电子测量和仪表.ppt

6.3 扫频仪的应用 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。 应当注意，当被测电路含有选频回路时，荧光屏上显示的曲线将不可能是一条平坦直线，这时可在曲线上选取一个参考点来测量，但所得的阻抗值是对该频率而言的。 Y轴 输入 扫频 输出 RP1 RP2 被测 网络 图8 测量输入、输出电阻的连接示意图 A A/2 （b） （a） 6.3 扫频仪的应用 (2)传输线特性阻抗的测量 按图9所示进行连接。传输线的一端接可变电阻器，另一端于扫频输出电缆、检波探头并接。 Y轴输入扫频输出RP被测传输线图9测量传输线特性阻抗的连接示意图 测量时，调节可变电阻RP直至荧光屏上显示的波形为一平坦直线，此时RP的电阻值即为传输线的特性阻抗。 Y轴输入 扫频输出 RP 被测传输线 图9 测量传输线特性阻抗的连接示意图 6.4 频谱仪 观察某一个信号特性的最普遍方法是用示波器来显示波形，它能够将被测信号的波形显示在荧光屏上，并对信号的幅度、频率等进行时域分析，但不能显示出构成非正弦信号频率分量的情况。频谱仪即频谱分析仪，能够将构成非正弦波信号的基波与各次谐波的频率及幅度显示在荧光屏上，从而得到非正弦波的频谱图，从中得到时域观测所不能得到的独特信息。频谱仪除应用于信号的频谱分析外，还用于放大器的谐波失真、信号发生器的频谱纯度以及系统的频率特性分析等。 6.4 频谱仪 频谱仪按其工作原理分为数字式和模拟式两大类，目前应用比较普遍的是模拟式频谱仪。模拟式频谱仪分为顺序滤波式、扫频滤波式、扫频外差式等，主要用于射频段和微波频段。数字式频谱仪主要用于低频段和超低频段。本节重点讨论扫频外差式频谱仪。 6.4.1 频谱仪的组成及工作原理 模拟式频谱仪的最简单原理是利用一系列窄带滤波器，依次选取被测信号中不同频率的信号，并借助于扫描信号，将不同频率信号的幅度并排显示在荧光屏上，得到被测信号的频谱图，该方式为顺序滤波式，原理框图如图10所示。 顺序滤波式频谱仪需要采用大量高稳定度的窄带滤波器，因仪器造价较高而较少采用。使用比较普遍的是扫频外差式频谱仪。 6.4.1 频谱仪的组成及工作原理 窄带滤波器 窄带滤波器 门电路 检波器 …… …… …… Y放 大器 扫描电路 窄带滤波器 门电路 门电路 …… X放 大器 ux fx 图10 顺序滤波式频谱仪原理图 6.4.1 频谱仪的组成及工作原理 扫频外差式频谱仪的工作原理如图11(a)所示。所谓“扫频外差式”包括外差和扫频两个含意。 “外差”即本振信号（即扫频振荡信号）与被测信号经混频器差频产生固定中频信号，因此仪器只要采用一个窄带滤波器即可，而中频放大器则起到窄带滤波器的作用。 混频器 中频放大器 Y放 大器 扫频振荡器 锯齿波扫描电路 X放 大器 (a) (b) ui fx 图11 扫频外差式频谱仪组成框图 检波 6.4.1 频谱仪的组成及工作原理 “扫频”即本振信号频率是连续改变的。在本振频率扫频时，本振频率和被测信号顺序差频得到中频，即相当于选取一系列被测信号的频率分量。 例如，假设中频频率为6MHz、本振频率从9MHz扫频到13MHz，若被测信号包括3、4、5、6、7MHz五个频率成分，当本振频率为9MHz时与3MHz被测信号频率差频得到第一个6MHz信号；本振频率扫到10MHz时和4MHz的被测信号差频得到第二个6MHz信号。依此类推，将顺序得到第三、四、五个中频。 6.4.1 频谱仪的组成及工作原理 可见被测信号在一定频率范围内，有一个频率分量就有一个中频输出，中频信号经检波器解调出各自的振幅，经过放大后加到Y偏转板，得到相应频率成分的幅度值，该幅度值与对应频率信号的幅度成正比。加到X偏转板的锯齿波扫描电压就是本振扫频振荡器的调制电压，因而水平轴变为频率轴，这样荧光屏上就显示出了被测信号的频谱图。由于窄带滤波器存在一定的带宽，故显示的频谱线并非理想的直线，而是一排窄带滤波器的动态幅频特性曲线，如图11(b)所示。 6.4.1 频谱仪的组成及工作原理 频谱仪的实际构成要比图11(a)复杂得多，主要体现在以下几个方面：首先为了获得较高的灵敏度而采用多次变频的方法，以便在几个中频频率上进行电压放大提高灵敏度，如果在一个中频上增加放大器级数来提高灵敏度，则很容易引起振荡，而且多次变频还可以提高频率分辨力。其次采用输入衰减器来扩大量程和提高输入阻抗。再者采用频标信号以便直接读出频率值。然后为了使幅值坐标“对数化”（取对数），还应在Y通道的检波器和Y放大器之间接入对数放大器。对数放大是指输出信号的幅度是输入信号幅度的对数，即压缩谱线幅度，使得在荧光屏有效高度范围内得到大的动态范围。 6.4.2 频谱仪的使用