学习任务频率特性测试仪测试频域参数

学习任务频率特性测试仪测试频域参数第1页，课件共49页，创作于2023年2月6.1接受任务第2页，课件共49页，创作于2023年2月6.2.1电路的频域分析概述6.2.2电路的频率特性测试仪6.2.3电路的频谱分析6.2.4德力电子DS8831Q电子说明书7.5实训6.2获取知识第3页，课件共49页，创作于2023年2月

一、时域和频域的关系1、概念：时域测量——利用示波器观察某种信号的幅度随时间变化的关系。2、时域分析——研究信号的瞬时值（幅度Um）与时间（t）之间的关系。注意：使用的仪器：示波器3.频谱测量——利用频率特性仪某一个复杂信号中，各个信号成分与频率变化的关系。4、频域分析——研究信号中各频率分量的幅度Um与频率f之间的关系。6.2.1电路的频域分析概述第4页，课件共49页，创作于2023年2月0f0f2f03f04f0A0图6—1周期信号的频谱图注意：这种频域分析得到的图像称为频谱分析图（或这个过程称为频谱分析）例如：一个周期信号的基波和各谐波的频谱图第5页，课件共49页，创作于2023年2月时域测量和频域测量的比较可用图7-2来说明图7-2时域测量和频域测量的比较

时间频率幅度tfV频域时域第6页，课件共49页，创作于2023年2月

结论：（1）时域分析和频域分析虽然可以用来观察同一个电信号，但是两者分析的角度是不一样的，各有用武之地。（2）频域分析多用于测量各种信号的电平、频率响应、频谱纯度和谐波失真等。（3）时域分析与频域分析之间有一定的对应关系，从数学上说就是一对傅立叶变换的关系。第7页，课件共49页，创作于2023年2月二、频谱分析：从广义上讲，是指组成信号的全部频率分量的总集，频谱测量就是在频域内测量信号的各频率分量，以获得信号的多种参数。从狭义上讲，在一般的频谱测量中，将随频率变化的幅度谱称为频谱。注意（1）它包括幅度谱、相位谱、能量谱、功率谱等等。（2）得到的图形有：离散频谱，连续频谱（3）可以对线性系统非线性失真的测量。第8页，课件共49页，创作于2023年2月三、线性系统频率特性的测量方法1、概念：系统的频率特性又叫频率响应，它包括幅频特性和相频特性。而常用的测量方法是：点频测量法和扫频测量法。2、测量方法：（1）点频测量法：又叫描点法，即信号发生器送出的信号幅度始终保持不变，从频率低端按一定的频率间隔输出信号，信号通过被测电路后，在电压表或示波器上可以逐一得到对应的数值，把这些数值记下来，一直到达所需测试的频率高端为止，最后把这些数值用坐标纸画出来（坐标横轴表示频率；纵轴表示幅度）。得到的坐标曲线就是频率特性曲线。如下图所示第9页，课件共49页，创作于2023年2月图6--3点频测量法的原理图图6-4幅频特性曲线

第10页，课件共49页，创作于2023年2月特点（1）、点频法是一种静态测量方法，比较繁琐。（2）、测量次数多，测试时间长。（3）点频测试精确度不高。第11页，课件共49页，创作于2023年2月3、扫描测量法扫频测量法是利用一个扫频信号发生器取代了点频法中的正弦信号发生器，用示波器取代了点频法中的电压表组成的专用测量电路频率特性的方法。———扫频仪（频率特性测试仪）（1）电路基本组成扫频信号发生器被测电路锯齿波扫描信号示波器同步信号图7---3扫频仪基本框图第12页，课件共49页，创作于2023年2月（2）基本原理：电路产生频率随时间线性连续变化的扫描信号作为被测网络的输入信号，送到被测电路后，而产生幅度按照被测网络的幅频特性做相应变化非等幅信号送到示波器的Y轴；电路产生的锯齿波信号经过放大后，加到示波管X偏转系统，是电子束水平匀速扫描，（而Y轴信号的频率在匀速变化，X轴的电子束在匀速扫描），水平轴相当于匀速变化的频率，在同步信号的配合下，在屏幕上就得到幅频特性曲线。第13页，课件共49页，创作于2023年2月（3）扫频测量法的优点：

（1）它优于点频测量，扫频测量是一种半自动测试方法，动态响应好。（2）在测试中,可以迅速判断被测电路中的某一元器件对频率特性的影响，以便对电路进行改善。（3）可以观察各种冲激影响，如脉冲干扰，机械冲击等对被测电路的影响。以便对电路采取必要的措施。（4）和其他设备相配合，可以对生产过程或产品质量进行自动控制和监测。（5）可以测试电路的动态频率特性，没有点频测量的间隙，反映较全面。第14页，课件共49页，创作于2023年2月6.2.2电路的频率特性测试仪第15页，课件共49页，创作于2023年2月图6-5扫频仪的原理框图如图所示：一、频率特性测试仪的组成：频率特性测试仪又叫扫频仪根据扫频测量法的原理设计、制造而成的。它是将扫频信号源及示波器的X—Y显示功能结合为一体，用于测量网络的幅频特性。结构如下图所示u1u1u2u3u4u5X放大器扫描电压发生器扫频信号发生器被测电路检波探头Y放大器晶振混频器频标信号形成电路u3第16页，课件共49页，创作于2023年2月即：扫频信号发生器、扫描信号发生器、频标信号形成电路、示波器和电源等组成。1、扫频信号的产生电路：扫频信号发生器是组成频率特性测试仪的核心部分，它主要由扫描电路、扫频振荡器、稳幅电路和输出衰减器构成，如图6-6所示。扫描电压发生器扫频振荡器稳幅电路（AGC）输出衰减器扫描输出图6-6扫频信号产生电路的组成第17页，课件共49页，创作于2023年2月（1）扫频信号发生器在扫描信号的控制下，利用改变振荡电路某元件参数，产生随着扫描信号幅度变化，频率而发生变化的等幅波调频信号。扫频信号检波信号u1u3u4ttttu500000扫描电压信号被测电路输出信号第18页，课件共49页，创作于2023年2月(2)稳幅电路稳幅电路的作用是减少寄生调幅，其基本原理如图6-6所示。即是采用自动增益控制放大器。（3）输出衰减器输出衰减器用于改变扫频信号的输出幅度。在扫频仪中，衰减器通常有两组：一组为粗衰减，一般是按每挡为10dB或20dB步进衰减；另一组为细衰减，按每挡1dB或2dB步进衰减。多数扫频仪的输出衰减量可达100dB。第19页，课件共49页，创作于2023年2月2.频率标志电路频率标志电路简称为频标电路，其作用是产生具有频率标志的图形，叠加在幅频特性曲线上，以便能在屏幕上直接读出曲线上某点相对应的频率值。分菱形频标和针形频标如图7—6所示。图7-6叠加在曲线上的频标图第20页，课件共49页，创作于2023年2月3、电源供电：与示波器一样二、扫频仪的主要技术指标1、扫描信号（1）、扫描线性—扫描信号频率与扫描电压之间的线性程度。（f—u曲线的斜率表示）

线性系数komax----f—u曲线的最大斜率（）komin----f—u曲线的最小斜率(它反映VCO的控制灵敏度)k值越接近于1，线性度越好。（2）、扫频宽度——又叫频偏，用Δf表示

Δf=fmax-fmin第21页，课件共49页，创作于2023年2月（3）、中心频率——在线性扫描条件下（4）扫描信号的寄生调幅系数——由于各种因数的影响，扫描信号产生的寄生调幅现象。控制在百分之几以内。（5）稳定度——扫描中心频率和扫描范围的稳定程度（6）扫频信号电压——其有效值应满足电路的要求。（7）输出阻抗：一般为75Ω（8）输出衰减：

粗衰减：0、10、20、30、40、50、60dB；细衰减：0、2、3、4、6、8、10dB。第22页，课件共49页，创作于2023年2月2、频标菱形，分为1MHz、10MHz和外接三种。3、检波探头输入电容≤5pF，最大允许输入直流电压为300V。4、示波器：垂直灵敏度不低于1mV/cm5、电源第23页，课件共49页，创作于2023年2月频谱分析仪（频谱仪）是在电子、无线电、通信等领域中应用极广泛的一种仪器。除了能分析信号频率分量以及各频率分量所包含的能量大小外，还可以测量谐波失真、调制度、频谱纯度等，也可以测量电路的幅频特性。6.2.3电路频谱分析仪第24页，课件共49页，创作于2023年2月

频谱分析仪的主要功能是测量信号的频率响应，横轴代表频率，纵轴代表信号功率或电压的数值，可用线形或对数刻度显示测量的结果。可以说频谱分析仪是一个多功能的扫频仪。一、频谱分析仪的分类频谱分析仪按不同的特性，有不同的分类方法。（1）按分析处理方法分类：模拟式频谱仪、数字式频谱仪、模拟/数字混合式频谱仪。（2）按基本工作原理：扫描式频谱仪、非扫描式频谱仪（3）按处理的实时性分类：实时频谱仪、非实时频谱仪。（4）通道数目：单通道、多通道频谱仪（5）按工作频带的高低：高频、射频、低频等频谱仪。第25页，课件共49页，创作于2023年2月一般以非实时频谱仪中的外差式频谱仪最为常见二、扫频外差式频谱仪该种仪器是按外差方式来选择所需频率的，其中频固定，通过改变本机振荡器的振荡频率达到选频的目的。主要由外差式接收机和示波器构成。第26页，课件共49页，创作于2023年2月混频器中频放大器检波器扫频本机振荡器扫描电压发生器Y放大X放大fx（含有谐波分量fx1、fx2、fx3、、、fxn）fonfL（t）1、组成：如下图所示第27页，课件共49页，创作于2023年2月3、各部分的作用及原理（1）、扫频本机振荡器是仪器内部的振荡源，受扫描电压发生器输出信号扫描电压调制，输出在一定范围内扫动的扫频信号。2、基本工作原理超外差频谱仪，利用超外差接收机的原理，将频率可变的扫频信号与被分析信号进行差频，再对所得的固定频率信号进行测量分析，由此依次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这是频谱仪最常采用的方法。第28页，课件共49页，创作于2023年2月（2）、扫描电压发生器一方面给扫频振荡器提供调制电压，另一方面给示波器提供水平扫描电压，故将水平轴变成频率轴。tu0tu03、混频器接收被测信号和扫频信号混合，产生两者的差频fon=fL（t）－fxn。依次落入中频放大器的通频带内。4、中频放大器具有固定通频带，只对通频带内的频率信号进行放大。第29页，课件共49页，创作于2023年2月5、检波器对中频放大器的输出信号进行峰值检波，并将检波所得信号送往示波器Y轴电路。0ut0uf检波器0uff0f1f20.7UmUm第30页，课件共49页，创作于2023年2月6、视频滤波：平滑输出波形，滤除噪声对显示波形的影响。7、跟踪处理：是对同一输入信号多次扫描得到的踪迹进行处理，以达到平滑图像、降低噪声的目的。第31页，课件共49页，创作于2023年2月三、外差式频谱仪的主要性能指标（1）输入频率范围指频谱仪能够正常工作的最大频率区间，以HZ表示该范围的上限和下限，由扫描本振的频率范围决定。（2）频率扫描宽度又称分析谱宽、扫宽、频率量程、频谱跨度等。它表示频谱仪在一次测量过程中所显示的频率范围，可以小于或等于输入频率范围。

第32页，课件共49页，创作于2023年2月（3）频率分辨率指分辨频谱中两个相邻分量之间的最小谱线间隔，单位是HZ。（4）频率精度频谱仪频率轴读数的准确程度，各部分代表的物理意义见书第159页（5）扫描时间（简称ST）即进行一次全频率范围的扫描、并完成测量所需的时间，也叫分析时间。第33页，课件共49页，创作于2023年2月(6)相位噪声（频谱纯度）反映频率在极短时期内的变化程度，表现为载波的边带，也叫边带噪声。（7）幅度测量精度有绝对幅度精度和相对幅度精度之分，均由多方面因素决定。绝对幅度精度是针对满刻度信号的指标，受输入衰减、中频增益、分辨率带宽、刻度逼真度、频响及校准信号本身的精度等的综合影响；相对幅度精度与测量方式有关，在理想情况下仅有频响和校准信号精度两项误差来源，测量精度可以达到非常高。第34页，课件共49页，创作于2023年2月(8)动态范围：同时可测的最大信号和最小信号的幅度之比。通常是指从不加衰减时的最佳输入信号电平起，到最小可用信号电平为止的信号幅度变化范围。动态范围受限于输入混频器的失真度、系统灵敏度、本振信号的相位噪声。（9）灵敏度指在给定分辨力带宽、显示方式和其他影响因素下，频谱仪显示最小信号电平的能力，以dBm、单位表示。（10）本振直通（直流响应）：频谱仪的本振而产生的直流响应。（11）本底噪声：是一起内部的热噪声，也叫噪底。是系统的固有噪声。表现为接近显示仪底部的噪声基线，常以dBm为单位。第35页，课件共49页，创作于2023年2月（12）1dB压缩点和最大输入电平1dB压缩点：在动态范围内，因输入电平过高而引起的信号增益下降1dB时的点。最大输入电平：反映了频谱仪可正常工作的最大限度。第36页，课件共49页，创作于2023年2月6.2.4德力电子DS8831Q频谱分析仪的使用第37页，课件共49页，创作于2023年2月一、板面功能介绍：LCD显示屏：能够显示的电路的各种频率参数电源开关：在打开仪器背面开关的情况下，可以用此打开仪器USB外设接口系统控制区频标控制区系统控制区7个软键对应着测量中的相应选择调节区显示调节区第38页，课件共49页，创作于2023年2月标准信号输出射频信号输入端，频率范围：1MHz—1GHz仪器复位跟踪源输出屏幕拷贝/保存图片仪器测量模式标准信号输出指标测量功能仪器测量模式第39页，课件共49页，创作于2023年2月测量结果保存触发方式选择软键触发扫描扫迹操作和存储中频带宽设置扫描参数设置自动配合功能设置辅助控制操作频标操作控制频标峰值功能第40页，课件共49页，创作于2023年2月频率参数设置频率间隔（扫宽）设置电平幅度设置窗口显示操作调节手轮顺序参数下调顺序参数上调数字输入键负号/退格删除回车确认取消第41页，课件共49页，创作于2023