11.频率特性测试仪实验报告

频率特性测试仪实验报告实验目的：1、了解频率特性测试仪的工作原理2、学会设计一个双T被测网络，并且能够达到所给要求3、了解频率特性测试仪设计的整体系统设计，以及各子系统设计的方案思路4、掌握频率特性测试仪的信号源产生方法，并能够设计DDS信号源电路5、掌握频率测试仪的检波显示原理并能够设计一个符合要求的峰值检波器。实验原理：频率测试仪就是一个扫频仪，它体现的是输出电压随频率变化的关系。它是根据扫频法的测量原理设计而成的，就是将扫频信号源和示波器的X-Y显示功能结合在一起，用示波管直接显示被测二端网络的频率特性曲线，是描绘网络传递函数的仪器。频率特性测试仪组成框图扫频仪有一个输出端口和一个输入端口：输出端口输出等幅扫频信号，作为被测网络的输入测试信号；输入端口接收被测网络经检波后的输出信号。可见，在测试时频率特性测试仪与被测网络构成了闭合回路。一个频率测试仪应该有三个部分组成：信号源、被测网络和检波及显示部分。扫频信号源：频率由低到高或由高到低变化的正弦波振荡源，称为扫频。频率的变化可以是连续的，也可以是步进式的。扫频信号的幅度、扫频的频率变化范围可以方便地控制。扫频的速度与测量仪的其他部分的工作同步。扫频信号源在扫频过程中，通过采用ALC（自动电平控制）技术使幅度保持一致（可视为恒等于1），这样，可省去对输入激励信号的幅度测量和求输出输入幅度比值的运算。信号源的产生方法有多种，按需要可做成点频（连续波CW)，频率自动步进(STEP)，频率连续变化（扫频SWEEP)等形式。采用锯齿波电压作为压控扫频振荡器（VCO）的控制量，同时用作显示的X轴扫描电压以达到扫频和曲线显示的同步。标量网络分析仪只作幅频测量，而矢量网络分析仪还作相频特性测量。网络分析仪对信号源的质量要求比扫频仪高，通常采用频率合成器作为扫描源，合成器的频率由数字量控制。常见的扫频信号产生方法：压控振荡（VCO），函数发生器、锁相环（PLL：PhaseLockLoop）频率合成器、直接数字频率合成或直接数字合成（DDFS，或DDS）和PLL+DDS本题属低频测试系统，DDS信号源和8038芯片制作的VCO信号源（反馈稳频或PLL）都可以采用。DDS信号源具有多方面的优势，主要有：频率稳定度高，频率值精度高，频率值和幅度值容易控制，易于实现步进式扫频和实现各种方式的扫频，相位分辨率高，且相位可以精确控制。本题优选采用DDS作为测试的激励信号源。下图为DDS工作原理图DDS是由数字量控制的频率源，它是一个开环控制系统，输出频率可以快速跳变，扫频方式为频率步进式.由于DDS的频率精度和稳定度由系统的时钟频率决定，要求时钟频率的精度和稳定度足够高。DDS采用的是一种纯数字化的方法。先将所需波形一个周期的离散样点的幅值数字量存于ROM中，按一定的地址间隔(相位增量)读出，经D/A，即成为模拟正弦信号波形，再经低通滤波，滤去D/A带来的小台阶和数字电路产生的毛刺，即可获得所需质量的正弦信号。如果用DDS产生几个固定频率的正弦波，则可采用窄带带通滤波器。当相位增量为1，相位累加器的字宽（位数）为32位时，输出地址对应于波形的相位分辨率为。组成一个周期的样点数愈多,表示样点幅值大小的数字字长位数越长所合成的波形质量越好,累加器的字宽容易做得很宽，为了获得更高的相位分辨率，存储函数数字波形的ROM表应尽量的长。如果是正弦波，可以利用它的周期性和对称性，只储存四分之一的波形即可。通过改变地址间隔的步长，或读取数据的重复频率，即可改变输出正弦波的频率。DDS的一个重要优点是,它不但可以合成出正弦波,三角波,方波等函数波形,还可以合成各种调制波形和任意形状的波形,只要将所需波形预先计算好存于波形存储器中即可.通过这种方法可以制成任意波形发生器(AWG)。DDS系统中,包含数字运算,D/A(数模转换)等数字电路环节,因而输出信号的最高频率上限受到限制,目前,专用的DDS集成电路芯片的最高时钟频率可达到1GHz以上.可实现的信号源正弦波频率达数百MHz以上.。被测网络：用于测量演示频率特性的网络可以是各种各样的，本题要求制作一个阻容双T网络，中心频率5kHz，中心频率由RC值决定，按照=1/2RC,选择R=31.8k,C=1000pF，带宽±50Hz。一般的阻容双T网络，是难以达到50Hz带宽的，考虑采用阻容双T网络作负反馈网络构成有源带通滤波器，通过改变环路的Q值，来改变滤波器的带宽。下图为有源阻容双T网络构成的带通滤波器单片机完成网络的输出幅值的采集运算。检测正弦波的峰值或有效值。对于低频信号，检测峰值更为方便。峰值检波电路，为了提高检波精度和扩展检波器的动态范围，采用由运放组成的有源检波器。峰值检波电路由于峰值检波器中的电容C不宜取值太大，因而峰值检波易受干扰和存在偶然误差，解决的方法是由单片机对多次检波测量的结果进行平均来提高检波的准确性。软件设计：扫描的主流程图：实验结果及分析：双T被测网络用EWB仿真结果：中心频率为4.977khz，上限频率为5.0389khz，下限频率为4.9236khzB+=61.9hzB-=53.4hz题目要求中心频率为5khz，带宽为±50Hz仿真结果的中心频率的误差为46%上限频率带宽误差为：23.8%下限频率带宽误差为：6.8%调整Rw时中心频率不变，带宽随着Q的增大而减小峰值检波器EWB仿真结果：从仿真波形上看，峰值检波器检出的波形平