《电子测量技术与仪器 教学课件 ppt 作者 康秀强 项目八 频域测量与仪器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子测量技术与仪器 教学课件 ppt 作者 康秀强 项目八 频域测量与仪器（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目八 频域测量与仪器 前面探讨的内容大部分是把信号作为时间的函数进行分析，这是时域测量的范畴。而把信号作为频率的函数进行分析，讨论线性系统频率特性的测量、信号的频谱分析及信号的失真测量，则称为频域测量，频域测量的主要仪器有频率特性测试仪（扫频仪）、频谱分析仪与失真度测试仪。,模块1 扫频仪的使用 一、教学目标 终极目标：能够知道扫频仪的基本工作原理，会扫频仪的使用。 促成目标： 1）能懂得扫频仪的基本原理。 2）会用扫频仪测量电路的幅频特性及参数。 3）会用扫频仪测量电路的阻抗特性。,二、工作任务 1）用扫频仪测量放大器幅频特性。 2）用扫频仪测量放大器的增益、带宽等参数。 3）用扫频仪测量
2、放大器输入电阻、输出电阻。,三、相关实践知识 在电子测量中，经常遇到测定各种有源、无源二端口和四端口网络（如调频放大器、宽频放大器、各种滤波器、鉴频器、雷达等）的频率特性、阻抗特性和反射特性等问题，用来测量前述特性的仪器我们称为频率特性测试仪，简称扫频仪，它为被测网络的调整、校准及故障的排除提供了极大的方便。,（一）BT-3GIII型扫频仪的介绍 BT-3G型扫频仪为卧式便携通用扫频仪，它利用矩形内刻度示波管作为显示器，直接显示被测设备的频率特性曲线。BT-3G型是BT-3G型扫频仪的改进型，除保持原有的性能指标外，增加了“全扫、窄扫、点频”等功能，实现了全景扫频，特别适用于宽带测试要求，也可
3、进行窄带扫频，可点频输出作为信号源之用。,1BT-3GIII型扫频仪面板各部分的名称与作用 BT-3GIII型扫频仪的面板旋钮分为显示部分旋钮、扫频信号源旋钮与频标信号发生器旋钮三部分，其面板布置图如图8-1所示。现分别介绍如下：,图8-1 BT-3G型扫频仪的面板布置图,（1）显示部分的旋钮 该部分包括亮度旋钮、聚焦旋钮、水平校准旋钮、Y输入、Y增益旋钮、Y位移旋钮与Y衰减按钮。其作用分别如下： 1）亮度旋钮：用来调节扫描线的亮度，顺时针调整，亮度最大，反之则扫描线最暗。 2）聚焦旋钮：调整该旋钮可使扫描线光滑清晰。 3）水平校准旋钮：当扫描线不能和水平刻度线重合时，可加以调整。 4）Y输入
4、：通常接检波探头的输出端。对于含有内检波的四端网络，该网络的输出可直接加到Y输入。 5）Y增益旋钮：用于调节输入信号的大小，以使得被测信号能直观地显示在屏幕上。,6）Y位移旋钮：通过旋钮的来回调节，可使整个扫描曲线上下移动。 7）Y衰减按钮：“”为极性选择开关、“ACDC”为交流/直流耦合选择开关，两键开关视输入而定，放在相应位置；Y衰减选择档：共分为1、10、100三档，应和Y增益旋钮配合使用，通过不同档的选择，可改变整个Y轴的增益与扫描曲线的高度。,（2）扫频信号源的旋钮 该部分包括中心频率旋钮、扫频宽度旋钮、输出衰减按钮、扫频输出与扫频方式选择按钮。其作用分别如下： 1）中心频率旋钮：调
5、节该旋钮，可使需要的中心频率置于屏幕的中心位置。 2）扫频宽度旋钮：调节该旋钮，可得到合适的扫频带宽。 3）输出衰减按钮：输出衰减共分七档，通过不同的组合，可得到不同的衰减量，它的设置可以改变扫频信号的输出幅度。 4）扫频输出：扫频信号的输出端，通常接到被测四端网络的输入端。 5）扫频方式选择按钮：扫频方式选择，分为全扫、窄扫和点频。,（3）频标信号发生器的旋钮 该部分包括频标选择按钮、频标幅度旋钮与外接频标。其作用分别如下： 1）频标选择按钮：50MHz、l0 MHz/lMHz组合和外接三档。当开关置于50MHz档时， 扫描线上显示50MHz的菱形频标；置于10MHz/1MHz档时，扫描线上
6、显示10MHz/1MHz的菱形频标；置于外接时，扫描线上显示外接信号频率的频标。 2）频标幅度旋钮：调节频标幅度大小，一般幅度不宜太大，以观察清楚为准。 3）外接频标：当频标选择开关置于外接频标档时，外来的标准信号发生器的信号由此 接线柱引入，这时在扫描线上显示外频标信号的标记。,3BT-3GIII型扫频仪的检查及使用 （1）使用前的准备工作 接上电源（AC（110%）220V，50Hz2Hz），按下面板上的电源控制开关，电源指示灯亮。仪器预热10min，调节亮度和聚焦旋钮，使亮度适中，扫描线细且清晰。适当调节Y位移旋钮，以在屏幕上显示扫描线。将检波探头推入自校准插座，并将自校准插头接扫频输出
7、插座，检波输出插头接Y输入，检波探头的连接如图8-2所示。 图8-2 检波探头的连接,（2）频标的识别 按下“50MHz”或“10 MHz /1MHz”键，扫描线上应分别呈现出50MHz或10MHz/1MHz频标信号，调节频标幅度旋钮可以均匀的调节标记幅度。将频标选择置于“10MHz/1MHz”处，频标幅度旋钮位置适中，扫频方式选择开关置于“窄扫”位置。调节中心频率，使中心频率在起始位置附近，在众多的频标中有一个顶端凹陷的频标，将频标选择开关置于“外接”，其他频标信号消失，此标记仍然存在，则此标记为“零频”频标。将频标选择旋钮置于“10MHz/1MHz”位置，顺时针转动中心频率旋钮，会发现“零
8、频”频标及右面的大小频标逐渐左移，其中幅度大的为10MHz频标，幅度小的为1MHz频标，图8-3所示为10MHz/1MHz组合频标示意图。,图8-3 10MHz/1MHz组合频标示意图 （3）扫频宽度的调节 频标选择开关置“50MHz”，扫频宽度旋纽由最小调至最大，频偏量应能在1300MHz内连续变化。不同的网络有着不同的频带，预置扫频宽度太窄，被测曲线在水平方向会很小；预置扫频宽度太宽，被测曲线在水平方向会很大。因此调节扫频宽度旋钮会得到合适的扫频宽度。,（4）中心频率的调节 不同的四端网络除了有不同的频带之外，还有不同的中心频率，预置中心频率过高，被测曲线会在右面，预置中心频率过低，被测曲
9、线会在左面。调节中心频率旋钮，使得中心频率在屏幕中央，就可以对称地观察被测曲线。 （5）扫频线性的检查 扫频方式选择置“窄扫”，频标选择置“10MHz/1MHz”，扫频宽度旋钮调至40MHz（屏幕上显示5个10MHz频标），测试屏幕上相邻10MHz标记间隔比应小于1:1.2。 （6）输出平坦度的检查 扫频方式选择置“全扫”，输出衰减置“0dB”，找出检波放大后显示的包络线的最高点和最低点，两点相比较应在A0.25dB范围内（A为中间值）。,（7）输出功率（电压）的检查 开机预热15min，在RF输出口接入7550阻抗转换器，再接入CX2B小功率计，扫频仪输出衰减置于“0dB”,扫频方式选择置于
10、“点频”（CW），旋动中心频率为150MHz附近，测试输出功率应满足（110%）3.33mW或用超高频毫伏表测试高频电压应满足（110%）0.5V。 （8）显示部分的检查 将方波信号发生器输出的方波用电缆接入Y输入，并且调节输出方波10mV（峰峰值）、1kHz，Y衰减置于“1”，Y增益旋至最大，测得屏幕上方波幅度应大于1div。,（二）扫频仪的应用 1调谐回路幅频特性及参数的测量 （1）幅频特性的测量 用扫频仪可以方便地测量各种电路的幅频特性，图8-4所示为单调谐回路的电路原理图，扫频仪与被测电路的连接图如图8-5所示，测试时，将极性选择开关置于“+”， 交流/直流耦合选择开关置于“DC”，频
11、标选择旋钮置于“10MHz/1MHz”，扫频宽度旋钮置于5MHz以上位置，Y衰减置于“1”，将低阻检波器和自校准插座分别接Y输入和扫频输出插座，调整Y增益及输出衰减旋钮置于适当位置，可测得单调谐回路的幅频特性曲线如图8-6所示。,图8-4 单调谐回路的电路原理图,图8-5 扫频仪与被测电路的连接图,图8-6 单调谐回路幅频特性曲线,（2）增益测量 调节好幅频特性后，用输出衰减旋钮控制扫频信号电压幅度，使其符合电路要求的输入信号幅度，注意衰减器的总衰减量应小于放大器设计的总增益。若显示器的幅频高度为H，输出衰减为B1（dB），将检波探头与扫频输出端短接，改变“输出衰减”，使幅频高度仍为H，此时输
12、出衰减的读数若为B2（dB），则该放大器增益为A =B2- B1。 应当注意，在得到衰减量B1读数后，应保持扫频仪的Y增益旋钮及Y衰减旋钮位置不变，否则，测量结果不准确。,（3）3dB带宽测量 对于宽带调谐电路，可以直接用扫频仪的内频标，方便地显示和读出频率特性曲线的宽度，为了更准确地测量，有时也使用外频标。对于窄带调谐电路，可以由图形曲线看出谐振频率f0，图8-7所示为单调谐回路带宽的测量示意图。首先使扫频仪输出衰减旋钮置于3dB处，调整Y增益旋钮，使图形峰点与屏幕上某一水平刻度线（虚线AA）相切，然后调整输出衰减旋钮，使扫频信号输出电压增加3dB，则曲线与虚线AA相交，两交点所对应频率即为
13、上下频率fH、fL。则带宽为BW = fHfL 。,图8-7 单调谐回路带宽的测量,2无源高通滤波器频率响应的测量 用扫频仪可以方便地测量滤波器频率响应，图8-8所示为无源高通滤波器的电路原理图，扫频仪与无源高通滤波器的连接同样如图8-5所示，测试时，交流/直流耦合选择开关置于“DC”，Y衰减置于“1”，调Y位移旋钮使基线与底格重合，Y增益旋钮调至适中，适当选择扫频宽度进行测量，测得的无源高通滤波器的频率响应曲线如图8-9所示。,图8-8无源高通滤波器的电路原理图 图8-9无源高通滤波器的频率响应曲线,3电路阻抗的测量 扫频仪还可以测量电路的输入、输出阻抗，使用方便，操作简单，但测量准确度不是
14、很高。扫频仪测量输入、输出电阻的连接图如图8-10所示，图中RP1、RP2为无感电位器，测量时，先将RP1短路、RP2断开，调节扫频仪面板上的有关开关旋钮，使屏幕显示的幅频特性曲线的高度为A格，撤去RP1上的短路线，调节RP1直至荧光屏显示的曲线高度为A/2格，则RP1的电阻即为被测电路的输入电阻。将RP1重新短路，使曲线高度仍为A格，接通RP2并调节其值直至曲线高度为A/2格，则RP2的电阻值即为被测电路的输出阻抗。,图8-10 扫频仪测量输入、输出电阻的连接图,4扫频仪使用注意事项 1）对有源网络测量必须注意信号馈给时的隔直流，还需注意扫频输出的大小应保证被测网络输出不失真，不饱和。对于被
15、测电路的自激振荡也不能忽略，否则它们会显著地改变幅频响应曲线的形状，使曲线有大的起伏或出现突复点和饱和状态，扫频基线也显著地改变上下位置，这些现象在调试过程中应予彻底消除。 2）扫频仪与被测电路相连接时，必须考虑阻抗匹配问题。如被测电路的输入阻抗为75，应采用终端开路的输出电缆线；如被测电路的输入阻抗很大，应采用终端接有75的输出电缆线，否则应采用阻抗匹配转换的措施。,3）若被测电路内部带有检波器，不应再用检波探头电缆，而直接用开路电缆与仪器相连。 4）在显示幅频特性时，如发现图形有异常的曲折，则表示被测电路有寄生振荡，在测试前予以排除。 5）测试时，输出电缆和检波探头的接地线应尽量短些，切忌
16、在检波头上加接导线。,四、相关理论知识 （一）静态频率特性测量点频法 点频法就是逐点测量幅频特性的方法，所测出的幅频特性是我们需要的电路系统在稳态情况下的静态特性曲线，点频法测量原理如图8-11所示。但由于要逐点测量，操作繁琐费时，并且由于频率离散而不连续，能遗漏掉某些特性突变点，这种方法一般只用于实验室测试研究，若用于生产线则效率太低了。 图8-11 点频法测量原理,（二）动态频率特性测量-扫频法 扫频法是将等幅扫频信号加至被测电路输入端，然后用示波器来显示信号通过被测电路后振幅的变化。由于扫频信号的频率是连续变化的，在示波器屏幕上可直接显示出被测电路的幅频特性。扫频法测量原理如图8-12所示。扫描电压发生器一方面为示波器X轴提供扫描信号，一方面又用来控制等幅振荡的频率，使其产生按扫描规律频率从低到高周期性重复变化的扫频信号输出。扫频信号加至被测电路，其输出电压由峰
