第9章 频率特性测试仪与失真度仪

第9章失真度测量与失真度仪9.1失真度的定义9.2基波抑制法测量失真度的方法9.3失真度的误差分析9.4BS-1型失真度测量仪介绍9.1失真度的定义正弦波信号通过非线性器件或电路，会产生新的频率成分，即输出信号中除了与原信号频率相同的基波分量外，还有各次谐波分量，这种现象称为非线性失真。度量非线性失真大小用非线性失真系数表示，简称失真度。失真度可以用信号功率和电压两种形式来表示。（1）用信号功率表示失真度（2）用信号电压表示失真度（3）实际测量使用的近似公式利用上式进行测量，只需进行两次电压测量即可，首先测量信号电压的总有效值，再滤去基波，测量谐波电压的总有效值，最后计算二者比值。9.1失真度的定义（续）9.1失真度的定义（续）当失真不大时（），近似有。否则，必须按下式进行修正：9.2基波抑制法测量失真度的方法1、直接测量法测量原理：K打1，调节输入电平，电压表指示满刻度，对应总有效值，称为“校准”；K打2（称为“测量”），滤除基波成分后送入电压表，指示读数即为失真度r’，电表刻度直接表示r’，读数方便。如BS-1型失真度仪就采用直接测量法。9.2基波抑制法测量失真度的方法2、比较测量法测量原理：K打1，滤除基波成分后，调节电压表读出合适读数Vc；K打2,测量总有效值Vd，调节电位器W的衰减系数k，使两次读数相等，则r’=k。总结：两种测量方法工作原理相同，只是读数方式不同。3、基波抑制网络失真度仪的关键部件是滤除基波的陷波器。频率特性要求电路形式：各种有源和无源陷波器。BS-1型失真度仪采用文氏电桥。9.2基波抑制法测量失真度的方法当R1=R2=R,C1=C2=C,

电桥平衡条件为：4、失真度仪的误差来源理论误差基波抑制网络误差电压表误差干扰误差9.3失真度仪的误差分析BS-1型失真度仪采用全晶体管化电路，可直接测量音频信号的失真度，最小失真度可以测到0.03%。此外，BS-1型失真度仪还可以作为具有平衡和不平衡输入的电压表使用。BS-1型失真度仪的实物图如下所示。9.4BS-1型失真度测量仪介绍BS-1型失真度仪的控制面板引言什么是线性系统的频率特性？线性网络正弦信号稳态响应H(jω)：频率响应或频率特性幅度|H(jω)|：幅频特性相位φ(ω)：相频特性频域中的两个基本测量问题信号的频谱分析：可由频谱分析仪完成线性系统频率特性的测量：可由网络分析仪完成9.1幅频特性测量点频测量法——线性系统频率特性的经典测量法

每次只能将加到被测线性系统的信号源的频率调节到某一个频点。依次设置调谐到各指定频点上，分别测出各点处的参数，再将各点数据连成完整的曲线，从而得到频率特性测量结果。所得频率特性是静态的，无法反映信号的连续变化；测量频点的选择对测量结果有很大影响，特别对某些特性曲线的锐变部分以及失常点，可能会因频点选择不当或不足而漏掉这些测量结果。幅频特性扫频测量法频率源的输出能够在测量所需的范围内连续扫描，因此可以连续测出各频率点上的频率特性结果并立即显示特性曲线。优点：扫频信号的频率连续变化，扫频测量所得的频率特性是动态频率特性，也不会漏掉细节。不足：如果输入的扫频信号频率变化速度快于系统输出响应时间，则频率的响应幅度会出现不足，扫频测量所得幅度小于点频测量的幅度；电路中LC元件的惰性会使幅度峰值有所偏差，因此会产生频率偏离。两种幅频特性测量法的比较扫频测量所得的动态特性曲线峰值低于点频测量所得的静态特性曲线。扫频速度越快，下降越多；动态特性曲线峰值出现的水平位置（频率）相对于静态特性曲线有所偏离，并向频率变化的方向移动。扫频速度越快，偏离越大；当静态特性曲线对称时，随着扫频速度加快，动态特性曲线明显出现不对称，并向频率变化的方向一侧倾斜；动态特性曲线较平缓，其3dB带宽大于静态特性曲线的3dB带宽；小结：测量系统动态特性，必须用扫频法；为了得到静态特性，必须选择极慢的扫频速度以得到近似的静态特性曲线，或采用点频法。两种幅频特性测量法的比较（续）9.2扫频测量与扫频源基本工作原理扫频源的主要特性获得扫频信号的方法频率标记宽频段扫频方法扫频源的基本工作原理

能产生扫频输出信号的频率源称为扫频信号发生器或扫频信号源，简称扫频源。它既可作为独立的测量用信号发生器，又可作为频率特性测量类仪器的前端。

典型的扫频源应具备下列三方面功能：产生扫频信号（通常是等幅正弦波）；产生同步输出的扫描信号，可以是三角波、正弦波或锯齿波等；产生同步输出的频率标志，可以是等频率间隔的通用频标、专用于某项测试的专用频标及活动频标。扫频源的基本工作原理（续）扫频源的主要特性对扫频源通常的技术要求：在预定频带内有足够大的输出功率，且幅度稳定，以获得最大的动态范围；调频线性好，并有经过校正的频率标记，以便确定频带宽度和点频输出；为使测量误差最小，扫频信号中的寄生振荡和谐波均应很小；扫频源输出的中心频率稳定，并可以任意调节；频率偏移的范围越宽越好，并可以任意调节。

有效扫频宽度扫频线性输出振幅平稳性扫频源的主要特性（续）f0：扫频输出中心频率f1：扫频起点；f2：扫频终点k0：压控特性f-V曲线的斜率A1：寄生调幅最大幅度A2：寄生调幅最小幅度获得扫频信号的方法变容二极管电调扫频

常见于射频至微波段。实现简单、输出功率适中、扫频速度较快；扫频宽度小，在宽带扫频时线性差，需额外进行扫频线性补偿。YIG（钇铁石榴石）电调扫频常用于产生GHz以上频段的信号，利用下变频可实现宽带扫频。可覆盖高达10倍频程的频率范围，扫频线性好、损耗低、稳定性好。合成扫频源实际上是一种自动跳频的连续波工作方式，频率不完全连续变化，输出频率准确。频率标记频率标记是扫频测量中的频率定度。产生频标的基本方法是差频法，利用差频方式可产生一个或多个频标，频标的数目取决于和扫频信号混频的基准频率的成分。所用的频率基准的频率稳定度和准确度较高频标幅度应基本一致、显示整齐不包含杂频和泄漏进来的扫频信号多种频标形式以满足不同的显示和测量需要电路时延尽可能小以减小频率定度误差频率标记（续）菱形频标利用差频法得到，适用于测量高频段的频率特性。对作为基准频率进行限幅、整形和微分，形成含有很