第5章 频域测量与仪器

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1、课题第5章频域测量与仪器课时分配：六课时教学目的要求：频域测量仪器包括扫频仪、频谱仪等仪器，主要用于测量频率特性曲线、频谱特性曲线，也是常用测试仪器之一。要求通过学习掌握仪器的基本组成与原理、了解它们的使用。教学重点：扫频仪、频谱仪的组成原理与性能指标及应用教学难点：扫频仪、频谱仪的组成原理教学方法：演讲法、问题教学法、设计教学法、小组研讨法、辩论法、座谈研讨等教学过程5.1频率特性测试仪工作原理5.1.1频率特性测量法频率特性测试仪简称为扫频仪，是一种能在示波器荧光屏上直接观测到各种电路频率特性曲线等的频域测量仪器，由此可以测算出被

2、测电路频带宽度、品质因数、电压增益、输入输出阻抗及传输线特性阻抗等参数。扫频仪与示波器的区别在于前者能够自身提供测试时所需要的信号源，并将测试结果以曲线形式显示在荧光屏上。被测电路的频率特性曲线即幅频特性曲线，测量方法包括点频测量法和扫频测量法。①点频测量法即静态测量法，由人工逐次改变输入正弦信号的频率，逐点记录对应频率的输出信号幅度而得到幅频特性曲线。该方法繁琐、费时、不直观、测量误差大。②扫频测量法即动态测量法，其原理框图如图5.1所示。扫描信号源一方面为示波器提供扫描信号u1；另一方面又控制扫频信号源的振荡频率，使其产生从低频到

3、高频的周期性重复变化的等幅正弦波u2输送给被测电路，u2称为扫频信号。被测电路的输出信号u3经峰值检波探头检出幅频特性曲线u4，并最终显示出幅频特性曲线来。由于扫频信号是连续变化的，故扫频测量法无测试频率的断点，该方法操作方便直观。5.1.2扫频仪工作原理由上述分析可见，扫频仪实质上是扫频信号源与示波器X-Y方式的结合。其组成框图及工作波形如图5.2所示。扫频信号源，即频率受控振荡器，在扫描信号u1控制下产生扫频信号u3。扫描信号源产生的扫描信号u1、扫频起停控制信号u2分别是扫频信号源的频率控制信号及停振控制信号，u1还是示波器的水

4、平扫描信号。当扫频信号u3为锯齿波电压时，由于正程扫描速度慢，回程扫描速度快，使得扫描正程、扫描回程得到的波形不重合而无法观测，如图5.3(a)所示。当扫频信号u3为正弦波电压号同时加至变容管VD1、VD2的两端，当调制电压随时间作周期性变化时，VD1、VD2结电容的容量也随之变化，从而使振荡器产生扫频信号。5.1.4频标产生电路扫频仪采用在幅频特性曲线上叠加频标的方法进行频率标度，包括菱形频标和针形频标两种，一般由差频电路产生。1.菱形频标图5.5(a)为菱形频标产生原理图，它对扫频信号与标准信号的基波、谐波进行混频而得到“零差频”

5、的菱形频标，如图5.5(b)所示。设标准信号频率为fs，则谐波信号源输出信号频率为基波fs及各次谐波fs1、fs2、fs3、fs4、fs5、…。扫频信号与谐波信号源输出信号经混频器混频后，再经低通滤波输出差频信号，由此得到一系列零差点。例如在f=fs1处差频为零，而f在fs1点附近差频越来越大，由于低通滤波器的选通性，在靠近零差点的幅度最大，两边信号幅度迅速衰减，于是在f=fs1处形成“菱形频标”。同理，在f=fs2、f=fs3……处也形成菱形频标。菱形频标与幅频特性曲线叠加便出现图5.5(b)所示的图形，配合标准信号源可读出频标的频

6、率值。菱形频标是由低通滤波器对差频信号的选择性而形成的，其选择性不可能无限高，故菱形频标总要占有一定的宽度，只有在特性曲线上占有的宽度相对较窄时，才能形成相对很细的可分辨的频标，否则频标相互靠近、连接、甚至局部叠加，难以确定频率值。故菱形频标适于高频测量。BT-3C型频率特性测试仪采用差频法产生菱形频标，为了提高频标的准确度，采用频率分别为1MHz和10MHz的晶体振荡器产生菱形频标。2.针形频标在低频扫频仪中常用针形频标，其产生方法与菱形频标相似。利用菱形差频信号触发单稳触发器，使之输出一个窄脉冲，窄脉冲经整形后再与幅频特性曲线在Y

7、放大器中叠加，最后出现在幅频特性曲线上。窄脉冲的宽度可由单稳触发器调节得很窄，所以产生的频标形似细针，称之为针形频标，适用于低频测量。例如，BT-4型低频频率特性测试仪即采用针形频标。5.1.5技术指标1.有效扫频宽度和中心频率有效扫频宽度是指在扫频线性和振幅平稳性能符合要求的前提下，一次扫频能达到的最大的频率覆盖范围，即△f=fmax－fmin式中，△f为有效扫频宽度；fmax为扫频最高频率；fmin为扫频最低频率。变化之间的吻合程度，吻合程度越高，扫频线性越好。3.振幅平稳性在幅频特性测试中，必须保证扫频信号的幅度恒定不变。扫频信

8、号的振幅平稳性通常用它的寄生调幅来表示，寄生调幅越小，振幅平稳性越好。5.2AH1254B型宽频带扫频仪AH1254型宽频带扫频仪是由晶体管及集成电路组成的电子测量仪器，其主要特点是：扫频宽度和中心频率均可在1～300M