電子測量與儀器教學(xué)課件第7章頻率特性測量及儀器

第7章頻率特性測量及儀器

章首導(dǎo)言電路頻率特性是電路動態(tài)特性分析的重要內(nèi)容。本章簡要介紹頻率特性測試儀的工作原理和頻率測量的基本知識；重點掌握頻譜儀的使用方法；了解頻譜分析儀的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)。12021/10/10星期日7.1頻域測量基本知識

7.1.1頻域和時域的關(guān)系對于任何一個信號，都具有時間-頻率-幅度的三維特性，信號的幅度既可表示為時間t的函數(shù)，又可以表示為頻率f(或角頻率ω)的函數(shù)；既可以在時域?qū)λM(jìn)行測量分析，也可以在頻域進(jìn)行測量分析，以獲得不同的變化特性。頻域和時域的關(guān)系如圖7-1所示。時域分析是研究信號的瞬時幅度u與時間t的變化關(guān)系，如信號通過電路后幅度的放大、衰減或畸變等。通過時域測量可測定電路是否工作在線性區(qū)、電路的增益是否符合要求、時間響應(yīng)特性等。實際工作中常用的示波器就是典型的時域測量分析儀器，常用它來觀測信號電壓隨時間的變化，但它無法獲得信號中包含哪些頻率成分、它們之間的相對幅度如何等信息，也無法得到信號通過某個系統(tǒng)后頻率成分是否產(chǎn)生了變化及變化的大小等信息，這些都必須借助于頻域測量分析來完成。頻域分析則是研究信號中各頻率分量的幅值A(chǔ)與頻率f的關(guān)系，包括線性系統(tǒng)頻率特性的測量和信號的頻譜分析。頻率特性測量和頻譜分析都是以頻率為自變量，以頻率分量的信號值為因變量進(jìn)行分析的，通常由頻率特性測試儀(掃頻儀)來完成。其中，頻率特性測試儀利用掃頻測量法，可直接在顯示屏上顯示被測電路的頻率響應(yīng)特性；頻譜分析儀則是對信號本身進(jìn)行分析和對線性系統(tǒng)非線性失真系數(shù)進(jìn)行測量，從而可以確定信號所含的頻率成分，了解信號的頻譜占用情況，以及線性系統(tǒng)的非線性失真特性。22021/10/10星期日7.1.2頻域測量的分類在實際應(yīng)用中，根據(jù)頻域測量的對象和目的不同，可以將頻域測量分為以下幾種類型。（1）頻率特性的測量。它主要是對電路網(wǎng)絡(luò)的頻率特性進(jìn)行測量。（2）選頻測量。它是利用選頻電壓表，通過調(diào)諧濾波的方法，選出并測量信號中某些頻率分量的大小。（3）頻譜分析。它是利用頻譜分析儀分析信號中所含的各個頻率分量的幅值、功率、能量和相位關(guān)系，以及震蕩信號源的相位噪聲特性、空間電磁干擾等。（4）調(diào)制度分析測量。它是指對各種頻帶的射頻信號進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)調(diào)制信號，測量其調(diào)制度，如調(diào)幅波的調(diào)幅系數(shù)、調(diào)頻波的頻偏、調(diào)頻指數(shù)及它們的寄生調(diào)制參數(shù)等。（5）諧波失真度的測量。當(dāng)信號通過非線性器件時都會產(chǎn)生新的頻率分量，俗稱非線性失真，這些新的頻率分量包括諧波和互調(diào)兩種類型。32021/10/10星期日7.1.3線性電路幅頻特性的測量

在測量技術(shù)分類中，頻域測量占有重要地位，其主要原因是線性電路對正弦激勵的響應(yīng)仍是正弦信號，只是與輸入相比其振幅和相位發(fā)生了變化，一般情況下都是頻率的函數(shù)。我們已經(jīng)知道，正弦穩(wěn)態(tài)下的系統(tǒng)函數(shù)或傳輸函數(shù)N(jω)反映了該系統(tǒng)激勵與響應(yīng)間的頻率關(guān)系，即42021/10/10星期日1.點頻法測量點頻法是一種靜態(tài)測量法，就是“逐點”測量一系列規(guī)定頻率點上的網(wǎng)絡(luò)增益（或衰減）來確定幅頻特性曲線的方法，其原理如圖7.1-1(a)所示。52021/10/10星期日2.掃頻法測量

掃頻法是一種動態(tài)測量法。所謂掃頻，就是利用某種方法，使激勵正弦信號的頻率隨時間變化按一定規(guī)律在一定范圍內(nèi)反復(fù)掃動，這種頻率掃動的正弦信號稱為掃頻信號。提供頻率可自動連續(xù)變化的正弦波信號源稱為掃頻信號源或掃頻振蕩器。掃頻測量法就是將等幅掃頻信號加至被測電路輸入端，然后用顯示器來顯示信號通過被測電路后振幅的變化。由于掃頻信號的頻率是連續(xù)變化的，因此在屏幕上可直接顯示出被測電路的幅頻特性。62021/10/10星期日7.2掃頻儀

掃頻儀是頻率特性測試儀的簡稱，是一種能在熒光屏上直接觀測到各種網(wǎng)絡(luò)頻率特性等曲線的頻域測量儀器，由此可以測算出被測電路的頻帶寬度、品質(zhì)因數(shù)、電壓增益、輸出阻抗及傳輸線特性阻抗等參數(shù)。掃頻儀與示波器的主要區(qū)別在于前者能夠自身提供測試時所需要的信號源，并將測試結(jié)果以曲線形式顯示在熒光屏上。72021/10/10星期日7.2.1掃頻儀的組成掃頻儀主要由掃描信號發(fā)生器、頻標(biāo)電路和示波器三部分組成，此外，掃頻儀還有一套附件——檢波探頭和電纜探頭。其基本結(jié)構(gòu)如圖7.2-1中的虛線框內(nèi)所示。82021/10/10星期日1.掃頻信號發(fā)生器

掃頻信號發(fā)生器主要由掃描電路、掃頻振蕩器、穩(wěn)幅電路和輸出衰減器等構(gòu)成，是組成頻率特性測試儀的關(guān)鍵部分。它具有一般正諧信號發(fā)生器的工作特性，輸出信號的幅度和頻率均可調(diào)節(jié)，另外它還具有掃頻工作特性，其掃頻范圍（頻偏寬度）也可以調(diào)節(jié)。1）掃描電路掃描電路又稱掃描發(fā)生器，用于產(chǎn)生掃頻振蕩器產(chǎn)生掃頻信號所需要的調(diào)制信號，以及示波管所需要的掃描信號。它既是掃頻信號發(fā)生器的組成部分，也是示波器的組成部分。掃描電路的輸出信號有時不是鋸齒波，而是正弦波或三角波。2）掃頻振蕩器掃頻振蕩器是掃頻信號發(fā)生器的核心部分，它的作用是產(chǎn)生等幅的掃頻信號，實際上它是一個調(diào)頻振蕩器，在掃描信號（即調(diào)頻的調(diào)制信號）的作用下，產(chǎn)生頻率隨時間按一定規(guī)律變化的掃頻振蕩，并利用電平限制電路及自動幅度控制電路以確保輸出振幅平穩(wěn)的掃頻信號，通過輸出控制電路來控制系統(tǒng)的輸出。92021/10/10星期日2.頻標(biāo)電路頻率標(biāo)記電路簡稱頻標(biāo)電路，它的作用是產(chǎn)生具有頻率標(biāo)記的圖形，疊加在幅頻特性曲線上，以便讀出各點相應(yīng)的頻率值。頻標(biāo)的產(chǎn)生通常采用差頻法，其原理框圖如圖7.2-4所示。102021/10/10星期日3.波形顯示部分波形顯示部分包括輸入電路、Y輸出放大器、掃描信號發(fā)生器、示波管及其控制電路。輸入電路對輸入信號進(jìn)行放大或衰減，然后經(jīng)Y輸出放大器放大送示波管的垂直偏轉(zhuǎn)板，以顯示信號的幅度。掃描信號送示波管的水平偏轉(zhuǎn)板，形成水平掃描。實際掃頻儀中掃描信號發(fā)生器是用電源變壓器的次級繞組來代替的，從該繞組取出50Hz的交流電壓作為掃描信號，將其送示波管水平偏轉(zhuǎn)板進(jìn)行水平掃描，同時又送到掃頻振蕩器進(jìn)行頻率調(diào)制，以保證掃描信號與掃頻信號的同步。由于掃描信號與掃頻信號是同步的，所以掃描電壓的非線性對頻率特性曲線的顯示沒有影響。4.掃頻儀附件掃頻儀附件包括檢波探頭（又稱輸入探頭）和電纜探頭（又稱輸出探頭），它是掃頻儀外部的一個電路部件。112021/10/10星期日7.2.2掃頻儀的主要性能要求掃頻振蕩器除應(yīng)具有一般正弦振蕩器所具有的工作特性外，還有下面幾個主要的性能要求。

(1)中心頻率范圍大且可連續(xù)調(diào)節(jié)。中心頻率是指掃頻信號從低頻到高頻之間中心位置的頻率。不同測試對象對中心頻率的要求也不同。(2)掃頻寬度(頻寬)要寬且可任意調(diào)節(jié)。頻偏是指掃頻信號的瞬時頻率與中心頻率的差值。顯然，頻偏應(yīng)能覆蓋被測電路的通頻帶，以便測繪該電路完整的頻率特性曲線。例如，測試電視接收機中的圖像中頻通道要求頻偏達(dá)±5MHz，測試伴音中頻頻道時，頻偏只需±0.5MHz。(3)寄生調(diào)幅要小。理想的調(diào)頻波應(yīng)是等幅波，因為只有在掃頻信號幅度保持恒定不變的情況下，被測電路輸出信號的包絡(luò)才能表征該電路的幅頻特性曲線。

(4)掃描線性度要好。當(dāng)掃頻信號的頻率和調(diào)制信號間成直線關(guān)系時，示波管的水平軸變換成線性的頻率軸。這時幅頻特性曲線上的頻率標(biāo)尺將均勻分布，便于觀察。在測試寬帶放大器時，若使用對數(shù)幅頻特性，則要求掃頻規(guī)律和掃頻電壓之間是對數(shù)關(guān)系。122021/10/10星期日7.2.3BT-3型掃頻儀

BT-3型掃頻儀整機電路功耗低、體積小、輸出電壓高、寄生調(diào)幅小、掃頻非線性系數(shù)小、衰減器精度高、頻譜純度好、顯示靈敏度高，主要用來測試?yán)走_(dá)接收機、電視機等無線電電路的頻率特性。1.儀器面板圖BT-3型掃頻儀的面板圖如下圖所示，其各部分的功能如下：132021/10/10星期日2.主要技術(shù)性能（1）中心頻率（掃描基線100mm，在最大頻偏時，對準(zhǔn)熒光屏中心刻度線的頻率）：在1～300MHz內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)，分三個波段實現(xiàn)。（2）掃頻頻偏：最小掃頻頻偏≤±0.5MHz；最大掃頻頻偏>±7.5MHz。（3）寄生調(diào)幅系數(shù)：最大頻偏時≤±7.5%。（4）調(diào)頻非線性系數(shù)：最大頻偏時≤20%。（5）頻標(biāo)：分為1MHz、10MHz菱形頻標(biāo)和外接頻標(biāo)三種。（6）輸出掃頻信號電壓：>0.1V（應(yīng)接75Ω匹配負(fù)載，輸出衰減置于0dB）。（7）輸出電壓調(diào)節(jié)方式：①步進(jìn)衰減（粗調(diào)）：0/10/20/30/40/50/60dB；②步進(jìn)衰減（細(xì)調(diào)）：0/2/3/4/6/8/10dB。（8）檢波探頭：輸入電容≤5pF，最大允許輸入直流電壓為300V。142021/10/10星期日3.BT-3型掃頻儀的使用方法1）使用前的性能檢查（1）檢查顯示系統(tǒng)。（2）撿查內(nèi)頻標(biāo)。（3）零頻標(biāo)的識別方法。（4）檢查掃頻信號寄生調(diào)幅系數(shù)（輸出電壓平坦度）。（5）檢查掃頻信號非線性系數(shù)。（6）“1MHz”和“10MHz”頻標(biāo)的識別方法。（7）波段起始頻標(biāo)的識別方法。2）使用方法（1）使用前調(diào)整。開機預(yù)熱后使基線與掃描線重合，頻標(biāo)顯示正常。合理選擇波段選擇位置與中心頻率。（2）連接測試電路。輸出電纜探頭接一個幾百皮左右的電容后，再接到被測電路的輸入端。測量幅頻特性的連接接線圖如下圖所示。152021/10/10星期日（3）增益測試。將Y衰減置于10擋上（相當(dāng)于衰減20dB），調(diào)節(jié)粗、細(xì)輸出衰減使因被測電路接入而變化的曲線高度仍恢復(fù)為H，記下輸出衰減總分貝數(shù)A2，則該中頻放大器的電壓增益k為（4）測量帶寬。利用掃頻儀上的頻標(biāo)，在幅度左右兩邊分別對應(yīng)與波峰的0.707倍時的上下頻率差就是被測網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性曲線的頻帶寬度。162021/10/10星期日7.3頻譜分析儀

7.3.1頻譜分析的基本知識頻譜分析儀簡稱頻譜儀，是用于顯示輸入信號的幅度（或功率）相對于頻率分布的儀器。頻譜儀一般用于分析重復(fù)波形的特性，因此在所分析的頻率范圍內(nèi)重復(fù)掃描，就可顯示信號的全部成分。將連續(xù)信號分解成各個正弦分量，并以f/U圖形顯示出來，它實質(zhì)上相當(dāng)于一臺被校準(zhǔn)于正弦波有效值的峰值響應(yīng)的選頻電壓表。由于頻譜儀的測量功能較多，因此其被廣泛應(yīng)用于廣播、電視、通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對抗及各種電路的設(shè)計、制造和電子設(shè)備的維護(hù)、修理等方面。172021/10/10星期日1.頻譜分析儀的分類方法（1）按分析處理方法分類，有模擬式頻譜儀、數(shù)字式頻譜儀、模擬/數(shù)字混合式頻譜儀。（2）按處理實時性分類，有實時頻譜儀和非實時頻譜儀。（3）按頻率周刻度分類，有恒帶寬分析式頻譜儀、恒百分比帶寬分析式頻譜儀。（4）除了上述分類方法外，按輸入通道數(shù)目分類，有單通道頻譜儀、多通道頻譜儀；按工作頻帶分類，有高頻、低頻射頻微波等頻譜儀；按頻帶寬度分類，有寬帶頻譜儀和窄帶頻譜儀；按基本工作原理分類，有掃描式頻譜儀、非掃描式頻譜儀。2.頻譜分析儀的使用和應(yīng)用頻譜分析儀是要分析頻域的，其使用如下：一個信號要分析兩個參數(shù)：一是幅度；一是頻率。當(dāng)幅度已經(jīng)得出，而頻率和幅度要對應(yīng)起來，在某一頻率是什么幅度。頻率與幅度對應(yīng)是通過本振與掃描電壓對應(yīng)起來的。本振是一個壓控振蕩器，本振信號是個掃描信號，掃描控制是由掃描控制器來完成的。它同時控制顯示器的橫坐標(biāo)，從左到右當(dāng)掃描電壓在0V時，在顯示器上是0點，對本振信號來說是F1點，即起始頻率點。當(dāng)掃描電壓到10V時，在顯示器上是終止頻率點，本振電壓就是在終止頻率點F2，中間是線性的。通過這樣的方法使得顯示器坐標(biāo)的每一點與本振F1、F2的每一點對應(yīng)起來。頻譜分析儀的應(yīng)用范圍主要包括：信號參數(shù)的測量、電子產(chǎn)品性能測試、信號的仿真測量、電磁干擾的測量等。182021/10/10星期日7.3.2頻譜分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)1.輸入頻率范圍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?，F(xiàn)代頻譜儀的頻率范圍通?？蓮牡皖l段至射頻段，甚至微波段，如1kHz~4GHz。這里的頻率是指中心頻率，即位于顯示頻譜寬度中心的頻率。2.靈敏度靈敏度是指在給定分辨帶寬、顯示方式和其他影響因素的條件下，頻譜分析儀能測得最小信號電平的能力，用dBm、dBu、dBv、V等單位表示。頻譜分析儀的靈敏度主要取決于儀器內(nèi)部的噪聲電平，對于外差式頻譜分析儀，其靈敏度不僅與噪聲電平有關(guān)，還與掃頻速度有關(guān)，掃頻速度的越快，動態(tài)幅頻特性峰值越低，靈敏度越低。3.動態(tài)范圍動態(tài)范圍是指頻譜分析儀能夠同時測量的最大信號電平與最小信號電平之差，如圖7.3-1所示。它表示頻譜分析儀顯示大信號和小信號的頻譜的能力。192021/10/10星期日4.掃頻寬度

掃頻寬度是指頻譜分析儀在一次頻譜分析過程中所顯示的頻率范圍，也稱分析寬度。5.掃描時間

掃描時間是指完成一次掃頻過程所需要的時間，也稱分析時間。它主要指從頻譜分析儀水平軸最左端到最右端掃頻一次所需要的時間，主要受分辨帶寬濾被器的限制，一般希望掃描時間越短越好。但是，頻譜分析儀的掃描時間是和頻率量程、分辨帶寬和視頻濾波等因數(shù)相關(guān)聯(lián)的。為了保證測量的準(zhǔn)確性，掃描時間不可能任意地縮短。6.掃頻速度

掃頻寬度與分析時間之比稱為掃頻速度。應(yīng)該注意，掃頻速度的大小對頻譜分析儀的頻率分辨力有較大影響，因此測量信號頻譜時要對掃描速度進(jìn)行合理選擇，保證頻譜測量具有高分辨率和高精度。202021/10/10星期日7.3.3頻譜分析儀的工作原理

不同類型的頻譜儀，其性能特點、結(jié)構(gòu)組成和工作原理各不相同。1.實時頻譜儀實時頻譜儀能同時顯示規(guī)定頻率范圍內(nèi)的所有頻率分量，而且保持了各個信號間的時間關(guān)系(相位信息)，它不僅能分析周期信號、隨機信號，而且能分析瞬時信號。實時頻譜儀又可以分為多通道濾波式頻譜儀和快速傅里葉變換式頻譜儀兩類。(1)多通道濾波式頻譜儀。多通道濾波式頻譜儀的組成原理如圖7.3-2所示，輸入信號同時送到每個帶通濾波器，帶通濾波器的輸出表示輸入信號中被該濾波器通帶內(nèi)所允許通過的那一部分能量，因此顯示器上顯示的是各帶通濾波器通帶內(nèi)的信號的合成信號。由于受濾波器數(shù)量及帶寬的限制，這類頻譜儀主要工作在音頻范圍，其缺點是造價高，體積大。212021/10/10星期日(2)快速傅里葉變換式頻譜儀?？焖俑道锶~變換式頻譜儀的組成原理如圖7.3-3所示，其核心是以對函數(shù)進(jìn)行傅里葉變換的數(shù)學(xué)計算為基礎(chǔ)，因此需要使用高速計算機進(jìn)行數(shù)字功率譜的計算。根據(jù)采樣定理，即最低采樣速率應(yīng)該大于或等于被采樣信號的最高頻率分量的兩倍，由于受計算機工作速度的限制，傅里葉變換式頻譜儀一般工作頻在低頻段范圍內(nèi)。222021/10/10星期日2.掃描調(diào)諧式頻譜儀掃描調(diào)諧式頻譜儀對輸入信號按時間順序進(jìn)行掃描調(diào)諧，因此只能分析在規(guī)定時間內(nèi)頻譜幾乎不變化的周期性重復(fù)信號。這種頻譜儀有很寬的工作頻率范圍，從DC（直流）可達(dá)幾百MHz。常用的掃描調(diào)諧式頻譜儀又分為掃描射頻式頻譜儀和超外差式頻譜儀兩類。(1)掃描射頻式頻譜儀：掃描射頻式頻譜儀的組成原理如圖7.3-4所示，利用中心頻率可電調(diào)的帶通濾波器來調(diào)諧和分辨輸入信號。但這種類型頻譜儀的分辨率、靈敏度等指標(biāo)比較差，所以已開發(fā)的此類產(chǎn)品不多。(2)超外差式頻譜儀：超外差頻譜分析儀一般由射頻輸入衰減器、低通濾波器或預(yù)選器、混頻器、中頻增益放大器、中頻濾波器、本地振蕩器、掃描產(chǎn)生器、檢波器、視頻濾波器和顯示器組成。目前該產(chǎn)品品種和數(shù)量最多、應(yīng)用最廣泛的是掃描第一本振的超外差式頻譜儀。232021/10/10星期日3.數(shù)字式頻譜儀

隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的成熟與應(yīng)用，頻譜分析儀也走向了數(shù)字化。用數(shù)字濾波器代替上述模擬頻譜分析儀中的模擬濾波器，用數(shù)字平方檢波和均方算法代替二極管檢波，就構(gòu)成了數(shù)字濾波式頻譜分析儀。它具有更高的精度，更好的穩(wěn)定性和一致性，但大量的窄帶數(shù)字濾波器對數(shù)字信號處理的速度提出了很高的要求。根據(jù)前面的介紹，分析信號頻譜更直接的方法是進(jìn)行傅里葉變換。對數(shù)字采樣后的信號通過FFT方法計算DFT，即可同時得到其離散頻譜，再經(jīng)平方就可獲得功率譜。這就是FFT頻譜分析儀的核心，它已成為低頻頻譜分析的主要方法，如現(xiàn)在廣為流行的虛擬儀器(VI)中的頻譜分析功能就是基于高速數(shù)據(jù)采集和計算機快速傅里葉變換(FFT)實現(xiàn)的。采用FFT做頻譜分析的儀器，其頻率分辨率可遠(yuǎn)小于1Hz，幅度精度可達(dá)0.1dB以上，并具有眾多的功能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了頻譜分析的范圍，如現(xiàn)在大多數(shù)的數(shù)字示波器(DSO)都具備FFT頻譜分析的功能，并能存儲、打印。242021/10/10星期日7.3.4頻譜分析儀的應(yīng)用

頻譜分析儀由于具有靈敏度高、頻帶寬、頻率穩(wěn)定性好等許多特點，其應(yīng)用范圍極為廣泛，包括微波通信線路、雷達(dá)、電信設(shè)備、有線電視系統(tǒng)，以及電磁干擾的診斷測試、元件測試、信號監(jiān)視等的生產(chǎn)和維護(hù)。頻譜儀特別是在射頻及微波頻率下使用更是如魚得水，所以又常將其稱為射頻萬用表。1.正弦信號的測量

頻譜分析儀雖然不能測量正弦信號的相位，但可測量正弦信號的幅度和頻率。（1）幅度測量。把兩個信號先后送入頻譜儀進(jìn)行顯示，保證在影響增益的其他旋鈕不動的情況下，調(diào)整頻譜儀的輸入衰減器，使兩次測試都有同樣的高度，則輸入衰減器的前、后差值就等于兩個信號的相對電平。（2）頻率測量。讓頻譜分析儀工作在手動狀態(tài)，緩慢調(diào)節(jié)本機振蕩頻率，當(dāng)譜線剛好出現(xiàn)時，本機振蕩頻率就等于被測信號的頻率，精度遠(yuǎn)優(yōu)于示波器，可達(dá)10-5。2.手機靈敏度的定量測試一般的手機維修只能對其通話功能進(jìn)行測試，而無法測試手機的靈敏度。采用頻譜分析儀能對每部手機的靈敏度進(jìn)行定量測試及比較，其靈敏度的大小反應(yīng)在頻譜儀Y軸上的高低，因此能大大提高通信設(shè)備的維修水平。252021/10/10星期日3.電磁干擾的測試頻譜分析儀是電磁干擾（EMI）的測試、診斷和故障檢修中用途最廣的一種工具。在診斷電磁干擾源并指出輻射發(fā)射區(qū)域時，采用便攜式頻譜分析儀是很方便的。測試人員可在室內(nèi)對被測產(chǎn)品進(jìn)行連續(xù)觀察和測試，測試人員還可以用電場或磁場探頭探測被測設(shè)備的泄漏區(qū)域。通常這些區(qū)域包括箱體接縫、CRT前面板、接口線纜、鍵盤線纜、鍵盤、電源線和箱體開口部位等，探頭也可深入被測設(shè)備的箱體內(nèi)進(jìn)行探測。4.信號仿真測量對于聲音信號來說，通常說的“音色”是對頻譜而言的，音色如何是由其諧波成分決定的。不同樂器或歌唱家的音色可用頻譜來鑒別。

通過頻譜儀可對各種樂器的頻譜進(jìn)行精確的分析測量，由電子電路制作的電子琴是典型的仿真樂器，在電子琴的制作和調(diào)試過程中，通過與被仿樂器的頻譜做精確的比對，可提高電子琴的仿真效果。同理，可通過頻譜分析儀的協(xié)助來實現(xiàn)語言的仿真。262021/10/10星期日7.3.5AT5010型頻譜分析儀簡介

1.AT5010型頻譜儀面板圖AT5010型頻譜儀面板如下圖所示。272021/10/10星期日2.主要性能特點AT5010型頻譜儀最低能測到2.24μV（即-100dBm），一般示波器最低能測1mV；頻率計則在20mV以上，和頻譜儀相比差10000倍。頻率計測量頻率準(zhǔn)確度較低，當(dāng)信號低于20mV時，就無法進(jìn)行測試；示波器不能分辨低于5%的信號失真，而頻譜儀可以分辨出0.01%的信號失真。但是頻譜儀的高靈敏度也限制了被測信號的幅度范圍，一般在2.24μV~1V，超出1V應(yīng)配相應(yīng)的衰減器，以免損壞高頻頭。AT5010型頻譜儀的頻率范圍為0.15~1000MHz（1G），同系列的還有3G、8G、12G等產(chǎn)品。282021/10/10星期日3.操作使用方法（1）基本操作步驟。①打開頻譜儀，調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕，使屏幕上顯示清晰的圖像。②根據(jù)被測信號將掃頻寬度選擇按鈕置于合適擋位，相應(yīng)指示燈亮。③調(diào)節(jié)輸入衰減器和頻帶寬度，在熒光屏上顯示出被測信號的頻譜。④調(diào)節(jié)垂直位置旋鈕，使譜線基線位于最下面的刻度線處，再調(diào)節(jié)衰減器使譜線的垂直幅度不超過7個格。⑤開通頻標(biāo)，調(diào)節(jié)移動頻標(biāo)至被測頻譜中心，此時數(shù)字顯示窗的頻率即為該譜線的頻率。⑥關(guān)閉頻標(biāo)，讀出該譜線高出基線的格數(shù)，可得到頻率分量的幅度電平為：-107+高出基線的格數(shù)×10+衰減器分貝。⑦當(dāng)指示燈亮?xí)r，測出的幅度是不準(zhǔn)確的，應(yīng)調(diào)整帶寬至指示燈滅，再讀出幅度。⑧減小掃頻寬度可使譜線展寬，這樣可以準(zhǔn)確讀取譜線中心頻率。292021/10/10星期日（2）測量實例——測諾基亞手機功放輸出信號的頻譜。①打開頻譜儀，調(diào)節(jié)中心頻率粗調(diào)、細(xì)調(diào)旋鈕，使頻標(biāo)位于屏幕的中心位置，顯示窗的頻率值為900MHz。②合理設(shè)置掃頻寬度寬度選擇按鈕，使10MHz指示燈亮，表示每格所占頻率為10MHz。③將頻譜儀外殼與手機主板地點相連，探針插到功放的輸出端，先撥打“122”，觀察頻譜儀屏幕上有無脈沖圖像，正常在900MHz頻標(biāo)附近會出現(xiàn)脈沖圖像，但幅度會超出屏幕，按下衰減鍵，使圖像最高點控制在屏幕范圍內(nèi)。302021/10/10星期日7.4失真度測量儀

7.4.1諧波失真度的定義純正弦信號通過電路后，若電路存在非線性，則輸出信號除包含原基波分量外，還會含有新產(chǎn)生的其他諧波分量，這就是電路產(chǎn)生的諧波失真（也稱非線性失真）。諧波失真是用來描述信號失真程度的參量。諧波失真度的定義是全部諧波能量與基波能量之比的平方根值。對于純電阻負(fù)載，則定義為全部諧波電壓(或電流)有效值與基波電壓(或電流)有效值之比，即312021/10/10星期日7.4.2諧波失真度的測量方法諧波失真度的測量方法有多種，這里只介紹其中一種以說明其測量原理。利用頻譜分析的方法將信號所含的基波和各次諧波分量一一測出，然后按定義計算失真度的方法稱為諧波分析法，這是一種間接測量的方法。在產(chǎn)品檢驗中常用的是基波抑制法，又稱為靜態(tài)法?；ㄒ种品ǖ臏y量原理用基波抑制法測量信號的失真度時，必須先將被測信號中基波分量濾除，測出其諧波分量的有效值，還要測出基波分量的有效值。由于測量基波電壓有效值比較困難，諧波失真度的測量通常是測量諧波電壓的總有效值與被測信號總有效值之比D。即322021/10/10星期日7.4.3失真度測量儀的組成原理采用基波抑制法的失真度測量儀是由輸入電路、基波抑制網(wǎng)絡(luò)和有效值電壓表組成，其基本組成如框圖7.4-1所示。332021/10/10星期日1.測量原理與特點基波抑制電路通常由文氏電橋濾波器組成，這種電路具有結(jié)構(gòu)簡單、頻率調(diào)節(jié)方便和頻率特性尖銳等特點，在失真度測量儀中得到了廣泛應(yīng)用。一個理想的基波抑制電路應(yīng)能完全抑制基波，同時不使二次及二次以上的諧波受衰減，在實際測量中就會由于基波抑制特性不理想而引入一定的測量誤差。

測量信號源的失真度時，直接將信號源的輸出信號連接到失真度測量儀進(jìn)行測量，測量電路的失真度時，需要使用一個低失真度的正弦信號發(fā)生器，輸出一個純凈正弦波信號，作為被測電路的輸入信號，加到被測電路的輸入端，在電路輸出端用失真度測量儀測量其輸出信號的諧波失真度。由于實際信號所含有的頻譜是復(fù)雜的、多頻率分量的，用單音正弦信號來測試電路產(chǎn)生的諧波失真度并不能完全說明由于非線性而使信噪比惡化的程度，因此又提出了其他方法。一是雙音法，又稱交叉調(diào)制法。它是利用兩個單音頻信號，其振幅按4∶1混合作為測量輸入信號，而以待測設(shè)備輸出端兩個單音頻信號的各次諧波及它們之間的組合波的方根和作為諧波失真度的指標(biāo)，如發(fā)射機的交調(diào)失真測量就常用雙音法。二是白噪聲法，又稱動態(tài)法。它利用白噪聲信號作為測試信號。由于白噪聲在極寬頻帶內(nèi)功率譜密度均勻分布，可以把它看成是無窮多個不同頻率、相位、幅度的正弦波的集合，測試時相當(dāng)于將一系列不同頻率、相位、幅度的正弦波同時加到被測電路上，從而可以得出被測電路在通頻帶范圍內(nèi)任何頻率分量所產(chǎn)生的諧波及互調(diào)結(jié)果。342021/10/10星期日2.測量步驟第一步：校準(zhǔn)。首先使開關(guān)S置于“1”位，此時測量的結(jié)果是被測信號電壓的總有效值。適當(dāng)調(diào)節(jié)輸入電平調(diào)節(jié)器，使電壓表指示為某一規(guī)定的基準(zhǔn)電平值，該值與失真度100%相