學習任務頻率特性測試儀測試頻域參數(shù)

學習任務頻率特性測試儀測試頻域參數(shù)第1頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六6.1接受任務第2頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六6.2.1電路的頻域分析概述6.2.2電路的頻率特性測試儀6.2.3電路的頻譜分析6.2.4德力電子DS8831Q電子說明書7.5實訓6.2獲取知識第3頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六

一、時域和頻域的關系1、概念：時域測量——利用示波器觀察某種信號的幅度隨時間變化的關系。2、時域分析——研究信號的瞬時值（幅度Um）與時間（t）之間的關系。注意：使用的儀器：示波器3.頻譜測量——利用頻率特性儀某一個復雜信號中，各個信號成分與頻率變化的關系。4、頻域分析——研究信號中各頻率分量的幅度Um與頻率f之間的關系。6.2.1電路的頻域分析概述第4頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六0f0f2f03f04f0A0圖6—1周期信號的頻譜圖注意：這種頻域分析得到的圖像稱為頻譜分析圖（或這個過程稱為頻譜分析）例如：一個周期信號的基波和各諧波的頻譜圖第5頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六時域測量和頻域測量的比較可用圖7-2來說明圖7-2時域測量和頻域測量的比較

時間頻率幅度tfV頻域時域第6頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六

結論：（1）時域分析和頻域分析雖然可以用來觀察同一個電信號，但是兩者分析的角度是不一樣的，各有用武之地。（2）頻域分析多用于測量各種信號的電平、頻率響應、頻譜純度和諧波失真等。（3）時域分析與頻域分析之間有一定的對應關系，從數(shù)學上說就是一對傅立葉變換的關系。第7頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六二、頻譜分析：從廣義上講，是指組成信號的全部頻率分量的總集，頻譜測量就是在頻域內測量信號的各頻率分量，以獲得信號的多種參數(shù)。從狹義上講，在一般的頻譜測量中，將隨頻率變化的幅度譜稱為頻譜。注意（1）它包括幅度譜、相位譜、能量譜、功率譜等等。（2）得到的圖形有：離散頻譜，連續(xù)頻譜（3）可以對線性系統(tǒng)非線性失真的測量。第8頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六三、線性系統(tǒng)頻率特性的測量方法1、概念：系統(tǒng)的頻率特性又叫頻率響應，它包括幅頻特性和相頻特性。而常用的測量方法是：點頻測量法和掃頻測量法。2、測量方法：（1）點頻測量法：又叫描點法，即信號發(fā)生器送出的信號幅度始終保持不變，從頻率低端按一定的頻率間隔輸出信號，信號通過被測電路后，在電壓表或示波器上可以逐一得到對應的數(shù)值，把這些數(shù)值記下來，一直到達所需測試的頻率高端為止，最后把這些數(shù)值用坐標紙畫出來（坐標橫軸表示頻率；縱軸表示幅度）。得到的坐標曲線就是頻率特性曲線。如下圖所示第9頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六圖6--3點頻測量法的原理圖圖6-4幅頻特性曲線

第10頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六特點（1）、點頻法是一種靜態(tài)測量方法，比較繁瑣。（2）、測量次數(shù)多，測試時間長。（3）點頻測試精確度不高。第11頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六3、掃描測量法掃頻測量法是利用一個掃頻信號發(fā)生器取代了點頻法中的正弦信號發(fā)生器，用示波器取代了點頻法中的電壓表組成的專用測量電路頻率特性的方法。———掃頻儀（頻率特性測試儀）（1）電路基本組成掃頻信號發(fā)生器被測電路鋸齒波掃描信號示波器同步信號圖7---3掃頻儀基本框圖第12頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六（2）基本原理：電路產(chǎn)生頻率隨時間線性連續(xù)變化的掃描信號作為被測網(wǎng)絡的輸入信號，送到被測電路后，而產(chǎn)生幅度按照被測網(wǎng)絡的幅頻特性做相應變化非等幅信號送到示波器的Y軸；電路產(chǎn)生的鋸齒波信號經(jīng)過放大后，加到示波管X偏轉系統(tǒng)，是電子束水平勻速掃描，（而Y軸信號的頻率在勻速變化，X軸的電子束在勻速掃描），水平軸相當于勻速變化的頻率，在同步信號的配合下，在屏幕上就得到幅頻特性曲線。第13頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六（3）掃頻測量法的優(yōu)點：

（1）它優(yōu)于點頻測量，掃頻測量是一種半自動測試方法，動態(tài)響應好。（2）在測試中,可以迅速判斷被測電路中的某一元器件對頻率特性的影響，以便對電路進行改善。（3）可以觀察各種沖激影響，如脈沖干擾，機械沖擊等對被測電路的影響。以便對電路采取必要的措施。（4）和其他設備相配合，可以對生產(chǎn)過程或產(chǎn)品質量進行自動控制和監(jiān)測。（5）可以測試電路的動態(tài)頻率特性，沒有點頻測量的間隙，反映較全面。第14頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六6.2.2電路的頻率特性測試儀第15頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六圖6-5掃頻儀的原理框圖如圖所示：一、頻率特性測試儀的組成：頻率特性測試儀又叫掃頻儀根據(jù)掃頻測量法的原理設計、制造而成的。它是將掃頻信號源及示波器的X—Y顯示功能結合為一體，用于測量網(wǎng)絡的幅頻特性。結構如下圖所示u1u1u2u3u4u5X放大器掃描電壓發(fā)生器掃頻信號發(fā)生器被測電路檢波探頭Y放大器晶振混頻器頻標信號形成電路u3第16頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六即：掃頻信號發(fā)生器、掃描信號發(fā)生器、頻標信號形成電路、示波器和電源等組成。1、掃頻信號的產(chǎn)生電路：掃頻信號發(fā)生器是組成頻率特性測試儀的核心部分，它主要由掃描電路、掃頻振蕩器、穩(wěn)幅電路和輸出衰減器構成，如圖6-6所示。掃描電壓發(fā)生器掃頻振蕩器穩(wěn)幅電路（AGC）輸出衰減器掃描輸出圖6-6掃頻信號產(chǎn)生電路的組成第17頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六（1）掃頻信號發(fā)生器在掃描信號的控制下，利用改變振蕩電路某元件參數(shù)，產(chǎn)生隨著掃描信號幅度變化，頻率而發(fā)生變化的等幅波調頻信號。掃頻信號檢波信號u1u3u4ttttu500000掃描電壓信號被測電路輸出信號第18頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六(2)穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路的作用是減少寄生調幅，其基本原理如圖6-6所示。即是采用自動增益控制放大器。（3）輸出衰減器輸出衰減器用于改變掃頻信號的輸出幅度。在掃頻儀中，衰減器通常有兩組：一組為粗衰減，一般是按每擋為10dB或20dB步進衰減；另一組為細衰減，按每擋1dB或2dB步進衰減。多數(shù)掃頻儀的輸出衰減量可達100dB。第19頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六2.頻率標志電路頻率標志電路簡稱為頻標電路，其作用是產(chǎn)生具有頻率標志的圖形，疊加在幅頻特性曲線上，以便能在屏幕上直接讀出曲線上某點相對應的頻率值。分菱形頻標和針形頻標如圖7—6所示。圖7-6疊加在曲線上的頻標圖第20頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六3、電源供電：與示波器一樣二、掃頻儀的主要技術指標1、掃描信號（1）、掃描線性—掃描信號頻率與掃描電壓之間的線性程度。（f—u曲線的斜率表示）

線性系數(shù)komax----f—u曲線的最大斜率（）komin----f—u曲線的最小斜率(它反映VCO的控制靈敏度)k值越接近于1，線性度越好。（2）、掃頻寬度——又叫頻偏，用Δf表示

Δf=fmax-fmin第21頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六（3）、中心頻率——在線性掃描條件下（4）掃描信號的寄生調幅系數(shù)——由于各種因數(shù)的影響，掃描信號產(chǎn)生的寄生調幅現(xiàn)象。控制在百分之幾以內。（5）穩(wěn)定度——掃描中心頻率和掃描范圍的穩(wěn)定程度（6）掃頻信號電壓——其有效值應滿足電路的要求。（7）輸出阻抗：一般為75Ω（8）輸出衰減：

粗衰減：0、10、20、30、40、50、60dB；細衰減：0、2、3、4、6、8、10dB。第22頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六2、頻標菱形，分為1MHz、10MHz和外接三種。3、檢波探頭輸入電容≤5pF，最大允許輸入直流電壓為300V。4、示波器：垂直靈敏度不低于1mV/cm5、電源第23頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六頻譜分析儀（頻譜儀）是在電子、無線電、通信等領域中應用極廣泛的一種儀器。除了能分析信號頻率分量以及各頻率分量所包含的能量大小外，還可以測量諧波失真、調制度、頻譜純度等，也可以測量電路的幅頻特性。6.2.3電路頻譜分析儀第24頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六

頻譜分析儀的主要功能是測量信號的頻率響應，橫軸代表頻率，縱軸代表信號功率或電壓的數(shù)值，可用線形或對數(shù)刻度顯示測量的結果?？梢哉f頻譜分析儀是一個多功能的掃頻儀。一、頻譜分析儀的分類頻譜分析儀按不同的特性，有不同的分類方法。（1）按分析處理方法分類：模擬式頻譜儀、數(shù)字式頻譜儀、模擬/數(shù)字混合式頻譜儀。（2）按基本工作原理：掃描式頻譜儀、非掃描式頻譜儀（3）按處理的實時性分類：實時頻譜儀、非實時頻譜儀。（4）通道數(shù)目：單通道、多通道頻譜儀（5）按工作頻帶的高低：高頻、射頻、低頻等頻譜儀。第25頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六一般以非實時頻譜儀中的外差式頻譜儀最為常見二、掃頻外差式頻譜儀該種儀器是按外差方式來選擇所需頻率的，其中頻固定，通過改變本機振蕩器的振蕩頻率達到選頻的目的。主要由外差式接收機和示波器構成。第26頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六混頻器中頻放大器檢波器掃頻本機振蕩器掃描電壓發(fā)生器Y放大X放大fx（含有諧波分量fx1、fx2、fx3、、、fxn）fonfL（t）1、組成：如下圖所示第27頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六3、各部分的作用及原理（1）、掃頻本機振蕩器是儀器內部的振蕩源，受掃描電壓發(fā)生器輸出信號掃描電壓調制，輸出在一定范圍內掃動的掃頻信號。2、基本工作原理超外差頻譜儀，利用超外差接收機的原理，將頻率可變的掃頻信號與被分析信號進行差頻，再對所得的固定頻率信號進行測量分析，由此依次獲得被測信號不同頻率成分的幅度信息。這是頻譜儀最常采用的方法。第28頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六（2）、掃描電壓發(fā)生器一方面給掃頻振蕩器提供調制電壓，另一方面給示波器提供水平掃描電壓，故將水平軸變成頻率軸。tu0tu03、混頻器接收被測信號和掃頻信號混合，產(chǎn)生兩者的差頻fon=fL（t）－fxn。依次落入中頻放大器的通頻帶內。4、中頻放大器具有固定通頻帶，只對通頻帶內的頻率信號進行放大。第29頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六5、檢波器對中頻放大器的輸出信號進行峰值檢波，并將檢波所得信號送往示波器Y軸電路。0ut0uf檢波器0uff0f1f20.7UmUm第30頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六6、視頻濾波：平滑輸出波形，濾除噪聲對顯示波形的影響。7、跟蹤處理：是對同一輸入信號多次掃描得到的蹤跡進行處理，以達到平滑圖像、降低噪聲的目的。第31頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六三、外差式頻譜儀的主要性能指標（1）輸入頻率范圍指頻譜儀能夠正常工作的最大頻率區(qū)間，以HZ表示該范圍的上限和下限，由掃描本振的頻率范圍決定。（2）頻率掃描寬度又稱分析譜寬、掃寬、頻率量程、頻譜跨度等。它表示頻譜儀在一次測量過程中所顯示的頻率范圍，可以小于或等于輸入頻率范圍。

第32頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六（3）頻率分辨率指分辨頻譜中兩個相鄰分量之間的最小譜線間隔，單位是HZ。（4）頻率精度頻譜儀頻率軸讀數(shù)的準確程度，各部分代表的物理意義見書第159頁（5）掃描時間（簡稱ST）即進行一次全頻率范圍的掃描、并完成測量所需的時間，也叫分析時間。第33頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六(6)相位噪聲（頻譜純度）反映頻率在極短時期內的變化程度，表現(xiàn)為載波的邊帶，也叫邊帶噪聲。（7）幅度測量精度有絕對幅度精度和相對幅度精度之分，均由多方面因素決定。絕對幅度精度是針對滿刻度信號的指標，受輸入衰減、中頻增益、分辨率帶寬、刻度逼真度、頻響及校準信號本身的精度等的綜合影響；相對幅度精度與測量方式有關，在理想情況下僅有頻響和校準信號精度兩項誤差來源，測量精度可以達到非常高。第34頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六(8)動態(tài)范圍：同時可測的最大信號和最小信號的幅度之比。通常是指從不加衰減時的最佳輸入信號電平起，到最小可用信號電平為止的信號幅度變化范圍。動態(tài)范圍受限于輸入混頻器的失真度、系統(tǒng)靈敏度、本振信號的相位噪聲。（9）靈敏度指在給定分辨力帶寬、顯示方式和其他影響因素下，頻譜儀顯示最小信號電平的能力，以dBm、單位表示。（10）本振直通（直流響應）：頻譜儀的本振而產(chǎn)生的直流響應。（11）本底噪聲：是一起內部的熱噪聲，也叫噪底。是系統(tǒng)的固有噪聲。表現(xiàn)為接近顯示儀底部的噪聲基線，常以dBm為單位。第35頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六（12）1dB壓縮點和最大輸入電平1dB壓縮點：在動態(tài)范圍內，因輸入電平過高而引起的信號增益下降1dB時的點。最大輸入電平：反映了頻譜儀可正常工作的最大限度。第36頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六6.2.4德力電子DS8831Q頻譜分析儀的使用第37頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六一、板面功能介紹：LCD顯示屏：能夠顯示的電路的各種頻率參數(shù)電源開關：在打開儀器背面開關的情況下，可以用此打開儀器USB外設接口系統(tǒng)控制區(qū)頻標控制區(qū)系統(tǒng)控制區(qū)7個軟鍵對應著測量中的相應選擇調節(jié)區(qū)顯示調節(jié)區(qū)第38頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六標準信號輸出射頻信號輸入端，頻率范圍：1MHz—1GHz儀器復位跟蹤源輸出屏幕拷貝/保存圖片儀器測量模式標準信號輸出指標測量功能儀器測量模式第39頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六測量結果保存觸發(fā)方式選擇軟鍵觸發(fā)掃描掃跡操作和存儲中頻帶寬設置掃描參數(shù)設置自動配合功能設置輔助控制操作頻標操作控制頻標峰值功能第40頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六頻率參數(shù)設置頻率間隔（掃寬）設置電平幅度設置窗口顯示操作調節(jié)手輪順序參數(shù)下調順序參數(shù)上調數(shù)字輸入鍵負號/退格刪除回車確認取消第41頁，共49頁，2023年，2月20日，星期六2.簡單