電子測量與儀器課件 第五章 頻域測量與儀器1

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(diǎn)頻測量法和掃頻測量法。

①點(diǎn)頻測量法即靜態(tài)測量法②掃頻測量法即動(dòng)態(tài)測量法3.如何產(chǎn)生掃頻信號(hào)？4.如何讀出頻率特性曲線上每點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率？1①點(diǎn)頻測量法即靜態(tài)測量法②掃頻測量法即動(dòng)態(tài)測量法，掃頻信號(hào)源掃描信號(hào)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(shí)質(zhì)上是掃頻信號(hào)源與示波器X-Y方式的結(jié)合。X放大器掃描信號(hào)源掃頻信號(hào)源被測電路檢波探頭Y放大器頻標(biāo)信號(hào)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(hào)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(hào)。L1L2R1R2C1VD1VD2L3R3VT1+EC調(diào)制信號(hào)掃頻信號(hào)圖5.4變?nèi)荻O管掃頻振蕩器原理圖55.1.4頻標(biāo)產(chǎn)生電路掃頻儀采用在幅頻特性曲線上疊加頻標(biāo)的方法進(jìn)行頻率標(biāo)度，包括菱形頻標(biāo)和針形頻標(biāo)兩種，一般由差頻電路產(chǎn)生。

標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源諧波信號(hào)源掃頻信號(hào)源被測電路檢波探頭頻標(biāo)混頻低通濾波Y放大器(b)(a)圖5-5菱形頻標(biāo)產(chǎn)生原理fSfS1、fS2、fS3、fS4、fS5fS1fS2fS3fS4fS5fS1fS2fS3fS4fS565.1.5技術(shù)指標(biāo)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(dá)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(hào)中心頻率f0定義為f0=(fmax+fmin)/2

相對(duì)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(hào)瞬時(shí)頻率的變化和調(diào)制電壓瞬時(shí)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(hào)的幅度恒定不變。掃頻信號(hào)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(diǎn)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(duì)VHF頻段高頻頭的測試；具有點(diǎn)頻信號(hào)輸出，可作為一般信號(hào)發(fā)生器使用5.2.1性能指標(biāo)（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(hào)輸出電壓：不小于250mV。9（5）掃頻信號(hào)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(jìn)。（8）頻標(biāo)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(shí)0～6V可調(diào)，AFT時(shí)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(biāo)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(hào)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(shí)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(xì)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(biāo)部分，選擇頻標(biāo)1MHz、10MHz或50MHz，此時(shí)掃描基線上呈現(xiàn)頻標(biāo)信號(hào)，調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度旋鈕可以均勻地調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度。④檢查掃頻范圍。將“頻標(biāo)選擇”置于50，頻標(biāo)幅度調(diào)至適當(dāng)位置，即對(duì)應(yīng)于熒光屏的中心位置，旋轉(zhuǎn)“中心頻率”旋鈕時(shí)，掃頻信號(hào)中心頻率的移動(dòng)范圍應(yīng)能在1～300MHz內(nèi)連續(xù)變化。

13⑤頻偏的檢查。“頻標(biāo)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(hào)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(duì)接，“粗衰減”及“細(xì)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(dāng)?shù)木匦畏娇?，如圖5.8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(duì)應(yīng)不同的掃頻頻偏，在整個(gè)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(hào)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(hào)寄生調(diào)幅AB圖5.9掃頻信號(hào)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(diǎn)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(shí)整個(gè)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(xiàng)（掃頻儀檢查、校正之后）①測試時(shí)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(shí)，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(biāo)記，可選擇外頻標(biāo)，在外頻標(biāo)插座上加上所需的頻率信號(hào)，此信號(hào)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(dá)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(hào)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(xì)調(diào)衰減器控制掃頻信號(hào)電壓幅度，使其符合電路要求的輸入信號(hào)幅度，注意衰減器的總衰減量應(yīng)不大于放大器設(shè)計(jì)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(shí)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(dāng)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(zhǔn)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(duì)于寬帶電路，可以直接用掃頻儀的內(nèi)頻標(biāo)，方便地顯示和讀出頻率特性曲線的寬度，為了更準(zhǔn)確地測量，有時(shí)也使用外頻標(biāo)。對(duì)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(diǎn)與屏幕上某一水平刻度線（虛線AA′）相切，然后使掃頻信號(hào)輸出電壓增加3dB，則曲線與虛線AA′相交，兩交點(diǎn)所對(duì)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(biāo)測出回路的諧振頻率f0和fH、fL后，回路Q值的計(jì)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(jìn)行連接，圖中RP1、RP2為無感電阻。測量時(shí)，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(dāng)注意，當(dāng)被測電路含有選頻回路時(shí)，熒光屏上顯示的曲線將不可能是一條平坦直線，這時(shí)可在曲線上選取一個(gè)參考點(diǎn)來測量，但所得的阻抗值是對(duì)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