全国高等职业院校职高专十二五国家级规划教材频域测量与仪器应用

电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用学习任务2频域测量与仪器应用案例7电视机中放幅频特性曲线的测量7.1频域测量概述7.2线性系统频率特性测量7.3扫频仪的原理与应用实验8频率特性测试仪的使用案例8用频谱分析仪测量信号7.4频谱分析仪的原理与应用实验9用频谱分析仪测试CATV射频电视信号的频谱电子工业出版社电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用教学导航教知识重点1.时域测量和频域测量的概念以及它们的联系与区别2.频率特性测试仪(扫频仪)的基本组成、工作原理和测量幅频特性曲线的方法。3.频谱分析仪的基本组成、工作原理、主要工作性能和正确使用方法4.失真度仪的基本组成、工作原理和正确操作方法。知识难点1.扫频仪测量幅频特性曲线的原理和使用方法；2.频谱分析仪的基本组成、工作原理、主要工作性能和实际操作方法。推荐教学方式1.通过对一个实际的案例介绍，导出频域测量系统的理论知识，激发学生学习的兴趣。2.采用实验演示法、、多媒体演示法、任务设计法、小组讨论法、案例教学法、项目训练法等教学方法，加深学生对理论的认识和巩固。3.通过实验巩固扫频仪、失真度仪、频谱分析仪正确使用与维护。建议学时6学时学推荐学习方法1.本章要重点掌握频域分析的有关概念、扫频仪、频谱分析仪和失真度仪的组成框图、基本原理、应用和维护的技能。2.理论的学习要结合仪器的使用过程以及实验来理解，注意理论联系实际。3.查有关资料，加深理解，拓展知识面必须掌握的理论知识1.时域测量和频域测量的概念以及它们的联系与区别2.频率特性测试仪(扫频仪)的基本组成、工作原理。3.频谱分析仪的基本组成、工作原理、主要工作性能4.失真度仪的基本组成、工作原理。必须掌握的技能1.能规范的使用扫频仪测量电路的幅频特性曲线和相频特性曲线。2.能正确的使用频谱分析仪对常见信号和电路进行频率分析。3.能规范的使用失真度仪对电路的失真度进行测试。电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用案例7电视机中放幅频特性曲线的测量电视机中频通道的特性是保证整机质量的重要因素，用来调试电视机中频通道特性的仪器就是扫频仪。8图7-1LA7688N图像中放电路1.LA7688N图像中放电路LA7688N图像中放电路如图8-1所示。电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用上图中，VT101是预中放部分，起前置放大作用，Z101为SAWF,起集中选频作用；LA7688N为彩色电视机图像中频放大器IC。2.中放幅频特性曲线的测量图7-2中放幅频特性曲线的测量VT101预中放Z101SAWFN101LA7688NRF输出Y输入80.01μF按图8-2接好测量电路。扫频信号输出端通过0.01μF电容送至预中放管VT101的输入端；被测信号由LA7688N内部经预视放从⑧脚取出，经过开路电缆送至扫频仪的输入端；这样就可以测量出电视机中放电路的幅频特性、相频特性和增益等电路的性能。电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用7.1频域测量概述知识分布网络频域测量概述从概念上比较频域与时域的比较研究对象上比较适用范围上比较失真度分析它们的关系频域的分类频率特性测量选频测量频谱测量调制度分析电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用7.1.1频域测量与时域测量比较测量和观察一个电信号的最常用的仪器是大家熟悉的示波器，它是以时间t为水平轴对信号波形进行测量和显示，这种分析方法是在时间域内观察和分析信号，所以称为信号的时域测量和分析。以电信号的频率f作为水平轴来测量分析信号的变化，这就是在频率域内对信号进行观察和测量，简称为信号的频域测量和频谱分析。时域测量和频域测量的比较可用图7-3来说明电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用ftA示波器频谱仪时域分析频域分析图7-3时域与频域的关系图电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用通过观察图7-3可以发现，时域分析和频域分析可用来观察同一个电信号，两者的图形却是不一样的，但两者所得到的结果是可以互译的，即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傅立叶变换的关系。但是两者又是从时间和频率两个不同的角度去观察同一事物，故各自得到的结果都只能反映事物的某个侧面。因此从实际测量的观点来看，时域分析和频域分析各有用武之地。电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用7.1.2频域测量的分类•在实际应用中，根据频域测量的对象和目的不同，可以将频域测量分为以下几种类型。•1）频率特性的测量。它主要是对电路网络的频率特性进行测量；•2)选频测量。它是利用选频电压表，通过调谐滤波的方法，选出并测量信号中某些频率分量的大小。•3）频谱分析。它是利用频谱分析仪分析信号中所含的各个频率分量的幅值、功率、能量和相位关系，以及震荡信号源的相位噪声特性、空间电磁干扰等。•4）调制度分析测量。它是指对各种频带的射频信号进行解调，恢复调制信号，测量其调制度；如调幅波的调幅系数、调频波的频偏、调频指数以及它们的寄生调制参数等。•5）谐波失真度的测量。当信号通过非线性器件时都会产生新的频率分量，俗称非线性失真，这些新的频率分量包括谐波和互调两种类型。电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用7.2线性系统频率特性测量知识分布网络频率特性测量幅频特性测量点频法扫频法相频特性测量电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用线性网络对正弦输入信号的稳态响应，称为网络的频率响应，也称频率特性。一般情况下，网络的频率特性是复函数。它的绝对值表示频率特性的幅度随频率变化的规律，称为幅频特性。它的相位表明网络的相移随频率变化的规律，称为相频特性，下面分别给予介绍。2.1幅频特性的测量幅频特性的测量方法分为点频测量法和扫频测量法。1.点频测量法（静态测量法）1）点频测量法的概念点频测量法：又叫描点法就是通过逐点测量一系列规定频率点上的网络的增益（或衰减）来确定幅频特性曲线的方法，其原理如图7-4所示。信号发生器被测网络高频毫伏表Ⅱ双踪示波器高频毫伏表Ⅰ图7-4点频法测量幅频特性的原理图电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用2）点频法的测量方法在被测网络的整个工作频段内，改变信号发生器输入网络的信号频率，在被测网络输出端用电压表Ⅱ测量出各频率点相应的输出电压，of2f1u2u1Uout图7-5点频法测幅频特性曲线并做好测量数据的记录。在整个测量过程中，应注意观察示波器所显示的输入与输出波形，保持不能失真。然后以横轴表示频率的变化，纵轴表示输出电压幅度的变化，将每个频率点及对应的输出电压进行描点，连成光滑的曲线，即可得到被测网络的幅频特性曲线，如图7-5所示。电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用3）点频测量法的特点点频测量法是一种静态测量法，它的优点是测量时不需要特殊的仪器仪表，测量方法简单，测量的准确度比较高，能反映出被测网络的静态特性，是工程技术人员在没有频率特性测试仪的条件下，进行现场测量研究和分析的基本方法之一。但是由于测试频率点是不连续的，因而这种方法的缺点是操作繁琐、工作量较大、测量速度也比较慢而且容易漏测某些突变点，不能反映被测网络的动态特性。2.扫频测量法（动态测量法）1）扫频测量法的概念扫频测量法是在点频测量法的基础上发展起来的。所谓“扫频”：就是利用某种方法，使激励正谐波信号的频率随时间变化并按一定规律在一定范围内反复扫描。电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用这种频率扫描的信号就是“扫频信号”。扫频测量法就是将等幅的扫频信号加至被测电路的输入端，然后用显示器来显示信号通过被测电路后的幅度变化。由于扫频信号的频率是连续变化的，因此在屏幕上可以直接显示出被测电路的幅频特性。其基本工作原理如图8-6所示。扫频信号发生器扫描电压发生器X轴放大器Y轴放大器被测电路峰值检波器tttt图7-6扫频法测量幅频特性电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用2）扫频测量法的基本原理•（1）扫描电压的产生。由扫描电路产生的线性良好的锯齿波电压，也称为扫描电压（如图8-6中的u1）。这个锯齿波电压一方面加到扫频振荡器中对其震荡频率进行调制，使其输出信号的瞬时在一定的频率范围内由低到高做线性变化，但其幅度不变，这就是前面所说的扫频信号。另一方面，该锯齿波电压通过X放大器放大后加到示波管的X偏转系统，控制电子束水平偏转，配合Y偏转信号来显示图形。•（2）扫频信号的产生。图7-6中的扫频信号发生器是关键环节，由它产生一个幅度恒定且频率随时间线性连续变化的信号作为被测网络的输入信号，即扫频信号（如图7-6中的u2）。该扫频信号经过被测网络后就不再是等幅的，而是幅度按照被测网络的幅频特性进行相应的变化，它相当于调幅波（如图7-6中的u3）。该调幅波包络线的形状就是被测电路的幅频特性。再通过检波器取出该调幅波上的包络线（如图7-6中的u4）。最后经过Y通道放大，加到示波器的Y偏转系统，来控制电子束垂直偏转，最终在荧光屏上显示。电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用（3）时间—频率变换（t-f变换）。由于示波管的水平扫描电压同时又用于调制扫频振荡器形成扫频信号。因此，示波管荧光屏光点的水平移动与扫频信号随时间的变化规律完全一致，所以水平轴也就变换成频率轴。这就是说，在荧光屏上显示的波形就是被测网络的幅频特性曲线。•3）扫频测量法的特点•扫频测量法的特点的优点是测量过程简单，速度快，既不会产生漏测现象，还能边测量边调试，大大提高了工作效率。扫频法反映的是被测网络的动态特性，测量结果与被测网络实际工作情况基本吻合，这一点对于某些网络的测量尤为重要，如滤波器的动态滤波特性的测量等。扫频测量法的不足之处是测量的准确度比点频测量法低。电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用7.2.2相频特性的测量线性系统的频率特性还包括相频特性。在一些实际的应用系统中，相频特性对系统的性能有很大的影响。如在视频信号的传输中，相位失真会直接影响系统的传输质量，因而，此时保证系统良好的相频特性也就显得非常重要。在测量线性系统的相频特性时，是以被测电路输入信号作为参考信号，输出端信号作为被测信号，如图7-7所示。先调节正谐波发生器输出信号的频率，用相位计测量输出端信号与输入端信号之间的相位差。注意：在改变信号频率时，应保持其电压幅度恒定。再用描点法得到相位差随频率的变化规律，即线性系统的相频特性。电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用正谐波发生器被测电路相位计参考信号图7-7线性系统的相频特性测量电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用7.3扫频仪的原理与应用知识分布网络频率特性测试仪扫描信号发生器扫描仪的工作原理频标电路显示电路典型仪器BT3C-B型扫描仪仪器性能指标面板功能介绍使用操作方法扫描仪的组成电子工业出版社全国高等职业院校职高专“十二五”国家级规划教材频域测量与仪器应用扫频仪是频率特性测试仪的简称，是一种能在荧光屏上直接观测到各种网络频率特性等曲线的频域测量仪器，由此可以测算出被测电路的频带宽度、品质因数、电压增益、输出阻抗及传输线特性阻抗等参数。扫频仪与示波器的主要区别在于前者能够自身提供测试时所需要的信号源，并将测试结果以曲线形式显示在荧光屏上。7.3.1扫频仪的组成频率特性测试仪主要由扫描信号发生器、频标电路和示波器三个部分组成，此外，