二极管开关变频器组合频率的特性分析

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1、项目8二极管开关变频器组合频率的特性分析8．1．1项目内容采用频域测试技术对二极管开关变频器中组合频率的频率特性分析，分析变频器工作原理，验证环形开关混频器输出组合频率的一般通式，观察并测试变频器输出组合频率的频率值和幅度特点，观察混频器的镜像干扰。8．1项目要求8．1．2知识要求了解变频器原理及开关混频原理，了解变频器输出组合频率的计算方法，了解频谱分析仪的工作原理，掌握环形开关混频器组合频率的频谱分析仪测试方法。8．2相关知识8．2．1频率变频电路频率变换电路可分为频谱的线性变换电路和频谱的非线性变

2、换电路。前者包括普通调幅波的产生和解调电路、抑制载波的调幅波的产生和解调电路、混频电路和倍频电路等；后者包括调频波的产生和解调电路、限幅电路等。这些电路的共同特征是，输出信号中除了含有输入信号的全部或部分频率成分外，还会出现不同于输入信号频率的其它频率分量。分析频率变换等非线性电子电路的主要目的是寻找描述非线性器件特性的函数，从而求得输出信号中新出现的频率成分。在频率变换电路中，通过研究变频前后频谱的变化，了解输出信号中的频率成分，确定变频电路变频效果。8．2．2时域和频域分析特点一个过程或信号，既可在时

3、域进行分析来获取其各种特性，也可以在频域进行分析获取各种特性。电压频率时间频域时域图8.1时间、频率和幅度的三维坐标8．2．3常用频域测试仪器1、频率特性测试仪频率特性测试仪主要用于电路频率特性的测量，包括幅频特性、带宽及回路Q值等。2、频谱分析仪频谱分析仪用于分析信号中所含的各个频率分量的幅值、功率、能量和相位关系。3、选频电压表选频电压表采用调谐滤波的方法，选出并测量信号中某些频率分量。4、调制域分析仪调制度的分析测量是对各种频带的射频信号进行调解，恢复调制信号，测量调制度。调制域分析仪测量信号的频率

4、、相位和信号出现的时间间隔随时间的变化规律。5、相位噪声分析仪振荡信号源的相位噪声特性用谱密度来表征，因而相位噪声的分析也要用到频谱分析。对网络的分析也是通过信号分析来进行的，因而与信号的频率分析技术密切相关。6、数字信号处理机数字信号处理机是新发展起来的一类分析仪，它采用FFT和数字滤波等数字信号处理技术，对信号进行包括频谱分析在内的多种分析。8．2．4频率特性的基本测试方法1、点频测试法保持输入正弦信号大小不变，逐点改变输入信号的频率，测量相应的输出电压值。2、扫频测试法扫频频率的变化是连续的，不会漏

5、掉被测特性的细节，快速扫频使我们有可能测量被测器件或系统的动态特性。另外扫频测试法的测量简单、速度快，可实现频率特性测量的自动化。3、多频测量法多频测量将一个由多个正弦波组成的测试信号同时加到被测系统的输入，大大提高测量的速度。计算机的普及和多频测量的软件实现，更使频域测量系统的自动化进入了新的发展阶段。4、广谱快速测量法当系统的非线性失真的要求较高时，可采用白噪声作为测试输入信号，实现广谱测试信号的动态测试方法。8．2．5频谱分析仪的工作原理及应用1、频谱分析的概念对于周期函数，傅立叶用ω作为变量，证实

6、几乎每个正弦信号都是由基波和各次谐波组成的，非正弦波也可分解为频率不同的正弦波。通常将合成信号的所有正弦波的幅度按频率的高低依次排列所得到的图形称为频谱。频谱分析就是在频率域内对信号及特性进行描述。一般说来，确定性信号存在着傅立叶变换，由它可获得确定的频谱。随机信号只能就某些样本函数的统计特征值作出估算，如均值、方差等。这类信号不存在傅立叶变换，对它们的频谱分析指的是它的功率谱分析。8．2．5频谱分析仪的工作原理及应用2、示波测试和频谱分析的特点示波器和频谱仪都可用来观察同一物理现象，两者所得的结果应该是

7、相同的。但由于两者是从不同角度去观察同一事物，故所得到的现象只能反映事物的不同侧面。(a)示波器测试图形(b)频谱仪测试图形图8.2信号在时域和频域中的显示情况A0t①②At0①②t0At0At0At0A图8.3示波器和频谱仪对比观察相位不同的波形(a)用示波器不容易观察波形的失真(b)用频谱仪容易观察微小的幅度和相位变化图8.4用示波器和频谱仪观察微小失真的波形3、频谱获取的基本方案输入信号CRT可调滤波器AA(c)调节滤波器方式(d)外差扫频方式CRT中频滤波器中频放大输入信号混频器本地振荡器AAA输

8、入信号BPFnVnAABPF1V1BPF2V2ACRT电子开关输入信号BPF2BPF1BPFnAAAA(a)同时分析原理图(b)顺序分析原理图4、常用频谱分析仪的介绍(1)频谱分析方法有三种分析功率谱的方案，它们是滤波法、相关函数傅立叶变换法和直接傅立叶变换法。后两种都是通过傅立叶变换计算来完成的，故可将它们归为计算法。图8.6滤波式频谱分析仪的基本组成信号输入带通滤波器或扫描调谐式滤波显示或记录检波器图8.7计算法频谱分析仪