第6章频域测量仪器

电子测量技术河北师范大学职业技术学院第6章频域测量仪器•6.1频率特性测试仪•6.1.1频率特性的测式方法•6.1.2频率特性测试仪的组成•6.1.3频率特性测试仪工作原理•6.1.4BT-3频率特性测试仪主要技术指标•6.1.5BT-3频率特性测试仪的使用方法•6.2频谱分析仪•6.2.1模拟式频谱仪•6.2.2扫描调谐式频谱仪习题6.1.1频率特性的测式方法6.1频率特性测试仪1．点频测量法正弦信号发生器电子电压表被测电路电子电压表扫描电路扫频振荡器被测网络检波电路Y放大器频标电路abcd2．扫频测量法扫频测量法简单、速度快，可以实现频率特性测量的自动化。由于扫频信号的频率变化是连续，所以不会像点频法那样由于测量的频率点不够密而遗漏某些被测特性的细节。6.1.2扫频信号形成电路1.变容二极管扫频电路（1）变容二极管nDDUUCC)1(0PN结反偏反压较小时，阻挡层较薄，电容较大反压较大时，阻挡层较厚，电容较小C0:PN结零偏时电容值；U:外加控制电压；UD:PN结电压；n:电容变化指数，取决于PN结结构和杂质分布，扩散型管子，杂质分布是缓变的，缓变结n=1/3;合金型管子，突变结n=1/2。一般n=(1-5)。（2）变容二极管扫频原理tCOSUUU0CDf振荡回路并入CDU0:直流UΩ:振幅Ω：角频率设扫频控制信号为：时的电容值偏置电压为电容调制度.0...........)1(.............)1((11)1(00000000UUUCCUUUmtmCOSCtCOSUUUCUUCCnDDDDnDnDD2)1(020)1(11ntmCOSnDDtmCOSLCLC率）时的频率（扫描中心频偏置为0......:010UDLC二极管接入振荡电路后，振荡回路瞬时频率为：t)mCOS102（时，当n（3）变容二极管扫频振荡器用示波器来观察信号波形，是在时间域内观察信号，这时以时间t作为水平轴，即信号的时域分析。若从一个信号所包含的频率成分观察信号，用信号的频谱分布来描述信号，即信号的频域分析或频谱分析。信号的频谱分析是很有用的，它往往能够提供在时域观测中所不能得到的独特信息。频谱分析仪（简称频谱仪）是信号频域分析的重要仪器。6.2频谱分析仪（a）表示时间、频率和幅值的三维坐标（b）示波器显示的图形（c）频谱仪显示的图形图（a）、（b）分别示出了基波及二次谐波的幅度一样，而相位不同的两个信号波形，这一相位的差别在示波器上可十分明显地反映出来。但是，在频谱仪上，测量这两个信号所显示出的频谱图却没有区别。所以，当需要研究波形失真的原因时，示波器测量就有明显的优点。然而，频谱仪也有它的特点，例如一个真很小的正弦波信号，利用示波器观测波形就难于看得出来，但是，频谱仪却能定量测出很小的谐波分量。6.2.1模拟式频谱仪模拟式频谱仪是以模拟滤波器为基础，即用适当的滤波器选区出被测信号的频率分量。图7-25所给出的方框图是按顺序分析法（滤波法）组成的示意图，输入信号经前置放大器放大后送入一组带通滤波器，它们的中心频率分别为…，由各滤波器选区出的频率分量通过与阶梯波扫描电压同步的步进换接开关S顺序接入检波，放大加到示波管垂直偏转板，这样，一旦信号出现，在屏幕上将显示出被测信号的频谱图。所以，这种频谱仪是实时的。这种频谱仪需要大量的窄带滤波器（一般需要价昂的晶体滤波器），例如，一台频率范围为20Ｈz-----20KHz的音频频谱仪，即频宽为三个10倍频程，若每10倍频程配置十个滤波器，则需要三十个滤波器。6.2.2扫频外差式频谱仪扫频外差式频谱仪是按处差方法来选择所需频率分量,这种方法的特点是中频是固定的,只要改变本机振荡器频率即能达到选频目的,从而可以省去大量选频滤波器.用扫频振荡器作为外差接收的本机振荡器.当扫频振荡器的频率fL(t)在一定范围内扫动时,输入信号中的各个频率分量(比如fx1在混频器中与fL(t)产生差频f0=fL(t)-fx1）依次落入窄带滤波器的通带内,被滤波器选出并经检波器加到示波垂直偏转系统,即光点的垂直偏移正比于该频率分量的幅值.由于示波管的水平扫描电压就是调制扫频振荡器的调制电压,故水平轴已变成频率轴,这样,屏幕上将显示出输入信号的频谱图。实际上在屏幕上看到的并非是一条条理想的谱线。这是因为，利用外差方法，并对本机振荡器进行扫频，其等效结果可形象地看作窄带滤波器滤波特性曲线以扫频速度依次扫过各个输入频率分量，由于实际的窄带滤波器具有一定的通带宽度，犹如一个窗口（如图7-26所示），故在屏幕上看到的谱线实际上是一个个窄带滤波器的动态幅频特性曲线图形。