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文檔簡介
第5章頻域測量與儀器頻域測量儀器包括掃頻儀、頻譜儀等儀器5.1頻率特性測試儀工作原理5.1.1頻率特性測量方法1.頻率特性曲線:被測電路的幅頻特性曲線,2.測量方法:包括點頻測量法和掃頻測量法。
①點頻測量法即靜態(tài)測量法②掃頻測量法即動態(tài)測量法3.如何產(chǎn)生掃頻信號?4.如何讀出頻率特性曲線上每點對應(yīng)的頻率?1①點頻測量法即靜態(tài)測量法②掃頻測量法即動態(tài)測量法,掃頻信號源掃描信號源示波器被測電路峰值檢波探頭u1u2u3u1u4XY圖5.1幅頻特性的掃頻測量原理框圖25.1.2掃頻儀工作原理掃頻儀實質(zhì)上是掃頻信號源與示波器X-Y方式的結(jié)合。X放大器掃描信號源掃頻信號源被測電路檢波探頭Y放大器頻標信號形成電路混頻器晶振u2u1u1u3u4u5tttttu1u2u3u4u5(b)(a)圖5.2掃頻儀組成框圖及工作波形3正程回程u(f)fu(f)f(a)(b)圖5.3掃頻儀掃描正程和掃描逆程的不重合4 5.1.3產(chǎn)生掃頻信號的方法
常用的是變?nèi)荻O管組成的壓控振蕩器產(chǎn)生掃頻信號。L1L2R1R2C1VD1VD2L3R3VT1+EC調(diào)制信號掃頻信號圖5.4變?nèi)荻O管掃頻振蕩器原理圖55.1.4頻標產(chǎn)生電路掃頻儀采用在幅頻特性曲線上疊加頻標的方法進行頻率標度,包括菱形頻標和針形頻標兩種,一般由差頻電路產(chǎn)生。
標準信號源諧波信號源掃頻信號源被測電路檢波探頭頻標混頻低通濾波Y放大器(b)(a)圖5-5菱形頻標產(chǎn)生原理fSfS1、fS2、fS3、fS4、fS5fS1fS2fS3fS4fS5fS1fS2fS3fS4fS565.1.5技術(shù)指標1.有效掃頻寬度和中心頻率
有效掃頻寬度是指在掃頻線性和振幅平穩(wěn)性能符合要求的前提下,一次掃頻能達到的最大的頻率覆蓋范圍,即△f=fmax-fmin式中,△f為有效掃頻寬度;fmax為掃頻最高頻率;fmin為掃頻最低頻率。掃頻信號中心頻率f0定義為f0=(fmax+fmin)/2
相對掃頻寬度定義為有效掃頻寬度與中心頻率之比,即72.掃頻線性
掃頻線性是指掃頻信號瞬時頻率的變化和調(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。3.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,振幅平穩(wěn)性越好。
85.2AH1254B型寬頻帶掃頻儀
由晶體管及集成電路組成,其主要特點是:掃頻寬度和中心頻率均可在1~300MHz內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié);設(shè)置有直流電源輸出,以方便對VHF頻段高頻頭的測試;具有點頻信號輸出,可作為一般信號發(fā)生器使用5.2.1性能指標(1)中心頻率:1~300MHz內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。(2)掃頻頻偏△Fmin≤1MHz,△Fmax≥300MHz。(3)掃頻非線性系數(shù)掃頻頻偏在40MHz內(nèi)不大于5%。(4)掃頻信號輸出電壓:不小于250mV。9(5)掃頻信號輸出阻抗:75Ω(6)寄生調(diào)幅系數(shù)頻偏在40MHz內(nèi)不大于5%,300MHz內(nèi)不大于10%。(7)輸出衰減:10dB×6,1dB×10步進。(8)頻標1MHz、10MHz(復(fù)合),50MHz及外接。(9)Y軸輸入衰減:分1、10、100三擋。(10)Y軸輸入靈敏度:4mV/div。(11)輔助電壓輸出+12V(0.5A),AGC時0~6V可調(diào),AFT時0~12V可調(diào)。(12)38MHz輸出電壓:不小于100mV。10定頻振蕩器混頻器掃頻振蕩器穩(wěn)幅放大器寬帶放大器衰減器Y軸放大器線性頻率變換器高頻電壓產(chǎn)生器頻標發(fā)生器X軸放大器CRT方波、三角波發(fā)生器電源變壓器穩(wěn)壓電源38MHz信號發(fā)生器掃頻輸出Y軸輸入圖5.6AH1254型寬帶掃頻儀原理框圖38MHz輸出±15V、12V+18V、+24V+40V5.2.2工作原理115.2.3面板結(jié)構(gòu)圖圖5.7為AH1254B型掃頻儀前面板結(jié)構(gòu)圖②①③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩圖5.7AH1254B型掃頻儀前面板圖1112131415161718125.2.4掃頻儀的檢查、校正及使用1.掃頻儀的檢查、校正
①儀器使用之前檢查電源電壓,電源亮度旋鈕拉出時接通電源。
②調(diào)節(jié)輝度、聚焦旋鈕,以得到足夠的亮度和細的掃描線,并選擇合適的輸入極性“+、-”和AC、DC耦合方式。
③檢查儀器內(nèi)部頻標部分,選擇頻標1MHz、10MHz或50MHz,此時掃描基線上呈現(xiàn)頻標信號,調(diào)節(jié)頻標幅度旋鈕可以均勻地調(diào)節(jié)頻標幅度。④檢查掃頻范圍。將“頻標選擇”置于50,頻標幅度調(diào)至適當位置,即對應(yīng)于熒光屏的中心位置,旋轉(zhuǎn)“中心頻率”旋鈕時,掃頻信號中心頻率的移動范圍應(yīng)能在1~300MHz內(nèi)連續(xù)變化。
13⑤頻偏的檢查。“頻標選擇”仍置于50,“頻率偏移”旋鈕由最小旋至最大,頻偏量應(yīng)能在1~300MHz內(nèi)連續(xù)變化。⑥檢查掃頻信號寄生調(diào)幅系數(shù)。將連接“射頻輸出”端的電纜與連接“Y軸輸入”端的檢波探頭對接,“粗衰減”及“細衰減”均置于0,“Y軸衰減”置于1,調(diào)節(jié)“Y軸增益”旋鈕,使熒光屏上顯示出高度適當?shù)木匦畏娇颍鐖D5.8所示,設(shè)方框最大值為A,最小值為B,則寄生調(diào)幅系數(shù)為:
14對應(yīng)不同的掃頻頻偏,在整個頻段內(nèi)m應(yīng)滿足技術(shù)性能中規(guī)定的要求。
⑦檢查掃頻信號的非線性系數(shù)。仍按上述連接方法連接,“中心頻率”處任意位置,調(diào)節(jié)頻率偏移旋鈕使頻偏在40MHz以內(nèi),讀出在中心頻率f0兩邊頻偏量Δf相等的水平距離,如圖5.9所示,記下偏離f0的最大距離A、最小距離B,則非線性系數(shù)為:
AB圖5.8掃頻信號寄生調(diào)幅AB圖5.9掃頻信號非線性f0f0-Δff0+Δf15⑧檢查掃頻輸出電壓。將后面板上的工作選擇開關(guān)置于“點頻”位置,調(diào)節(jié)頻率偏移旋鈕使頻偏最小,將超高頻毫伏表經(jīng)75Ω電纜接至射頻輸出端,此時整個頻段內(nèi)其輸出電壓應(yīng)不小于250mV。2.使用方法及注意事項(掃頻儀檢查、校正之后)①測試時注意輸出、輸入電纜和輸入檢波探頭的接線盡量短,探頭探針不應(yīng)再接另外接線。②測試帶有檢波輸出的被測設(shè)備時,可直接用輸入電纜連接到Y(jié)軸輸入端。如果被測設(shè)備帶有直流電位,Y軸輸入應(yīng)選擇AC耦合方式,以免損壞儀器。③如需要特殊的頻率標記,可選擇外頻標,在外頻標插座上加上所需的頻率信號,此信號應(yīng)大于50mV有效值。165.2.5掃頻儀的應(yīng)用掃頻儀的應(yīng)用很廣泛,尤其在無線電、電視、雷達及通信等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用更加普遍。BT-3C型掃頻儀的應(yīng)用舉例如下:1.電路幅頻特性的測量按圖5.10所示連接掃頻儀與被測電路,并根據(jù)被測電路的工作頻率及測試條件,調(diào)節(jié)掃頻儀面板上有關(guān)開關(guān)旋鈕,如“中心頻率”、“輸出衰減”等,則可在熒光屏上獲得被測電路的幅頻特性曲線。BT-3C型掃頻儀的輸出特性阻抗為75Ω,如果被測電路的輸入阻抗也為75Ω,可以用同軸電纜將掃頻信號輸出端連接到被測電路輸入端。否則,應(yīng)在兩者之間加阻抗匹配電路。172.電路參數(shù)的測量
根據(jù)顯示的幅頻特性曲線(1)增益:調(diào)節(jié)好幅頻特性后,用粗、細調(diào)衰減器控制掃頻信號電壓幅度,使其符合電路要求的輸入信號幅度,注意衰減器的總衰減量應(yīng)不大于放大器設(shè)計的總增益。若顯示器的幅頻高度為H,輸出衰減為B1(dB),將檢波探頭與掃頻輸出端短接,改變“輸出衰減”,使幅頻高度仍為H,此時輸出衰減的讀數(shù)若為B2(dB),則該放大器增益為:
A=(B2—B1)(dB)
應(yīng)當注意,在得到衰減量B1讀數(shù)后,應(yīng)保持掃頻儀的“Y軸增益”旋鈕位置不變,否則,測量結(jié)構(gòu)不準確。被測電路圖5.10掃頻儀與被測電路的連接掃頻輸出Y軸輸入18(2)帶寬對于寬帶電路,可以直接用掃頻儀的內(nèi)頻標,方便地顯示和讀出頻率特性曲線的寬度,為了更準確地測量,有時也使用外頻標。對于窄帶調(diào)諧電路,可以由圖形曲線看出諧振頻率f0,如圖5.11所示。使掃頻儀輸出衰減置于3dB處,調(diào)整Y增益,使圖形峰點與屏幕上某一水平刻度線(虛線AA′)相切,然后使掃頻信號輸出電壓增加3dB,則曲線與虛線AA′相交,兩交點所對應(yīng)頻率即為上下頻率fH、fL。則帶寬為:
BW=fH-fL
AA′fLfHf0圖5.11單調(diào)諧回路帶寬的測量19(3)回路Q值電路連接如圖5.10,在用外接頻標測出回路的諧振頻率f0和fH、fL后,回路Q值的計算如下:
Q=f0/BW3.高頻阻抗的測量:(1)輸入阻抗和輸出阻抗的測量按圖5.12(a)所示進行連接,圖中RP1、RP2為無感電阻。測量時,先將RP1短路、RP2斷開,調(diào)節(jié)掃頻儀面板上的有關(guān)開關(guān)旋鈕,使屏幕顯示的幅頻特性曲線的高度為A格,如圖5.12所示。撤去RP1上的短路線,調(diào)節(jié)RP1直至熒光屏顯示的曲線高度為A/2格,則RP1的電阻即為被測電路的輸入電阻。將RP1重新短路,使曲線高度仍為A格,接通RP2并調(diào)節(jié)其值直至曲線高度為A/2格,則RP2的電阻值即為被測電路的輸出阻抗。20應(yīng)當注意,當被測電路含有選頻回路時,熒光屏上顯示的曲線將不可能是一條平坦直線,這時可在曲線上選取一個參考點來測量,但所得的阻抗值是對該頻率而言的。Y軸輸入掃頻輸出RP1RP2被測網(wǎng)絡(luò)圖5.12測量輸入
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