頁，共36頁。任務(wù)一 頻率特性測試儀知識四 頻率特性測試儀的應(yīng)用議一議請你設(shè)計點頻法測量電路頻率特性曲線測試步驟。掃頻儀能否充當掃頻信號發(fā)生器來使用，如何使用？為什么進行掃頻測試時，輸出電纜與檢波頭的地線應(yīng)盡量短？如果把掃頻儀看成是一臺XY圖

21、示儀，那么和示波器相比，加到圖示儀X通道的信號和到Y(jié)通道的信號是否一樣？ 第29頁，共36頁。實訓(xùn)項目一 掃頻儀的基本應(yīng)用訓(xùn)練一、實訓(xùn)目的1掌握掃頻儀的基本使用方法；2進一步熟悉掃頻儀面板上各開關(guān)旋鈕的作用；3掌握使用掃頻儀進行放大器通頻帶測量的基本方法。二、實訓(xùn)儀器及器材1頻率特性測試儀（BT-3G型）一臺。275匹配電纜一只。3檢波電纜一只。4電視機中放板一塊。5隔直電容（510pF）、隔直電阻（1K）各一只。第30頁，共36頁。實訓(xùn)項目一 掃頻儀的基本應(yīng)用訓(xùn)練三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟1將BT-3型掃頻儀開機預(yù)熱，調(diào)節(jié)輝度、聚焦，使圖像清晰，基線與掃描線重合，頻標顯示正常，中心頻率為30MHz，

22、頻帶寬度為5MHz。2進行零頻調(diào)節(jié)和0dB校正。3按圖6-19所示連接中頻放大器的測試電路。輸出電纜探頭需要接一個隔直電容后再接到中頻放大器的輸入端。帶檢驗器電纜探頭需經(jīng)一個隔直電阻后接于中頻放大器的輸出端。Y輸入RF輸出75輸出被測電路圖6-19 測量連線圖檢波電纜第31頁，共36頁。實訓(xùn)項目一 掃頻儀的基本應(yīng)用訓(xùn)練三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟4電視機中放帶寬的測量。調(diào)節(jié)中頻放大器的有關(guān)元件，調(diào)節(jié)粗調(diào)和細調(diào)衰減器控制掃頻信號的電壓幅度，使熒光屏上顯示出高度合適的頻率特性曲線，然后調(diào)節(jié)Y增益，使曲線頂部與霜一水平刻度線AB相切，如圖6-17所示，此后Y增益旋鈕保持不動，將掃頻儀輸出衰減細調(diào)衰減器減小3dB，此時熒光屏上顯示的曲線高出原來水平刻度線AB，且與AB有兩個交點，兩交點處的頻率分別為下限截止頻率fH和上限截止頻率fL，如圖6-20所示，則該放大器幅頻特性曲線的頻帶寬度BW為：BW=fHfL圖6-20 掃頻儀測量帶寬時顯示圖形AB(a)ABfHfL(b)第32頁，共36頁。實訓(xùn)項目一 掃頻儀的基本應(yīng)用訓(xùn)練三、實訓(xùn)內(nèi)容和步驟5.電視機中放的增益測試。 在調(diào)好幅頻特性的基礎(chǔ)上，分別調(diào)節(jié)粗調(diào)和細調(diào)衰減器，控制掃頻信號的電壓幅度，使熒光屏顯示的頻率特性曲線處于0dB附近，如果高度恰好與0dB線等高，此時為粗調(diào)輸出衰減B1（dB），細調(diào)輸出衰減B2（dB），則該放大器的增益A為: