频域测量电子测量

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1、第六章频域测量田宝凤仪器科学与电气工程学院主要内容6.1扫频仪概述6.2扫频仪工作原理6.3频标单元6.4Y通道单元6.5频谱分析仪工作原理6.6本章小结2教学侧重点扫频仪的构成与原理FFT频谱分析仪构成与原理扫频超外差式频谱分析仪构成与原理频标单元产生框图与原理6.1扫频仪概述扫频仪：又称频率特性测试仪。可用来测定各种有源或无源网络的传输特性、阻抗特性等，如：测定调频放大器、宽频带放大器、各种滤波器、鉴频器等幅频特性。扫频仪是一种能够完成上述功能并具有显示装置的扫频信号发生器。46.1.1常用术语有效频

2、率范围：扫频信号发生器产生的载波频率范围。扫频宽度：扫频所覆盖的频率范围内的最高频率与最低频率之差。扫频中心频率：窄带扫频或对称扫频时，扫频宽度为0的载波频率。56.1.2扫频仪中的关键器件（1）变容二极管变容二极管与普遍二极管类似，也是由一个PN结构成的。所谓变容二极管是指它的结电容随外加偏压而改变，并呈现明显的非线性特性。变容二极管电容公式：6公式中：U是外加电压，反向偏置时是负值，正向偏置时是正值。UT是内建电压，K与n是常数。6.1.2扫频仪中的关键器件（2）电调谐变容二极管变容二极管有三类：参数

3、变容二极管、功率变容二极管、电调谐变容二极管。在扫频仪中使用的是电调谐变容二极管。电调谐变容二极管用在频率调制电路中，其作用是：当加到PN结上的偏压变化时，结电容Cj跟随变化，从而改变电路的谐振频率，达到电调谐的目的。76.2扫频仪工作原理6.2.1整机电路原理框图8频标单元扫频单元被测网络衰减器检波器Y通道控制部分斜波信号发生器X通道图6.2.1扫频仪电路工作原理框图6.2.1整机电路原理框图扫频仪的构成：扫频信号源和显示系统。1、扫频信号源由扫频单元、频标单元和衰减器三部分构成。具有以下功能：(1)能

4、产生频率做线性变化的扫频信号；(2)扫频信号的输出是等幅的，且具有一定功率；(3)扫频信号的频偏尽可能大且中心频率可调；(4)扫频信号线性度良好；(5)能产生和扫频信号同步的频率标记；(6)输出阻抗要恒定。2、显示系统由斜波电压发生器、X、Y轴通道放大器及示波管组成。96.2.1整机电路原理框图扫频仪工作原理：1.斜波信号发生器一方面送给X通道提供扫描信号；另一方面又控制扫频信号源的振荡频率，使其产生从低频到高频的周期性重复变化的等幅正弦波输送给被测电路，称为扫频信号。2.这样，就使扫频信号的频率变化规律

5、与扫描电压一致，从而使得每个扫描点与扫频信号输出的频率有一一对应的确定关系，故X轴相应地成为频率坐标轴。3.被测电路的输出信号经峰值检波探头检出幅频特性曲线送给Y通道，并最终在屏幕上显示出被测网络的幅频特性曲线。106.2.2单元电路工作原理1、扫频单元11图6.2.2扫频单元工作原理框图扫频振荡器一般采用变容二极管作为压控元件，由于变容二极管的C-U特性曲线不是线性的，因此为了获得线性的扫频振荡，加入线性校正电路。固频振荡器扫频振荡器线性校正混频器低通滤波宽带放大衰减器自动稳幅扫频输出6.2.2单元电路

6、工作原理扫频信号产生过程126.2.2单元电路工作原理2、固定振荡器13图6.2.3固定振荡器电路中心频率控制电压取自于面板上的电位器，中心频率控制电压一经确定，固频振荡器就会产生固定频率的振荡信号。改变中心频率控制电压就是改变变容二极管的偏压，即改变振荡频率。6.2.2单元电路工作原理3、扫频振荡器146.2.4扫频振荡器穿心电容的作用是旁路掉杂散的高频干扰信号。扫频振荡器工作在开关状态，即在工作区产生扫频振荡，而在休止期内停振。6.2.2单元电路工作原理4、混频器和低通滤波器混频器就是将两个不同频率的

7、信号加到非线性器件进行频率变换后取其差频或和频。低通滤波器就是将混频之后的和频信号滤除掉，保留差频。15具体电路见教材：图6.2.5混频器和低通滤波器6.3频标单元16图6.3.1频标单元工作原理框图频标选择外接频标谐波发生器谐波发生器谐波发生器频标混频频标混频频标混频频标混频低通滤波低通滤波低通滤波低通滤波1/10分频1MHz10MHz晶振50MHz晶振来自扫频输出频标形成及放大去Y通道频标是频率标记的简称。频率标记是用一定形式的标记对频率特性曲线上的任意点进行定量描述。频标的形状大致四种：菱形频标、脉

8、冲频标、线频标及光点式频标。6.3频标单元1、单一频标产生的工作原理17图6.3.2单一频标产生的工作原理框图扫频信号固频信号混频器低通滤波去频标放大器fsfg6.3频标单元扫频信号中必然含有与正弦波固定频率fg相等的瞬时值频率。当扫频信号的频率自fmin向fg接近时，频差越来越小；当频率扫变到等于fg时，产生零拍差频；而当扫频信号频率向fmax接近时，则频差越来越大。差频信号波形在fg处是中间疏两边越来越密。这个波形经低通滤