电子测量技术基础-第6章.ppt

6.6 测量范围的扩展 图6.6-1为外差法扩展相位差测量频率范围的原理框图。被测信号 u1(t)和u2(t)分别加到两混频器I和重，与同一本地振荡信号混频，使其差频位于低频范围内，然后经放大后用低频相位计测量。下面作简要的定量分析。设 (6.6-1) 图6.6—1 外差法扩展相位差测量频率范围原理框图 混频二极管的伏安特性为 (6.6-2) 式中 为常数。对于混频器I，混频器二极管上的电压 (6.6-3) 将式(6.6-3)代入式(6.6-2)得混频器I中电流 上式中只有最后一项产生差频电流i1c，即 (6.6-4) 对于混频器Ⅱ，混频器二极管上的电压 (6.6-5) 将式(6．6-5)代入式(6．6-2)采用与上类似地推导过 程得流经混频器Ⅱ的差频电流 (6.6-6) 设混频器I、 Ⅱ有相同的负载电阻只，因此两混频器输出电压的差频项分别为 (6.6-7) (6.6-8) 比较式(6．6—7)、(6．6—8)可知，两混频器输出的差频电压的相位差仍然为 ，因此用低频相位差计所测得的值就是被测高频信号的相位差。使用外差法扩展量程时应注意列，因本振频率与信号频率很接近，防止它们之间以及两通道之间的相互影响是实际中的重要 问题，应使电路各部分之间有良好的隔离。另外，此法扩展量程，对本振的频稳度要求高， 这是因为本振很小的相对变化，当变换为低频后，其相对变化就很大。而目前晶振的频稳 度还不能做得很高，所以这种方法的测量范围还只能达数十兆赫。 随着电子技术的发展，目前多采用取样技术和锁相技术相结合的方法使取样脉冲重复频率(相当于本振频率)能自动跟踪被测频率，再把频率恒定的低频输出信号送至低频相位计进行测量。 最近出现的新型电压和相位差测量装置即相量电压表就是基于这一思想制做的。它把 上至1000MHz范围的待测信号电压变换为固定的低频，然后测量其电压和相位差。电压测量自几微伏到士V范围而不必使用衰减器，电压比测量在70至80dB范围内误差仅零，杠几分贝。相位差测量误差为±1‘左右。本振在每个频段范围内能自动跟踪被测频率，使用非常方便。图6．6—2是一种相量电压表的原理框图。 国产DT—1型相量电压表的部分技术指标： 频率范围：l～1000MHz，分12个频段； 电压测量范围：第一通道500 V～1V； 第二通道100 V～1V； 相位差量程：180o～一180o； 输入电阻、电容：100kΩ ，3pF； 电压测量精确度：l～l0MHz时±5％， 100～300MHz时±l0％，300～1 000MHz时±20％； 相位测量精确度：±1. 5o 在微波领域与之类似的仪表是网络分析仪，它基本上是由扫频信号源和相量电压表组合而成，可以在示波管上作动态显示。 图6.6—2 相量电压表原理框图 习 题 六 6.1 举例说明测量相位差的重要意义。 6.2 测量相位差的方法主要有哪些?简述它们各自的优缺点。 6.3 用椭圆法测量两正弦量的相位差，在示波器上显示图形如图6．2-3所示，测得椭圆中心横轴到图形最高点的高度Ym＝5cm，椭圆与)Y轴交点y0＝4cm，求相位差 。 6.4 为什么“瞬时”式数字相位差计只适用于测量固定频率的相位差?如何扩展测量的频率范围? 6.5 用示波器测量两同频正弦信号的相位差，示波器上呈现椭圆的长轴A为100m，短轴B为4cm，试计算两信号的相位差 。 图6.3—3 电子计数式相位差计框图 闸门脉冲发生器是由晶振、分频器、门控电路组成，它送出宽度为Tm的门控信号 ， Tm应当远大于被测信号的最大周期Tmax一般取 （6.3-8） 式中K为比例系数，T为信号周期。这一闸门信号使时间闸门II开启，在Tm内通个闸门I的标准频率脉冲又通过闸门II送入计数器计数，如ug设计数值为A，由图中uD、uE可知 图6.3-4 平均值相位计原理框图 图6.3-4 平均值相位计原理框图 考虑