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频率特性测试仪相关知识


频率特性测试仪 相关知识

提问: 提问: 1. 什么是频域测量?它与时域测量有哪些区 什么是频域测量? 别和联系? 别和联系? 2.什么是电路的幅频特性? 什么是电路的幅频特性? 3.时、频域分别适合于观测哪些信号?各有 频域分别适合于观测哪些信号? 什么优点? 什么优点?

一:时域测量和频域测量的比较. 一:时域测量和频域测量的比

较. 要点1.时域测量 要点1.时域测量
观察一个电信号的普通方法是显示信号波形, 观察一个电信号的普通方法是显示信号波形, 以时间t为水平轴,是在时间域内观察信号, 时间域内观察信号 即以时间t为水平轴,是在时间域内观察信号, 称为信号的时域分析。 称为信号的时域分析。 如下图所示, 如下图所示,方波与正弦波皆为时域测量显 示波形。 示波形。

一:时域测量和频域测量的比较. 一:时域测量和频域测量的比较. 要点2.频域测量 要点2.频域测量
从一个电信号所包含的频率成分 从一个电信号所包含的频率成分,即信号的 电信号所包含的频率成分, 频谱分布来描述, 以频率f作为水平轴, 频谱分布来描述,即以频率f作为水平轴,称 为信号的频域分析或频谱分析。 为信号的频域分析或频谱分析。

一:时域测量和频域测量的比较. 一:时域测量和频域测量的比较. 要点2.频域测量 要点2.频域测量
广义上,信号频谱 广义上 , 信号 频谱 是指组成信号的全部频率 频谱是指组成信号的全部频率 分量的总集; 分量的总集; 狭义上,一般的频谱测量中常将随频率变化 狭义上 , 一般的频谱测量中常将 随频率变化 的幅度谱称为频谱 谱称为频谱。 的幅度谱称为频谱。 频谱测量:在频域内测量信号的各频率分量, 频谱测量 : 在频域内测量信号的各频率分量 , 以获得信号的多种参数。 以获得信号的多种参数 。 频谱测量的基础是 付里叶变换。 付里叶变换。

一:时域测量和频域测量的比较. 一:时域测量和频域测量的比较. 要点2.频域测量 要点2.频域测量
频谱的两种基本类型 离散频谱( 线状谱) 离散频谱 ( 线状谱 ) , 各条谱线分别代 表某个频率分量的幅度, 表某个频率分量的幅度 , 每两条谱线之 间的间隔相等 连续频谱, 可视为谱线间隔无穷小, 连续频谱 , 可视为谱线间隔无穷小 , 如 非周期信号和各种随机噪声的频谱

一:时域测量和频域测量的比较. 一:时域测量和频域测量的比较. 要点3.时域和频域之间的联系 要点3.时域和频域之间的联系
1.由图可知,U ( t ) 是一个电信号随时间变化 1.由图可知, 由图可知 的波形图,显示这个波形并求其有关参量是 的波形图,显示这个波形并求其有关参量是 时域分析的任务。 时域分析的任务。 2.A ( ω) 是同一个电信号随频率变化的线状频 谱图,分析信号的频谱即求其各频率分量的 谱图,分析信号的频谱即求其各频率分量的 大小是频域分析的任务。 大小是频域分析的任务。 3.频谱图:将信号中所包含的频率分量按频 3.频谱图 频谱图: 率顺序排列起来的谱图。 率顺序排列起来的谱图。一般只考虑其幅度 大小,故频谱图通常又称为幅度频谱, 大小,故频谱图通常又称为幅度频谱,简称

一:时域测量和频域测量的比较. 一:时域测量和频域测量的比较. 要点3.时域和频域之间的联系 要点3.时域和频域之间的联系
为幅频特性。 为幅频特性。 4.比较U ( t )和A(ω) 这两个图形可见,时域分 4.比较 比较U )和 这两个图形可见, 析和频域分析都可用来观察同一个电信号, 析和频域分析都可用来观察同一个电信号, 而两者的图形是不一样的。 而两者的图形是不一样的。 时域分析与频域分析之间有一定的对应关系, 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付里叶变换的关系。 从数学上说就是一对付里叶变换的关系。

一:时域测量和频域测量的比较. 一:时域测量和频域测量的比较. 要点4.时域和频域测量两者的优缺点 要点4.时域和频域测量两者的优缺点
当需要研究波形严重失真的原因时, 当需要研究波形严重失真的原因时,时域测 波形严重失真的原因时 量有明显的优点。 量有明显的优点。 如在频谱分析仪观察到两个信号频谱图相同, 如在频谱分析仪观察到两个信号频谱图相同, 但由于两个信号的基波 谐波之间的相位不 基波、 但由于两个信号的基波、谐波之间的相位不 同,在示波器上观察这两个信号的波形可能 就不大一样。 就不大一样。 然而,频域测量也有特点,例如一个失真很 然而,频域测量也有特点, 小的正弦波,利用示波器观测就很难看出来, 小的正弦波,利用示波器观测就很难看出来, 频谱分析仪却能测出很小的谐波分量。 但频谱分析仪却能测出很小的谐波分量。

一:时域测量和频域测量的比较. 一:时域测量和频域测量的比较. 要点5. 要点5. 时域和频域测量各适用的场合
1.时域测量常用仪器为示波器、图示仪等, 1.时域测量常用仪器为示波器、图示仪等 时域测量常用仪器为示波器 用来测量波形的参数 如幅度值、周期、 测量波形的参数, 用来测量波形的参数,如幅度值、周期、频 相位差等也十分方便。 率、相位差等也十分方便。 2.频率特性测试仪和频谱分析仪是频域测量 2.频率特性测试仪 频谱分析仪是频域测量 频率特性测试仪和 的重要仪器,可观察微小失真的信号。 的重要仪器,可观察微小失真的信号。
在频域内对元器件、 在频域内对元器件、 电路或系统的特性 进行动态测量,显 进行动态测量, 频率特性曲线. 示频率特性曲线 可对信号的频 谱进行分析, 谱进行分析, 显示信号的频 显示信号的频 谱分布图。 谱分布图。

二:频率特性的测试方法 要点1.频率特性与扫频信号 要点1.频率特性与扫频信号
在电路的设计或产品的生产、调试中,经常需 在电路的设计或产品的生产、调试中, 要了解某个网络的频率特性( 要了解某个网络的频率特性(通常指幅频特 性)。 1、网络的幅频特性是指当网络的输入电压恒 定时, 输出电压随频率变化的关系特性。 定时,其输出电压随频率变化的关系特性。 2.幅度恒定且频率随时间按一定规律反复变化的 2.幅度恒定且频率随时间按一定规律反复变化的 正弦信号, 正弦信号,通常称为扫频信号 。

提问: 提问: 1. 电路的幅频特性有哪些测量方法? 电路的幅频特性有哪些测量方法? 2.什么是扫频信号?它有什么特点? 什么是扫频信号?它有什么特点? 3.扫频法中的峰值检波器有什么作用? 扫频法中的峰值检波器有什么作用?

二:频率特性的测试方法 要点1.点频法 要点1.点频法
点频法就是通过逐点测量一系列规定频率点 上的网络增益(或衰减) 上的网络增益(或衰减)来确定幅频特性曲 线的方法。 线的方法。 输入信号源, 输入信号源,提供 频率和电压幅度均 ⑴原理图
可调整的正弦信号

网络 输入 端的 电压 幅度 指示

网络输出端的 电压幅度指示 器

二:频率特性的测试方法 要点1.点频法 要点1.点频法
⑵测量方法: 测量方法: 在被测网络整个工作频段内,改变输入信号 在被测网络整个工作频段内, 的频率,注意在改变输入信号频率的同时, 的频率,注意在改变输入信号频率的同时, 保持输入电压的幅度恒定 用电压表I 输入电压的幅度恒定( 保持输入电压的幅度恒定(用电压表I来监 ),在被测网络输出端用电压表 测出 在被测网络输出端用电压表II测出各 视),在被测网络输出端用电压表II测出各 频率点相应的输出电压。 频率点相应的输出电压。 直角坐标中, 横轴表示频率的变化, 直角坐标中,以横轴表示频率的变化,以纵 轴表示输出电压幅度的变化, 轴表示输出电压幅度的变化,绘出网络的幅 频特性曲线。 频特性曲线。

二:频率特性的测试方法 要点1.点频法 要点1.点频法
⑶优缺点: 优缺点: 点频法是一种静态测量法,它的测量准确度 点频法是一种静态测量法, 比较高,能反映出被测网络的静态特性; 比较高,能反映出被测网络的静态特性; 测量时不需要特殊仪器; 测量时不需要特殊仪器; 缺点:操作繁琐、工作量大、 缺点:操作繁琐、工作量大、容易漏测某些 细节,不能反映出被测网络的动态特性。 细节,不能反映出被测网络的动态特性。

二:频率特性的测试方法 要点2.扫频法 要点2.扫频法
扫频测量法利用一个扫频信号发生器 扫频测量法利用一个扫频信号发生器取代了 扫频信号发生器取代了 点频法中的正弦信号发生器, 示波器取代 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而组成的。 了点频法中的电压表而组成的。 ⑴原理图

二:频率特性的测试方法 要点2.扫频法 要点2.扫频法
扫频信号发生器产 生一个幅度恒定且 生一个幅度恒定且 频率随时间线性连 续变化的信号作为 续变化的信号作为 被测网络的输入信 号。 通常称为扫频信号 通常称为扫频信号, 扫频信号, 如图中的波形② 如图中的波形②。

二:频率特性的测试方法 要点2.扫频法 要点2.扫频法
扫描电路产生线性良好的锯齿波电压 扫描电路产生线性良好的锯齿波电压(波形 锯齿波电压( ① )。 锯齿波电压一方面加到扫频振荡器中对其振 荡频率进行调制, 荡频率进行调制,使其输出信号的瞬时频率 在一定的频率范围内由低到高作线性变化, 在一定的频率范围内由低到高作线性变化, 但其幅度不变,这就是前述的扫频信号。 但其幅度不变,这就是前述的扫频信号。 另一方面,该锯齿波电压通过放大,加到示 另一方面, 锯齿波电压通过放大, 波管X偏转系统,配合Y 波管X偏转系统,配合Y偏转信号来显示图 形。

二:频率特性的测试方法 要点2.扫频法 要点2.扫频法
扫频信号经过被测网络后,幅度按照被测网 扫频信号经过被测网络后, 络的幅频特性做相应变化, 络的幅频特性做相应变化,如上图中的波形 这个包络线的形状就是被测网络的幅频 ④,这个包络线的形状就是被测网络的幅频 特性。 特性。 最后经过Y通道放大,加到示波管Y 最后经过Y通道放大,加到示波管Y偏转系 统。 示波管的水平扫描电压用于调制扫频信号发 生器形成扫频信号。 生器形成扫频信号。示波管屏幕光点的水平 移动, 移动,与扫频信号频率随时间的变化规律完 频率轴。 全一致,所以水平轴也就是频率轴 全一致,所以水平轴也就是频率轴。

二:频率特性的测试方法 要点2.扫频法 要点2.扫频法
⑵优点和缺点 扫频测量法简单、速度快,可以实现频率特 扫频测量法简单、速度快, 性测量的自动化。 性测量的自动化。 由于扫频信号的频率变化是连续,不会象点 由于扫频信号的频率变化是连续, 频法由于测量的频率点不够密而遗漏某些被 测特性的细节。 测特性的细节。 反映的是被测网络的动态特性 动态特性。 反映的是被测网络的动态特性。 测量的准确度比点频法低 准确度比点频法低。 测量的准确度比点频法低。

提问: 提问: 1、什么是扫频宽度? 什么是扫频宽度? 2、什么是扫频的寄生调幅系数? 什么是扫频的寄生调幅系数? 3、什么是调频非线性系数? 什么是调频非线性系数?

三、BT- 三、BT-3频率特性测试仪 主要技术指标
1.有效扫频宽度f 1.有效扫频宽度 有效扫频宽度f 在扫频线性和振幅平稳性符合要求的条件下, 在扫频线性和振幅平稳性符合要求的条件下, 一次扫频最大的频率覆盖范围。 一次扫频最大的频率覆盖范围。 式中, 扫频的最低频率; 式中,fmin 扫频的最低频率; fmax 扫频的最高频率; 扫频的最高频率; fmax 频偏。 频偏。

三、BT- 三、BT-3频率特性测试仪 主要技术指标
2、扫频频偏: 扫频频偏: 最小扫频频偏≤ 0.5MHz; 最小扫频频偏≤±0.5MHz; 最大扫频频偏> 7.5MHz。 最大扫频频偏>±7.5MHz。

三、BT- 三、BT-3频率特性测试仪 主要技术指标
3、中心频率f0 中心频率f 扫频信号的中心频率 中心频率f 扫频信号的中心频率f0定义为 扫频信号中心频率f 的最大调节范围, 扫频信号中心频率f0的最大调节范围, 称为扫频范围 扫频范围。 称为扫频范围。 频率覆盖范围也可用相对值来表示, 频率覆盖范围也可用相对值来表示,如下

三、BT- 三、BT-3频率特性测试仪 主要技术指标
在1~300MHz内可任意调节,分三个波段: 300MHz内可任意调节 分三个波段: 内可任意调节, 第一波段: 75MHz; 第一波段:1~75MHz; 第二波段:75~150MHz; 第二波段:75~150MHz; 第三波段:150~300MHz。 第三波段:150~300MHz。

三、BT- 三、BT-3频率特性测试仪 主要技术指标
4.扫频线性 4.扫频线性 用线性系数来表征, 用线性系数来表征,表示扫频振荡器的 压控特性曲线的非线性程度。 压控特性曲线的非线性程度。
线性系数K 线性系数K 越接近1 越接近1,则 压控特性曲 线的线性越好。 线的线性越好。

VCO最大控制 最大控制 灵敏度, 灵敏度,即f-u 曲线最大斜率

VCO最小控 最小控 制灵敏度

三、BT- 三、BT-3频率特性测试仪 主要技术指标
5.振幅平稳性 5.振幅平稳性 扫频信号的寄生调幅来表示 如图。 来表示, 用扫频信号的寄生调幅来表示,如图。

式中, 为寄生调幅系数。 式中,ma为寄生调幅系数。 通常要求它小于某一百分数。 通常要求它小于某一百分数。 扫频宽度越宽,非线性越大。 扫频宽度越宽,非线性越大。 为改善振幅平稳性,故采用稳幅电路 稳幅电路。 为改善振幅平稳性,故采用稳幅电路。

三、BT- 三、BT-3频率特性测试仪 主要技术指标
6、频标: 菱形,分为1MHz、10MHz和外接 频标: 菱形,分为1MHz、10MHz和外接 三种。 三种。 7、输出扫频信号电压: > 0.1V。 输出扫频信号电压: 0.1V。 8、输出阻抗: 75。 输出阻抗: 75。 9、扫频信号输出步进衰减 粗衰减: 10、20、30、40、50、60dB; 粗衰减:0、10、20、30、40、50、60dB; 细衰减: 10dB。 细衰减:0、2、3、4、6、8、10dB。 10、检波探头:输入电容≤5pF,最大允许输 10、检波探头:输入电容≤5pF, 入直流电压为300V。 入直流电压为300V。

提问: 提问: 1。频率特性测试仪的基本组成有哪些? 频率特性测试仪的基本组成有哪些? 2.检波探头有什么作用? 检波探头有什么作用? 3.稳幅电路有什么作用? 稳幅电路有什么作用?

四、频率特性测试仪原理框图
频率特性测试仪,简称扫频仪,是利用示波 扫频仪, 频率特性测试仪,简称扫频仪 管直接显示被测二端网络频率特性曲线 显示被测二端网络频率特性曲线的仪 管直接显示被测二端网络频率特性曲线的仪 是描绘表征网络传递函数的仪器。 器,是描绘表征网络传递函数的仪器。 它是在静态逐点测量法的基础上发展起来的 一种快速、简便、实时、动态、多参数、 一种快速、简便、实时、动态、多参数、直 观的测量仪器, 观的测量仪器,广泛地应用于电子工程等领 域。

四、频率特性测试仪原理框图
减少寄生调 幅:振荡幅 度随调制信 号的变化而 变化。 变化。

输出等幅扫频信 号,作为被测网 络的输入测试信 号

探测被测网络的输出 电压。 电压。它内藏晶体二 极管, 极管,起包络检波作 用

改变扫频信号的输出幅度

接收被测网络经检 波后的输出信号

四、频率特性测试仪原理框图
扫频振荡器(核心电路) 扫频振荡器(核心电路)
作用是产生等幅的扫频信号 作用是产生等幅的扫频信号。 产生等幅的扫频信号。 在目前的扫频仪中,扫频振荡器通常采用以 在目前的扫频仪中, 下两种电路形式: 下两种电路形式: 变容二极管扫频和磁调制扫频。 变容二极管扫频和磁调制扫频。

提问: 提问: 1。变容二极管的工作特点是什么? 变容二极管的工作特点是什么? 2.变容二极管扫频振荡器的基本原理是什 么?

(一)扫频振荡器
1、变容二极管扫频振荡器(LC振荡器) 变容二极管扫频振荡器(LC振荡器 振荡器)
变容二极管: 变容二极管: 实质是一个PN结 当它处于反向偏置 反向偏置时 实质是一个PN结,当它处于反向偏置时,结 电容Cj由势垒电容组成 Cj随加在变容管两 由势垒电容组成, 电容Cj由势垒电容组成,Cj随加在变容管两 端的反向偏压u变化; 端的反向偏压u变化; 在一定范围内, 越大, Cj越小 越小; 越小, 在一定范围内, u越大, Cj越小; u越小, Cj越大。 Cj越大 越大。

(一)扫频振荡器
图中,VT1组成电容三点式振荡电路; 、V3为变容管, 组成电容三点式振荡电路 图中,VT1组成电容三点式振荡电路;V2、V3为变容管,它们 、L2 T1的结电容构成振荡回路, 的结电容构成振荡回路 与L1、L2及VT1的结电容构成振荡回路,振荡频率 ; 变容管扫频通过电压控制来实现,是一个压控振荡器。 变容管扫频通过电压控制来实现,是一个压控振荡器。 随时间作周期性 变化时,V ,V2、 变化时,V 、 V3结电容的反 结电容的反 向偏压u随之变 向偏压 随之变 化, Cj也随之 也随之 改变, 改变,振荡频率 发生变化, 发生变化,产生 扫频信号。 扫频信号。

C1为隔直电容; 为隔直电容; L2为高频阻流圈

提问: 提问: 1。磁调制扫频振荡器的基本原理是什么? 磁调制扫频振荡器的基本原理是什么? 2.这种扫频方式有哪些优点? 这种扫频方式有哪些优点?

(一)扫频振荡器
2、磁调制扫频振荡器
所谓磁调制扫频,就是用调制电流所产生的 用调制电流所产生的 所谓磁调制扫频,就是用调制电流 磁场去控制振荡回路电感量 控制振荡回路电感量; 磁场去控制振荡回路电感量; 从而产生频率随调制电流变化的扫频信号 产生频率随调制电流变化的扫频信号。 从而产生频率随调制电流变化的扫频信号。
一个带磁芯的电感线圈,其电感量LC与该磁芯的 一个带磁芯的电感线圈,其电感量L 有效导磁系数 有效导磁系数c之间的关系为 其中L LC =cL, 其中L是空芯线圈的电感量

(一)扫频振荡器
图中M为普通磁性材料, 图中M为普通磁性材料,m 为高导磁率、 为高导磁率、低损耗的高频 铁氧体磁芯,M ,M与 铁氧体磁芯,M与m构成闭 合磁路。 为励磁线圈 合磁路。 1为励磁线圈, W 为励磁线圈,
通过调制电流时, 通过调制电流时, 将使M中的磁通随 将使M 之变化,磁芯m的 之变化,磁芯 的 有效导磁系数c变 有效导磁系数 变 化,从而导致磁芯 线圈的电感量L 线圈的电感量LC 变化,从而产生扫 变化, 频信号。 频信号。

为偏磁线圈, W2为偏磁线圈,在M 为偏磁线圈 中建立直流磁通, 及m中建立直流磁通, 中建立直流磁通 它与m的 有关 有关, 它与 的c有关,调 可以改变L 节RP可以改变LC的大 小,可以改变扫频振 荡器的中心频率f 荡器的中心频率 0 。

LC =cL

(一)扫频振荡器
磁调制扫频的特点是电路简单,并能在寄生 磁调制扫频的特点是电路简单, 调幅较小的条件下获得较大的扫频宽度 较大的扫频宽度。 调幅较小的条件下获得较大的扫频宽度。 这种扫频方法获得广泛应用,国产扫频仪BT 这种扫频方法获得广泛应用,国产扫频仪BT BT- BT- -3、BT-5、BT-8等都采用磁调制扫频振 荡器。 荡器。

(二)频率标志电路
频率标志电路简称为频标电路 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, 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,对图形的频率轴进行定量, 幅频特性曲线上,对图形的频率轴进行定量, 可以用来确定曲线上各点相应的频率值。 可以用来确定曲线上各点相应的频率值。 频标的产生方法通常是差频法 差频法。 频标的产生方法通常是差频法。

(二)频率标志电路
频标产生方法: 频标产生方法:
晶体振荡器产生的信 号经谐波发生器产生 出一系列的谐波分量 基波和谐波分量与扫 频信号一起进入频标 混频器进行混频 滤去差频信 号中的高频 成分

(二)频率标志电路
当扫频信号的频率f向频标频率fs接近时 当扫频信号的频率f向频标频率fs接近时, 接近时, 差频越来越小, 正好等于fs时 差频越来越小,当f正好等于fs时,混频器 产生零差频(零拍), 逐渐离开fs时 ),当 产生零差频(零拍),当f逐渐离开fs时, 差频从零开始越来越大; 差频从零开始越来越大; 差频信号经低通滤波及放大后形成菱形图 与图形叠加,这就是菱形频标 菱形频标。 形,与图形叠加,这就是菱形频标。
在f=fs附近的差频信号波形中间 附近的差频信号波形中间 两边密,其包络如一个菱形; 疏,两边密,其包络如一个菱形; 改变fs,频标将在图形上移动, 改变 ,频标将在图形上移动, 它停留的这一点的频率值可以直 接读出。 接读出。

一、实训目的 1.掌握频率特性测试仪的基本使用方法。 掌握频率特性测试仪的基本使用方法。 2.利用频率特性测试仪进行实际测量。 利用频率特性测试仪进行实际测量。 二、实训器材 频率特性测试仪 1台 低频信号发生器 1台 放大器电路

三、实训的要求 1.练习频标的使用方法和读数方法。 练习频标的使用方法和读数方法。 2.频率特性测试仪在使用前有哪些准备工作? 频率特性测试仪在使用前有哪些准备工作? 3.频率特性测试仪的各功能是怎样实现的? 频率特性测试仪的各功能是怎样实现的? 4.使用频率特性测试仪测量具体电路的幅频 特性参数, 特性参数,并画出幅频特性曲线图 5.按照给定的测试任务单,对应技术文件和 按照给定的测试任务单, 实物,并进行核对。 实物,并进行核对。 6.按照给定测试工作单进行测试工作。 按照给定测试工作单进行测试工作。


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