电子测量技术频域测量

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1、第8章　频域测量8.1线性系统描述8.2线性系统频率特性的测量8.3信号非线性失真的测量8.4信号的频谱分析在电测试技术中，所要测量的量与不同的参量相关。如前面第四章的波形测试，就是测量信号随时间的变化规律，叫时域测量。那么，频域测量自然是用所测参数随频率的变化规律。频域测量主要地包括二大部分部份内容：模拟线性系统频率特性的测量、模拟信号的频谱分析。前者用二十世纪六十年代发展起来的扫频图示技术进行测量最为广泛，而后者一般采用频谱分析仪进行测量的分析。本章就从这两方面来加以介绍。8.1线性系统描述线性系统,是一个能用线性微分方程描述的系统。它具有频率不变性和迭

2、加性。前者是指系统输出信号的频率与系统输入信号的频率相同，不会发生任何变化。后者是指对系统可用电路理论中的迭加原理进行分析。线性系统通常用传递函数来描述，即系统的初始状态为零的条件下，系统输出的拉氏变换与输入的拉氏变换的比：（8-1）式中：Y（s）、X（s）为输出和输入函数的拉氏变换；H（s）为系统的传递函数。（8-2）很显然，H（jω）是一个复函数。因此，可用幅频特性

3、H（jω）

4、和相频特性φ（ω）来全面表征一个系统的频率特性：（8-3）（8-4）由式（8-3）、（8-4）可见，系统在频率函数的激励下，不但输出的幅度要发生变化，而且输出的相位也会改变。要了

5、解这种特性，就要进行频率特性测量。8.2线性系统频率特性的测量线性系统频率特性测量，经典的测量方法是采用正弦点频法，这是一种静态测量方法，而广为采用的是正弦波扫频测量，即动态测量。本节就对这两个问题进行介绍。8.2.1正弦点频法测量正弦点频法又叫逐点测量法，如图8-1所示。信号源提供可调的正弦波电压；电子毫伏表V监测被测电路输入电压大小（保持其恒定）；电子毫伏表Vo指示被测电路输出电压；双踪示波器用来监测输入、输出电压的波形。测量时，每改变一次信号源频率，都要保持被测输入U值不变，测出输出Uo，同时监测波形不能畸变。当测完一组数据后，做出20lg～f曲线。图

6、8-1正弦点频法原理框图点频法的优点是简单易做。但缺点是：繁琐费时，每改变一次电路元件参数须重新逐点测试一遍，当调节元件多时，其工作量是很大的；数据不连续，对于在某一频率下的突然变化可能会漏掉；误差大，往往与实际工作状态时的特性不一致。此外，不能自动化，只能测出静态特性.上述方法只是测量了电路的幅频特性，如果双踪示波器能测出输出与输入的相位差的话，也可以做出相频特性，只是做出的相频特性误差很大。所以，为测得较好的相频特性可采用矢量电压表来测量。矢量电压表采用了取样技术和锁相技术，不但能测信号的幅度，还能测量信号的相位，其工作频率范围也很宽，在频域测量中是一种

7、十分有用的工具。8.2.2扫频测量技术前述点频法只能测静态特性，而且速度也慢。当前，商业化产品的要求是，通过测量获得被测系统的全面表征，同时在测量调试时要简捷快速。所以，扫频测量便迅速发展起来了。所谓扫频，就是利用某种方法，使正弦信号的频率随时间按一定规律在一定范围内反复扫动。这种扫动（幅度不变）的正弦信号，就叫“扫频信号”。有了扫频信号，再配上图示技术，使测试电路的幅频特性简捷快速，并能测量其动态特性。（一）.扫频图示的原理按照图示法的显示原理可分为光点扫描式和光栅增辉式两种方法。下面我们以光点扫描式来分析扫频图示的原理（另一显示方法在后面专门加以介绍）。

8、图8-2是光点扫描式的原理框图。由图可知，他与示波器有雷同的地方，只是锯齿波发生器的锯齿波电压除一路经X放大后驱动光点水平扫描外，另一路去控制产生扫频信号，其扫频信号经被测电路后再检波和放大，然后加在Y偏转板上，则CRT上显示出被测电路幅频特性曲线。由于扫频信号随锯齿波电压线性变化，而光点的X方向扫描也随锯齿波电压线性变化，则屏上的水平轴就转化为频率轴了（示波器是转化为时间轴）。图8-2光点式扫频图示仪框图对于被测电路，因自身的频率特性，在同幅的不同频率信号作用下输出的幅度不同（图中的u），经峰值检波后就得到幅频特性（图中的u），这个信号经放大后加在Y偏转板

9、上（示波器Y板则是加被测模拟信号）。因图示方法是通过光点扫描而得到连续的幅频特性，故叫光点扫描式。　　　　　扫频图示测量与点频测量相比，扫频代替了人工调节信号，示波显示代替了电压测量及人工作图，因而实现了自动化测量，使之快而准确。(二).扫频信号发生器扫频信号发生器是扫频图示测量的重要组成部分，它可单独作为信号源，也可作为扫描图示仪、频谱分析仪、网络分析仪、频率特性仪等的组成部分。1.扫频振荡器的工作特性(1).扫频线性扫频线性指扫频信号的频率与控制信号间的线性情况。对于电压控制的扫频而言，定义为：图8-3扫频线性线性系数=线性系数=式中：Kmax为电压控制

10、最大灵敏度，即f～V曲线的最大斜率；Kmin为电压控