第6章 频域测量.ppt

第六章 频域测量 6.1 概述 6.2 频谱仪的工作原理 6.3 信号失真度测量 6.4 线性系统频率特性的测量 主要内容 时域和频域的关系（6.1） 线性系统频率特性的测量（6.4） 频谱分析仪（6.2） 一、时域和频率的关系 时域测量 频域测量 时域和频域的关系 时域和频域测量的优缺点 时域和频域测量各适用的场合 观察一个电信号的普通方法是显示信号波形，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。 如下图所示，方波与正弦波皆为时域测量显示波形。 ◆频域测量 从一个电信号所包含的频率成分，即信号的频谱分布来描 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。 广义上，信号频谱是指组成信号的全部频率分量的总集； 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。 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。 频谱图：将信号中所包含的频率分量按频率顺序排列起来 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，简称为幅频特性。 频谱测量的基础是傅里叶变换。 频谱的两种基本类型 离散频谱（线状谱），各条谱线分别代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，如非周期信号和各种随机噪声的频谱。 ◆时域和频域的关系 U ( t ) 是一个电信号随时间变化的波形图，显示这个波形 并求其有关参量是时域分析的。 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大小是频域分析的。 比较U ( t )和A(ω) 这两个图形可见，时域分析和频域分析 都可用来观察同一个电信号，而两者的图形是不一样的。 时域分析与频域分析之间有一定的对应关系，从数学上说 就是一对傅里叶变换的关系。 ◆时域和频域测量的优缺点 当需要研究波形严重失真的原因时，时域测量有明显的优点。 如在频谱分析仪观察到两个信号频谱图相同，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。 然而，频域测量也有特点，例如一个失真很小的正弦波，利用示波器观测就很难看出来，但频谱分析仪却能测出很小的谐波分量。 ◆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等，用来测量波形的参数， 如幅度值、周期、频率、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的重要仪 器，可观察微小失真的信号。 二、线性系统频率特性的测量 频率特性与扫频信号 点频法 扫频法 扫频仪的工作原理 扫频信号的主要特性 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，经常需要了解某个 网络的频率特性（通常指幅频特性）。 网络的幅频特性是指当网络的输入电压恒定时，其输出电 压随频率变化的关系特性。 幅度恒定且频率随时间按一定规律反复变化的正弦信号， 通常称为扫频信号 。 2 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）来确定幅频特性曲线的方法。 ⑴ 原理图 ⑵ 测量方法 在被测网络整个工作频段内，改变输入信号的频率，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来监视），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。 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，绘出网络的幅频特性曲线。 ⑶ 优缺点 优点：点频法是一种静态测量法，原理简单，需要的仪器 也不复杂，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； 缺点：操作繁琐、工作量大、容易遗漏掉某些特性突变 点，不能反映出被测网络的动态特性。 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。 3 扫频法 扫频测量法利用一个扫频信号发生器取代了点频法中的正 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。 ⑴ 原理图 扫频信号发生器产生 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。 通常称为扫频信号，如图 中的波形②。 扫描电路产生线性良好的锯齿波电压(波形①)。 锯齿波电压一方面加到扫频振