第四章-頻率和相位的測量

1、本章要點 本章主要介紹測量頻率的方法，以及電子本章主要介紹測量頻率的方法，以及電子數(shù)字頻率計的結(jié)構(gòu)與原理。用電子數(shù)字頻數(shù)字頻率計的結(jié)構(gòu)與原理。用電子數(shù)字頻率計測量頻率，是今后測量頻率的主要手率計測量頻率，是今后測量頻率的主要手段，也是頻率計的發(fā)展方向。段，也是頻率計的發(fā)展方向。 相位計和整步表是電力系統(tǒng)運行中常用儀相位計和整步表是電力系統(tǒng)運行中常用儀表，本章對其作一般性介紹，以供相關(guān)專表，本章對其作一般性介紹，以供相關(guān)專業(yè)使用。業(yè)使用。第一節(jié)第一節(jié) 頻率的測量方法頻率的測量方法1.電動系頻率表的結(jié)構(gòu)電動系頻率表的結(jié)構(gòu) 采用比率表型，兩可動線圈空間錯開采用比率表型，兩可動線圈空間錯開90。無工。

2、無工作時呈隨遇平衡狀態(tài)。被測頻率等于固定線圈回作時呈隨遇平衡狀態(tài)。被測頻率等于固定線圈回路的諧振頻率時，指針停在標(biāo)尺中心，即固定線路的諧振頻率時，指針停在標(biāo)尺中心，即固定線圈軸線位置，標(biāo)尺兩邊示值分別為大于或小于諧圈軸線位置，標(biāo)尺兩邊示值分別為大于或小于諧振頻率的值。振頻率的值。2 .電動系頻率表工作原理電動系頻率表工作原理 按接線圖，兩可動線圈所受力矩分別為按接線圖，兩可動線圈所受力矩分別為: 由于兩個力矩方向相反，當(dāng)平衡時兩者相等。聯(lián)由于兩個力矩方向相反，當(dāng)平衡時兩者相等。聯(lián)立可得立可得:1111010201coscos ()1/ cos(1/)Mk IIIILCk IUCRLC22220

3、22202cos(90)cos()1 sin(1/)Mk IIIIRk IUIRRRLC02001tan()()RRCLRC3 .電動系頻率表標(biāo)尺特性電動系頻率表標(biāo)尺特性 當(dāng)被測頻率等于諧振頻率時當(dāng)被測頻率等于諧振頻率時 偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)角= 0，指針位于標(biāo)尺中心，即固定線圈位置。，指針位于標(biāo)尺中心，即固定線圈位置。 若被測頻率若被測頻率 0 ，則，則 ，為負(fù)角時，為負(fù)角時，指針將會順時針偏轉(zhuǎn)。指針將會順時針偏轉(zhuǎn)。 若被測頻率若被測頻率 0 ，則，則 ，為正角時，為正角時，指針將會順時針偏轉(zhuǎn)。指針將會順時針偏轉(zhuǎn)。 1LC10LC10LC2、用變換式頻率表測量工頻、用變換式頻率表測量工頻1.變換式頻率

4、表的結(jié)構(gòu)變換式頻率表的結(jié)構(gòu) 變換式頻率表由磁電系測量機構(gòu)和變換電路組成，變換式頻率表由磁電系測量機構(gòu)和變換電路組成，變換電路包含方波形成、微分、整流、指示和偏變換電路包含方波形成、微分、整流、指示和偏置五個環(huán)節(jié)，通過變換電路，被測頻率轉(zhuǎn)換為一置五個環(huán)節(jié)，通過變換電路，被測頻率轉(zhuǎn)換為一定大小的直流電流，然后通過磁電系測量機構(gòu)進定大小的直流電流，然后通過磁電系測量機構(gòu)進行測量行測量 。 微分電路整流電路指示儀表偏置電路雙向限幅2.變換式頻率表工作原理變換式頻率表工作原理 被測電壓經(jīng)穩(wěn)壓管雙向限幅并經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為尖脈被測電壓經(jīng)穩(wěn)壓管雙向限幅并經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為尖脈沖，由于電容小充電時間短，可形成尖脈沖波，沖

5、，由于電容小充電時間短，可形成尖脈沖波，若用若用 表示充電電流，則電流脈沖波形可用下式表示充電電流，則電流脈沖波形可用下式表示：表示： 通過磁電系測量機構(gòu)的電流平均值為：通過磁電系測量機構(gòu)的電流平均值為：012iiitRCiUieR0001002112(1)iiiiiittTTR CR CCPiUCUIi dtedteTTRT 由于電路中由于電路中C0、Ri 很小故上式可簡化為：很小故上式可簡化為： 按式可知，通過磁電系測量機構(gòu)的電流可以反映按式可知，通過磁電系測量機構(gòu)的電流可以反映被測頻率的大小。被測頻率的大小。02CPIUC f3 .變換式電動系頻率表標(biāo)尺特性變換式電動系頻率表標(biāo)尺特性 工

6、頻頻率表所測量的頻率范圍并不工頻頻率表所測量的頻率范圍并不要求從要求從0開始，標(biāo)尺一般為開始，標(biāo)尺一般為4555Hz、9001100Hz等等。變換式等等。變換式頻率表可通過調(diào)節(jié)偏置電阻，改變頻率表可通過調(diào)節(jié)偏置電阻，改變機械零點的頻率讀數(shù)。得到相應(yīng)標(biāo)機械零點的頻率讀數(shù)。得到相應(yīng)標(biāo)尺。以尺。以4565Hz的頻率表為例，被的頻率表為例，被測輸入信號經(jīng)微分得到的電流方向測輸入信號經(jīng)微分得到的電流方向是從上到下，經(jīng)過偏置電路的電流是從上到下，經(jīng)過偏置電路的電流是從下到上，調(diào)節(jié)偏置電路使偏置是從下到上，調(diào)節(jié)偏置電路使偏置電流平均值等于電流平均值等于45Hz時輸入尖脈沖時輸入尖脈沖電流的平均值，則機械零點

7、的頻率電流的平均值，則機械零點的頻率值就等于值就等于45Hz。選擇指示電表的靈。選擇指示電表的靈敏度使?jié)M度為敏度使?jié)M度為65Hz。 3、用振簧式頻率表測量工頻、用振簧式頻率表測量工頻 早期還常用振簧式頻率表測量工頻頻率，振簧式早期還常用振簧式頻率表測量工頻頻率，振簧式頻率表是利用交流電磁鐵吸引一排機械振動頻率頻率表是利用交流電磁鐵吸引一排機械振動頻率不同的簧片，簧片固有振動頻率與電源頻率相同不同的簧片，簧片固有振動頻率與電源頻率相同時，產(chǎn)生共振的簧片振幅最大，從窗口看，好像時，產(chǎn)生共振的簧片振幅最大，從窗口看，好像簧片頂端被拉長?？梢詮漠a(chǎn)生共振的簧片位置讀簧片頂端被拉長?？梢詮漠a(chǎn)生共振的簧片位

8、置讀出頻率值。出頻率值。 1.比較法比較法 將被測頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率相比較，通過檢測差拍、將被測頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率相比較，通過檢測差拍、李沙育圖形或混頻后的頻率求得被測頻率。李沙育圖形或混頻后的頻率求得被測頻率。差拍法李沙育圖形測頻率混頻法2.無源測量法無源測量法 無源測量法是指測量電路不需要另加電源，直接無源測量法是指測量電路不需要另加電源，直接用被測信號進行測量如文氏電橋測頻率用被測信號進行測量如文氏電橋測頻率 和諧振回和諧振回路測頻率。路測頻率。14312211()()j1/j1 2XXXRRRCRCfRC12XfLC諧振回路測頻率 文氏電橋測頻率3.計數(shù)法計數(shù)法 計數(shù)法可適用于工頻、低頻與高頻

9、，由于集成化計數(shù)法可適用于工頻、低頻與高頻，由于集成化程度的提高，計數(shù)器電路體積小，價格便宜，幾程度的提高，計數(shù)器電路體積小，價格便宜，幾乎取代了所有其他形式的測頻儀器。乎取代了所有其他形式的測頻儀器。計數(shù)法測頻率計數(shù)法測周期頻率的定義：頻率的定義： 單位時間單位時間(1秒秒)內(nèi)周期性事件重復(fù)的次數(shù)，記為內(nèi)周期性事件重復(fù)的次數(shù)，記為f。 若某一信號在若某一信號在T秒時間內(nèi)重復(fù)變化了秒時間內(nèi)重復(fù)變化了N次，則該信次，則該信號的頻率為：號的頻率為： fx=N/T 因此，對頻率的測量需確定一個因此，對頻率的測量需確定一個取樣時間取樣時間T，在，在該時間內(nèi)對被測信號重復(fù)變化的次數(shù)累加計數(shù)，若該時間內(nèi)對

10、被測信號重復(fù)變化的次數(shù)累加計數(shù)，若計計數(shù)值為數(shù)值為N，根據(jù)定義可得到被測信號頻率值：，根據(jù)定義可得到被測信號頻率值： fx=N/T T=NTx第二節(jié)第二節(jié)數(shù)字頻率計的測量原理數(shù)字頻率計的測量原理 將被測的周期性信號經(jīng)過整形后形成的同周期的脈沖序?qū)⒈粶y的周期性信號經(jīng)過整形后形成的同周期的脈沖序列列fx，通過一個，通過一個“閘門閘門” 送入計數(shù)器，并由一個送入計數(shù)器，并由一個“門控門控”信號控制閘門的開啟（計數(shù)允許）與關(guān)閉（計數(shù)停止）。信號控制閘門的開啟（計數(shù)允許）與關(guān)閉（計數(shù)停止）。 與與門門T Tx xT TT Tx xT TA AB BC CN Nf fx xTNfx或或門門T Tx xT

11、TT Tx xT Tf fx xB BC CN NA ATNfx 硬件計數(shù)頻率計其結(jié)構(gòu)如下圖所示，被測信號通硬件計數(shù)頻率計其結(jié)構(gòu)如下圖所示，被測信號通過整形，轉(zhuǎn)換為與被測信號頻率相同的脈沖，然過整形，轉(zhuǎn)換為與被測信號頻率相同的脈沖，然后對脈沖進行計數(shù)，也就是把頻率測量轉(zhuǎn)換為脈后對脈沖進行計數(shù)，也就是把頻率測量轉(zhuǎn)換為脈沖個數(shù)的測量。計數(shù)器可選用專用的集成電路，沖個數(shù)的測量。計數(shù)器可選用專用的集成電路，外圍再配上顯示器、放大整形以及電源電路即可外圍再配上顯示器、放大整形以及電源電路即可組成頻率計。組成頻率計。 (1)輸入通道輸入通道 輸入通道包括放大、整形電路。各種被測信號輸入通道包括放大、整形電

12、路。各種被測信號(如正弦如正弦波、三角波、鋸齒波等波、三角波、鋸齒波等)經(jīng)過放大、整形后轉(zhuǎn)換成矩形經(jīng)過放大、整形后轉(zhuǎn)換成矩形脈沖信號，然后在主閘門的控制下進入十進制計數(shù)器。脈沖信號，然后在主閘門的控制下進入十進制計數(shù)器。 (2)時間基準(zhǔn)電路時間基準(zhǔn)電路 由晶體振蕩器和分頻器組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)由晶體振蕩器和分頻器組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的時鐘信號，經(jīng)過分頻后可以得到一系列周期已知定的時鐘信號，經(jīng)過分頻后可以得到一系列周期已知的標(biāo)準(zhǔn)信號。這些信號可以作為計數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)脈的標(biāo)準(zhǔn)信號。這些信號可以作為計數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)脈沖沖(填充脈沖填充脈沖)，也可以作為各種時間基準(zhǔn)，控制計數(shù)器，也可以作

13、為各種時間基準(zhǔn)，控制計數(shù)器的門電路。的門電路。 (3)控制電路控制電路 控制電路在所選擇的基準(zhǔn)時間內(nèi)打開主閘門，允許整控制電路在所選擇的基準(zhǔn)時間內(nèi)打開主閘門，允許整形后的被測脈沖信號輸入到計數(shù)器中。形后的被測脈沖信號輸入到計數(shù)器中。 (4)計數(shù)器和顯示器計數(shù)器和顯示器 對控制門輸出的信號進行計數(shù)，并顯示計數(shù)值。對控制門輸出的信號進行計數(shù)，并顯示計數(shù)值。通用計數(shù)器一般都具有通用計數(shù)器一般都具有測頻測頻和和測周測周兩種方式?；緝煞N方式?；?組成組成如圖所示。如圖所示。通用計數(shù)器的基本組成和工作方式通用計數(shù)器的基本組成和工作方式如圖中如圖中A輸入端輸入端(fA=fx)，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率

14、fc信號接到信號接到B輸入端輸入端(fB=fc)，則計數(shù)器工作在測頻方式，此時：，則計數(shù)器工作在測頻方式，此時：cxNffm若將被測信號若將被測信號fx接到圖中接到圖中B輸入端輸入端(即即fB=fx)，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率，晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率fc信號接到信號接到A輸入端輸入端(即即fA=fc)，則稱計數(shù)器工作在測周方式，此，則稱計數(shù)器工作在測周方式，此時，時，xcNTmf理論上講測量頻率與測量周期是等效的，但從實際測量來看，理論上講測量頻率與測量周期是等效的，但從實際測量來看，通用計數(shù)器工作在測頻方式和工作在測周方式，其測量誤差通用計數(shù)器工作在測頻方式和工作在測周方式，其測量誤差和范圍都不一樣。和范圍都不一

15、樣。1.軟件計數(shù)頻率計的結(jié)構(gòu)軟件計數(shù)頻率計的結(jié)構(gòu) 軟件計數(shù)是指用單片機軟件進行計數(shù)而構(gòu)成的頻軟件計數(shù)是指用單片機軟件進行計數(shù)而構(gòu)成的頻率計，它由單片機，以及外圍配置的顯示器件、率計，它由單片機，以及外圍配置的顯示器件、放大整形、電源等電路組成。放大整形、電源等電路組成。2.軟件計數(shù)頻率計的工作原理軟件計數(shù)頻率計的工作原理 整形放大：將任意波形的被測信號，轉(zhuǎn)換為前沿整形放大：將任意波形的被測信號，轉(zhuǎn)換為前沿陡峭的脈沖，以利計數(shù)。陡峭的脈沖，以利計數(shù)。 計數(shù)：由單片機內(nèi)部的計數(shù)單元完成，每當(dāng)被測計數(shù)：由單片機內(nèi)部的計數(shù)單元完成，每當(dāng)被測信號從低到高變化時，將計數(shù)器加信號從低到高變化時，將計數(shù)器加

16、1，并由內(nèi)部，并由內(nèi)部時鐘計時，每一秒所計的變化次數(shù)，就等于被測時鐘計時，每一秒所計的變化次數(shù)，就等于被測信號的頻率。信號的頻率。 數(shù)碼轉(zhuǎn)換與顯示：讀出的頻率值由軟件將它轉(zhuǎn)換數(shù)碼轉(zhuǎn)換與顯示：讀出的頻率值由軟件將它轉(zhuǎn)換為七段碼，送為七段碼，送LED數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管顯示。1. 秒信號時間不準(zhǔn)造成的誤差：秒信號時間不準(zhǔn)造成的誤差： 由于電子數(shù)字頻率計是把規(guī)定的一秒鐘內(nèi)所計的由于電子數(shù)字頻率計是把規(guī)定的一秒鐘內(nèi)所計的信號個數(shù)作為頻率，如果秒信號本身不準(zhǔn)確，必信號個數(shù)作為頻率，如果秒信號本身不準(zhǔn)確，必然造成計數(shù)誤差。然造成計數(shù)誤差。2.觸發(fā)誤差：觸發(fā)誤差： 由于干擾造成計數(shù)器的誤觸發(fā)所產(chǎn)生的誤差。由于

17、干擾造成計數(shù)器的誤觸發(fā)所產(chǎn)生的誤差。3.量化誤差：量化誤差： 計數(shù)閘門開啟時間不剛好是被測信號周期的整數(shù)計數(shù)閘門開啟時間不剛好是被測信號周期的整數(shù)倍，而且脈沖到達時刻不剛好是閘門開啟時刻，倍，而且脈沖到達時刻不剛好是閘門開啟時刻，因此在相同的開啟時間內(nèi)，可能會有正負(fù)一個數(shù)因此在相同的開啟時間內(nèi)，可能會有正負(fù)一個數(shù)的誤差。的誤差。量化誤差示意圖量化誤差示意圖 計數(shù)閘門開啟時間計數(shù)閘門開啟時間不剛好是被測信號周期不剛好是被測信號周期的整數(shù)倍造成的量化誤的整數(shù)倍造成的量化誤差。差。 在時間在時間 T 內(nèi)脈沖個內(nèi)脈沖個數(shù)為數(shù)為7.5,測出數(shù)可能為測出數(shù)可能為6。 計數(shù)開始不剛好是第計數(shù)開始不剛好是第一

18、個脈沖到達時刻，造成一個脈沖到達時刻，造成的量化誤差。的量化誤差。 在時間在時間 T 內(nèi)，被測脈內(nèi)，被測脈沖個數(shù)為沖個數(shù)為7，測出數(shù)可能，測出數(shù)可能為為5。第三節(jié)第三節(jié) E312系列數(shù)字頻率系列數(shù)字頻率一、頻率計數(shù)器專用集成電路一、頻率計數(shù)器專用集成電路ICM7226B二、由二、由ICM7226B組成的組成的E312X系列數(shù)字頻率計電系列數(shù)字頻率計電路路第四節(jié)第四節(jié) 相位的測量方法相位的測量方法一、相位含義一、相位含義 相位一般是指兩個同頻率波形，過零點的時間差。相位一般是指兩個同頻率波形，過零點的時間差。而在工業(yè)供電系統(tǒng)中通常指電壓、電流兩波形過而在工業(yè)供電系統(tǒng)中通常指電壓、電流兩波形過零點

19、的時間差。因為一個電壓、電流過零點的時零點的時間差。因為一個電壓、電流過零點的時間差角，對應(yīng)一個該角的余弦即功率因數(shù)，所以間差角，對應(yīng)一個該角的余弦即功率因數(shù)，所以工業(yè)上測量相位角，與測量功率因數(shù)都可稱為相工業(yè)上測量相位角，與測量功率因數(shù)都可稱為相位測量。位測量。二、測量相位方法二、測量相位方法 1.直接法：可用指示儀表，例如變換式、電動式或直接法：可用指示儀表，例如變換式、電動式或數(shù)字式相位表進行測量。數(shù)字式相位表進行測量。 2.間接法：通過測量電壓、電流、功率求得間接法：通過測量電壓、電流、功率求得I、U間的相位角。間的相位角。 3.比較法：可以用示波器測量兩個波形間的相位差。比較法：可以

20、用示波器測量兩個波形間的相位差。 變換式相位表由電壓回路、電流回路和指示電路變換式相位表由電壓回路、電流回路和指示電路三部分構(gòu)成，通過檢流計的電流三部分構(gòu)成，通過檢流計的電流 式中式中U0、U1值與值與u、I 相位差有關(guān)。因此可根據(jù)檢相位差有關(guān)。因此可根據(jù)檢流計的電流值測得相位差。流計的電流值測得相位差。121212UUIIIRR1、當(dāng)、當(dāng) u、i 同相時變換式相位表波形同相時變換式相位表波形1、當(dāng)、當(dāng) u、i 同相時變換式相位表波形同相時變換式相位表波形156125162151162 1.VD VD 2. VD VD 3. VD VDuUUiUiUuiUuiU只有 正半波，才能有電流通過、形

21、成壓降、如圖中紅線所示。的正半波可以在上形成壓降， 的負(fù)半波可以在上形成壓降，如圖中黑線所示。同相時，由 、 在上的壓降的平均值，等于 、 在上的壓降的平均值，因此通過檢流計的電流平均值為零，對應(yīng)相位差示值為零。2、當(dāng)、當(dāng) u、i 相位差為相位差為 90時變換式相位表波形時變換式相位表波形15612516215116212 1. VDVD VD VD 2. 90 VD VD,90 uUUiUiUuiUuiUUU正半波，有電流通過、形成壓降、如圖中紅線所示。 的正半波可以在上形成壓降，的負(fù)半波可以在上形成壓降如圖中黑線所示。相位差為時，、在上的壓降，比、在上的壓降大一倍 通過檢流計的電流平均值不

22、為零。其示值對應(yīng)相位差為，由于、為穩(wěn)壓管壓降 ，1ui、 同時在上面形成的壓降并不比單獨形成的大。 u、i 同相時同相時： 通過電表的電流平均值為零。在整個周期內(nèi)，指通過電表的電流平均值為零。在整個周期內(nèi)，指針都停在零點。針都停在零點。 u、i 相位差為相位差為90時時： 通過電表的電流平均值最大，電表指針將停在最通過電表的電流平均值最大，電表指針將停在最大位置。大位置。 u、i 相位差不同相位差不同： 電表指針將停在不同位置。電表指針將停在不同位置。通過表頭的電流可反映通過表頭的電流可反映 u、i間的相位間的相位第五節(jié)第五節(jié)電動系相位表電動系相位表 采用比率型結(jié)構(gòu)，兩個可動線圈在空間錯開采用

23、比率型結(jié)構(gòu)，兩個可動線圈在空間錯開角。角。無工作時呈隨遇平衡狀態(tài)。適當(dāng)配置無工作時呈隨遇平衡狀態(tài)。適當(dāng)配置L1、R1， 可可使指針即可動線圈使指針即可動線圈A的軸線位置與標(biāo)尺中心夾角的軸線位置與標(biāo)尺中心夾角等于被測等于被測U、I 間的相位角。間的相位角。 按接線圖，兩可動線圈所受力矩分別為：按接線圖，兩可動線圈所受力矩分別為：111111222222 coscos( ) coscos() cos()cos( ) cos()cosMk I II Ik I IMk I II Ik I I121221121 ,coscos cos()cos() ( ) cos MMkkIIIIUI當(dāng)時 可動部分平衡

24、 并考慮可動線圈的結(jié)構(gòu)基本相同可認(rèn)為聯(lián)立求解得配置電路阻抗，使為與的相位差，為兩個可動線圈的夾角 ，可得如果按相位角刻度，則分度均勻，如按刻度，分度將是不均勻的。 電動系三相相位表與電動系單相相位表的結(jié)構(gòu)完電動系三相相位表與電動系單相相位表的結(jié)構(gòu)完全相同，只是兩個可動線圈所連接的元件不同，全相同，只是兩個可動線圈所連接的元件不同，單相相位表接單相相位表接R、L元件，而三相相位表兩路都是元件，而三相相位表兩路都是接電阻，分別為：接電阻，分別為：R1、R2 。 電動系三相相位表只適用于負(fù)載對稱的三相三線電動系三相相位表只適用于負(fù)載對稱的三相三線制，使用時可動線圈制，使用時可動線圈B1通過電阻通過電

25、阻R1接接A、B相，可相，可動線圈動線圈B2不接電感而是通過電阻不接電感而是通過電阻R2接接A、C相。從相。從相量圖可知：相量圖可知：1221 30 30cos(30)cos cos()cos(30) F()I II III指針偏轉(zhuǎn)角指針偏轉(zhuǎn)角 是相位角是相位角 的函數(shù)，指針位置可直接反映的函數(shù)，指針位置可直接反映相位角。相位角。 相位的數(shù)字化測量主要采用過零鑒相法相位的數(shù)字化測量主要采用過零鑒相法過零鑒相法測量相位的原理框圖過零鑒相法測量相位的原理框圖相位的數(shù)字化測量過零鑒相法測量相位的波形圖過零鑒相法測量相位的波形圖 設(shè)兩個同頻率信號的周期為設(shè)兩個同頻率信號的周期為 T ，相位差為，相位差

26、為 x ，兩信號波形過零點的時間差為，兩信號波形過零點的時間差為 Tx ，則存在下列關(guān)系式則存在下列關(guān)系式xxTT0360所以所以 0360TTxx相位-時間式數(shù)字相位計相位相位-時間式相位計框圖時間式相位計框圖 標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù) xxTfTTN000設(shè)信號設(shè)信號u1和和u2的周期為的周期為 T ，則有：，則有： 0360 xxTT將將TxTx代入，得：代入，得：TfNx000360相位相位-時間式相位計波形圖時間式相位計波形圖 TTW2xxfTTfTTWNN00200202360360令令 ，則，則 020/36010nT fxnN102第六節(jié)第六節(jié)整步表整步表 由固定線圈由固定線圈A1

27、、A2、A3和一個可動的和一個可動的Z形鐵心組形鐵心組成，成，A做成圓筒狀套在軸套做成圓筒狀套在軸套C上，上，A2、A3做成方扁做成方扁形，互成形，互成90夾角套在夾角套在A的外面。轉(zhuǎn)軸可在軸套的外面。轉(zhuǎn)軸可在軸套中轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)軸的上、下兩端，各固定一個扇形中轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)軸的上、下兩端，各固定一個扇形鐵片鐵片D、兩鐵片、兩鐵片Z字形，鐵片受力時可帶動軸和指字形，鐵片受力時可帶動軸和指針旋轉(zhuǎn)。針旋轉(zhuǎn)。 測量時，將線圈測量時，將線圈A串接一電阻串接一電阻R，接在已在運行的，接在已在運行的發(fā)電機或電網(wǎng)的發(fā)電機或電網(wǎng)的A、B相上。令電阻數(shù)值遠(yuǎn)大于線相上。令電阻數(shù)值遠(yuǎn)大于線圈圈A的感抗，可認(rèn)為線圈的感抗，可

28、認(rèn)為線圈A是一個電阻性電路，電是一個電阻性電路，電壓與電流同相。線圈壓與電流同相。線圈A2、A3分別與分別與R1、R3串聯(lián)，串聯(lián)，然后與電阻然后與電阻R2接成一個不對稱星形，接在待并發(fā)接成一個不對稱星形，接在待并發(fā)電機的電機的A、B、C三相上，電路連接如圖三相上，電路連接如圖 . 標(biāo)尺上只注明標(biāo)尺上只注明“快快”、“慢慢”和一條紅色的同步和一條紅色的同步點，當(dāng)待并發(fā)電機的頻率比電網(wǎng)頻率高時，指針點，當(dāng)待并發(fā)電機的頻率比電網(wǎng)頻率高時，指針將順時針旋轉(zhuǎn)，表示待并發(fā)電機的轉(zhuǎn)速偏快。待將順時針旋轉(zhuǎn)，表示待并發(fā)電機的轉(zhuǎn)速偏快。待并發(fā)電機的頻率比電網(wǎng)頻率低時，指針將逆時針并發(fā)電機的頻率比電網(wǎng)頻率低時，指針

29、將逆時針旋轉(zhuǎn)，表示待并發(fā)電機的轉(zhuǎn)速偏慢。，待并發(fā)電旋轉(zhuǎn)，表示待并發(fā)電機的轉(zhuǎn)速偏慢。，待并發(fā)電機與電網(wǎng)的相位差越大，指針離紅點也越遠(yuǎn)，指機與電網(wǎng)的相位差越大，指針離紅點也越遠(yuǎn)，指針偏離紅點同時反映了兩個頻率和相位的差異針偏離紅點同時反映了兩個頻率和相位的差異 掃頻儀、頻譜儀掃頻儀、頻譜儀 功能：觀測各種電路頻率特性曲線，并可以測算功能：觀測各種電路頻率特性曲線，并可以測算出被測電路頻帶寬度、品質(zhì)因數(shù)、電壓增益、輸出被測電路頻帶寬度、品質(zhì)因數(shù)、電壓增益、輸入輸出阻抗及傳輸線特性阻抗等參數(shù)。入輸出阻抗及傳輸線特性阻抗等參數(shù)。 幅頻特性曲線測量方法：點頻測量法、掃頻測量幅頻特性曲線測量方法：點頻測量法

30、、掃頻測量法。法。點頻測量法點頻測量法：由人工逐次改變輸入正弦信號的頻：由人工逐次改變輸入正弦信號的頻率，逐點記錄對應(yīng)頻率的輸出信號幅度而得到幅率，逐點記錄對應(yīng)頻率的輸出信號幅度而得到幅頻特性曲線。頻特性曲線。掃頻測量法：掃頻測量法：利用掃頻儀對頻率特性曲線進行測利用掃頻儀對頻率特性曲線進行測量的方法。量的方法。 掃頻儀組成：在示波器掃頻儀組成：在示波器XY方式基礎(chǔ)上，增加掃方式基礎(chǔ)上，增加掃描信號源、掃頻信號源、檢波探頭。描信號源、掃頻信號源、檢波探頭。（1）掃描信號源）掃描信號源 作用：產(chǎn)生掃描電壓作用：產(chǎn)生掃描電壓u1、掃頻起?？刂菩盘枴哳l起?？刂菩盘杣2。u1除用于示波器水平掃描外，

31、還是掃頻信號除用于示波器水平掃描外，還是掃頻信號u3的的頻率調(diào)制信號。頻率調(diào)制信號。 U2：控制掃頻信號源在掃描正程時振蕩，以在熒：控制掃頻信號源在掃描正程時振蕩，以在熒光屏上得到幅頻特性曲線；掃描回程時使掃頻信光屏上得到幅頻特性曲線；掃描回程時使掃頻信號源停止振蕩，以在熒光屏上得到一條水平基線。號源停止振蕩，以在熒光屏上得到一條水平基線。X放大器掃描信號源掃頻信號源被測電路檢波探頭Y放大器頻標(biāo)信號形成電路混頻器晶振u2u1u1u3u4u5（a）（b）tttttu1u2u3u4u5圖5.1 掃頻儀的基本組成框圖及工作波形（2）掃頻信號源）掃頻信號源 作用：在作用：在u1、u2控制下產(chǎn)生頻率隨控

32、制下產(chǎn)生頻率隨u1電壓增大而電壓增大而升高的掃頻信號升高的掃頻信號u3，并輸出，并輸出u3給被測電路。給被測電路。（3）檢波探頭）檢波探頭 作用：對被測電路輸出進行峰值檢波，并將檢波作用：對被測電路輸出進行峰值檢波，并將檢波輸出信號送往輸出信號送往Y放大器。放大器。（4）頻標(biāo)產(chǎn)生電路）頻標(biāo)產(chǎn)生電路 作用：產(chǎn)生進行頻率標(biāo)度的頻標(biāo)信號，以便讀出作用：產(chǎn)生進行頻率標(biāo)度的頻標(biāo)信號，以便讀出各點對應(yīng)的頻率值。各點對應(yīng)的頻率值。（5）Y放大器放大器 作用：對檢波輸出信號進行放大、處理。作用：對檢波輸出信號進行放大、處理。 方法：磁調(diào)電感法、方法：磁調(diào)電感法、YIG（釔鐵石榴石）諧振法、（釔鐵石榴石）諧振法

33、、變?nèi)荻O管法等。變?nèi)荻O管法等。 變?nèi)荻O管法：由變?nèi)荻O管法：由V1等組成電容三點式振蕩器，等組成電容三點式振蕩器，VD1、VD2與與L1、L2及及V1的結(jié)電容組成振蕩回路，的結(jié)電容組成振蕩回路，C1為隔直電容，為隔直電容，L3為高頻扼流圈。調(diào)制信號經(jīng)為高頻扼流圈。調(diào)制信號經(jīng)L3同時加至變?nèi)莨芡瑫r加至變?nèi)莨躒D1、VD2的兩端，當(dāng)調(diào)制電壓隨的兩端，當(dāng)調(diào)制電壓隨時間作周期性變化時，時間作周期性變化時，VD1、VD2結(jié)電容的容量也結(jié)電容的容量也隨之變化，從而使振蕩器產(chǎn)生掃頻信號。隨之變化，從而使振蕩器產(chǎn)生掃頻信號。 L1L2R1R2C1VD1VD2L3R3V1+EC調(diào)制信號掃頻信號圖5.3 變

34、容二極管法掃頻振蕩器原理圖 頻標(biāo)分類：菱形頻標(biāo)和針形頻標(biāo)。頻標(biāo)分類：菱形頻標(biāo)和針形頻標(biāo)。1. 菱形頻標(biāo)菱形頻標(biāo) 工作原理：工作原理：對掃頻信號與標(biāo)準(zhǔn)信號的基波、諧波進對掃頻信號與標(biāo)準(zhǔn)信號的基波、諧波進行混頻而得到行混頻而得到“零差頻零差頻”的菱形頻標(biāo)。設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號頻的菱形頻標(biāo)。設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號頻率為率為fs，則諧波信號源輸出信號頻率為基波，則諧波信號源輸出信號頻率為基波fs及各次諧及各次諧波波fs1、fs2、fs3、fs4、fs5、。掃頻信號與諧波信號。掃頻信號與諧波信號源輸出信號經(jīng)混頻器混頻后，再經(jīng)低通濾波輸出差頻源輸出信號經(jīng)混頻器混頻后，再經(jīng)低通濾波輸出差頻信號，由此得到一系列零差頻點。例如在信號

35、，由此得到一系列零差頻點。例如在f=fs1處差頻處差頻為零，而為零，而f在在fs1點附近差頻越來越大，由于低通濾波器點附近差頻越來越大，由于低通濾波器的選通性，在靠近零差頻點的幅度最大，兩邊信號幅的選通性，在靠近零差頻點的幅度最大，兩邊信號幅度迅速衰減，于是在度迅速衰減，于是在f=fs1處形成處形成“菱形頻標(biāo)菱形頻標(biāo)”。 適應(yīng)性：高標(biāo)準(zhǔn)信號源適應(yīng)性：高標(biāo)準(zhǔn)信號源2. 針形頻標(biāo)針形頻標(biāo) 工作原理：利用菱形差頻信號觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器，工作原理：利用菱形差頻信號觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器，使之輸出一窄脈沖，窄脈沖經(jīng)整形后再與幅頻特性使之輸出一窄脈沖，窄脈沖經(jīng)整形后再與幅頻特性曲線在曲線在Y放大器中疊加，最后出現(xiàn)在幅

36、頻特性曲線放大器中疊加，最后出現(xiàn)在幅頻特性曲線上。上。 適應(yīng)性：低頻測量。適應(yīng)性：低頻測量。 標(biāo)準(zhǔn)信號源諧波信號源掃頻信號源被測電路檢波探頭頻標(biāo)混頻低通濾波Y放大器（b）（a）圖5.4 菱形頻標(biāo)產(chǎn)生原理fsfs1、fs2、fs3、fs4、fs5fs1fs2fs3fs4fs5fs1fs2fs3fs4fs51. 有效掃頻寬度和中心頻率有效掃頻寬度和中心頻率 有效掃頻寬度：在掃頻線性和振幅平穩(wěn)性能符合有效掃頻寬度：在掃頻線性和振幅平穩(wěn)性能符合要求的前提下，一次掃頻能達到的最大頻率覆蓋范要求的前提下，一次掃頻能達到的最大頻率覆蓋范圍，即圍，即f=fmaxfmin 掃頻信號中心頻率：掃頻信號從低頻到高頻

37、之間掃頻信號中心頻率：掃頻信號從低頻到高頻之間中心位置的頻率，定義式為：中心位置的頻率，定義式為：f0=(fmax+fmin)/2 相對掃頻寬度：有效掃頻寬度與中心頻率之比。相對掃頻寬度：有效掃頻寬度與中心頻率之比。 通常把通常把f遠(yuǎn)小于信號中心頻率的掃頻信號稱為窄遠(yuǎn)小于信號中心頻率的掃頻信號稱為窄帶掃頻，帶掃頻，f和中心頻率可以相比擬的稱為寬帶掃頻。和中心頻率可以相比擬的稱為寬帶掃頻。2. 掃頻線性掃頻線性 掃頻線性：掃頻信號的瞬時頻率和調(diào)制信號電壓掃頻線性：掃頻信號的瞬時頻率和調(diào)制信號電壓瞬時值之間的線性關(guān)系。瞬時值之間的線性關(guān)系。3. 振幅平穩(wěn)性振幅平穩(wěn)性 掃頻信號的振幅平穩(wěn)性通常用它的

38、寄生調(diào)幅來表掃頻信號的振幅平穩(wěn)性通常用它的寄生調(diào)幅來表示，寄生調(diào)幅越小，振幅平穩(wěn)性越好。示，寄生調(diào)幅越小，振幅平穩(wěn)性越好。 主要特點：掃頻寬度和中心頻率均可在主要特點：掃頻寬度和中心頻率均可在1MHz300MHz內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；設(shè)置有直流電源輸出，以方便對內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；設(shè)置有直流電源輸出，以方便對VHF頻段高頻頭的測試；具有點頻信號輸出，可作為一頻段高頻頭的測試；具有點頻信號輸出，可作為一般信號發(fā)生器使用。般信號發(fā)生器使用。中心頻率中心頻率掃頻頻偏掃頻頻偏掃頻非線性系數(shù)掃頻非線性系數(shù)掃頻信號輸出電壓掃頻信號輸出電壓 掃頻信號輸出阻抗掃頻信號輸出阻抗 寄生調(diào)幅系數(shù)寄生調(diào)幅系數(shù)輸出衰減輸出衰減頻標(biāo)頻標(biāo)Y

39、軸輸入衰減軸輸入衰減Y軸輸入靈敏度軸輸入靈敏度 輔助電壓輸出輔助電壓輸出 38MHz輸出電壓輸出電壓2.2 工作原理工作原理 組成：掃頻信號發(fā)生器、頻標(biāo)發(fā)生器、顯示器、組成：掃頻信號發(fā)生器、頻標(biāo)發(fā)生器、顯示器、38MHz信號發(fā)生器及電源。信號發(fā)生器及電源。圖5.5 AH1254型寬帶掃頻儀組成框圖定頻振蕩器混頻器掃頻振蕩器穩(wěn)幅放大器寬帶放大器衰減器Y軸放大器線性頻率變換器高頻電壓產(chǎn)生器頻標(biāo)發(fā)生器X軸放大器CRT方波、三角波發(fā)生器電源變壓器穩(wěn)壓電源38MHz信號發(fā)生器掃頻輸出Y軸輸入38MHz輸出15V、12V+18V、+24V+40V檢波器掃頻信號發(fā)生器圖5.6 AH1254B型掃頻儀前面板圖

40、電源亮度旋鈕電源亮度旋鈕 Y軸位移旋鈕軸位移旋鈕影像極性開關(guān)影像極性開關(guān)中心頻率旋鈕中心頻率旋鈕頻率偏移旋鈕頻率偏移旋鈕 輸出衰減旋鈕輸出衰減旋鈕Y軸衰減開關(guān)軸衰減開關(guān)頻標(biāo)增益旋鈕頻標(biāo)增益旋鈕外接輸入插座外接輸入插座 射頻輸出射頻輸出 AGC旋鈕旋鈕 38MHz輸出插座輸出插座“、AFT、AGC、+12V”插孔插孔 頻標(biāo)選擇（頻標(biāo)選擇（MHz）開關(guān)）開關(guān)AFT旋鈕旋鈕Y軸輸入插座軸輸入插座Y軸增益旋鈕軸增益旋鈕掃頻儀后面板上的開關(guān)旋鈕及插座：掃頻儀后面板上的開關(guān)旋鈕及插座：X軸增益電位器軸增益電位器 X軸位移電位器軸位移電位器工作選擇開關(guān)工作選擇開關(guān)1. 檢查、校正檢查、校正儀器使用之前檢查電

41、源電壓。儀器使用之前檢查電源電壓。調(diào)節(jié)輝度、聚焦旋鈕。調(diào)節(jié)輝度、聚焦旋鈕。檢查儀器內(nèi)部頻標(biāo)部分。檢查儀器內(nèi)部頻標(biāo)部分。檢查掃頻范圍。檢查掃頻范圍。頻偏的檢查。頻偏的檢查。檢查掃頻信號寄生調(diào)幅系數(shù)。檢查掃頻信號寄生調(diào)幅系數(shù)。檢查掃頻信號的非線性系數(shù)。檢查掃頻信號的非線性系數(shù)。檢查掃頻輸出電壓。檢查掃頻輸出電壓。2. 使用方法與注意事項使用方法與注意事項測試時注意輸出、輸入電纜和輸入檢波探頭的接測試時注意輸出、輸入電纜和輸入檢波探頭的接線盡量短，探頭探針不應(yīng)再接另外接線。線盡量短，探頭探針不應(yīng)再接另外接線。測試帶有檢波輸出的被測設(shè)備時，可直接用輸入測試帶有檢波輸出的被測設(shè)備時，可直接用輸入電纜連接

42、到電纜連接到Y(jié)軸輸入端。如果被測設(shè)備帶有直流電軸輸入端。如果被測設(shè)備帶有直流電位，位，Y軸輸入應(yīng)選擇軸輸入應(yīng)選擇AC耦合方式，以免損壞儀器。耦合方式，以免損壞儀器。如需要特殊的頻率標(biāo)記，可選擇外頻標(biāo)，在外頻如需要特殊的頻率標(biāo)記，可選擇外頻標(biāo)，在外頻標(biāo)插座上加上所需的頻率信號，此信號應(yīng)大于標(biāo)插座上加上所需的頻率信號，此信號應(yīng)大于50mV有效值。有效值。 連接掃頻儀與被測電路，并根連接掃頻儀與被測電路，并根據(jù)被測電路的工作頻率及測試條據(jù)被測電路的工作頻率及測試條件，調(diào)節(jié)掃頻儀面板上有關(guān)開關(guān)件，調(diào)節(jié)掃頻儀面板上有關(guān)開關(guān)旋鈕，如旋鈕，如“中心頻率中心頻率”、“輸出輸出衰減衰減”等獲得幅頻特性曲線。等獲

43、得幅頻特性曲線。 BT3C型掃頻儀的輸出特性型掃頻儀的輸出特性阻抗為阻抗為75，如被測電路輸入阻，如被測電路輸入阻抗也為抗也為75，可用同軸電纜將掃，可用同軸電纜將掃頻信號輸出端連到被測電路輸入頻信號輸出端連到被測電路輸入端。否則，應(yīng)加阻抗匹配電路。端。否則，應(yīng)加阻抗匹配電路。被測電路 圖5.9 掃頻儀與被測電路的連接掃頻輸出Y軸輸入1. 增益增益調(diào)節(jié)好幅頻特性后，用粗、細(xì)調(diào)衰減器控制掃頻調(diào)節(jié)好幅頻特性后，用粗、細(xì)調(diào)衰減器控制掃頻信號電壓幅度，使其符合電路要求的輸入信號幅度，信號電壓幅度，使其符合電路要求的輸入信號幅度，注意衰減器的總衰減量應(yīng)不大于放大器設(shè)計的總增注意衰減器的總衰減量應(yīng)不大于放

44、大器設(shè)計的總增益。若顯示器的幅頻高度為益。若顯示器的幅頻高度為H，輸出衰減為，輸出衰減為B1(dB)，將檢波探頭與掃頻輸出端短接，改變將檢波探頭與掃頻輸出端短接，改變“輸出衰減輸出衰減”，使幅頻高度仍為使幅頻高度仍為H，此時輸出衰減的讀數(shù)若為，此時輸出衰減的讀數(shù)若為B2(dB)，則該放大器增益為：，則該放大器增益為：A=(B2B1) (dB)注意，在得到衰減量注意，在得到衰減量B1讀數(shù)后，應(yīng)保持掃頻儀的讀數(shù)后，應(yīng)保持掃頻儀的“Y軸增益軸增益”旋鈕位置不變；否則，測量結(jié)果不準(zhǔn)旋鈕位置不變；否則，測量結(jié)果不準(zhǔn)確。確。2. 帶寬帶寬對于寬帶電路，可以直接用掃頻儀的內(nèi)頻標(biāo)，方便地對于寬帶電路，可以直接

45、用掃頻儀的內(nèi)頻標(biāo)，方便地顯示和讀出頻率特性曲線的寬度，為了更準(zhǔn)確地測量，顯示和讀出頻率特性曲線的寬度，為了更準(zhǔn)確地測量，有時也使用外頻標(biāo)。有時也使用外頻標(biāo)。對于窄帶調(diào)諧電路，由圖形曲線看出諧振頻率對于窄帶調(diào)諧電路，由圖形曲線看出諧振頻率f0。使。使掃頻儀輸出衰減置于掃頻儀輸出衰減置于3dB處，調(diào)整處，調(diào)整Y增益，使圖形峰點增益，使圖形峰點與熒光屏上某一水平刻度線（虛與熒光屏上某一水平刻度線（虛線線AA ）相切，然后使掃頻信）相切，然后使掃頻信號輸出電壓增加號輸出電壓增加3dB，曲線與，曲線與虛線虛線AA相交，兩交點所對應(yīng)相交，兩交點所對應(yīng)的頻率即為上下限頻率的頻率即為上下限頻率fH、fL。則帶

46、寬為則帶寬為BW=fHfL。AAfLfHf0圖5.10單調(diào)諧回路帶寬的測量3. 回路回路Q值值 在用外接頻標(biāo)測出回路的諧振頻率在用外接頻標(biāo)測出回路的諧振頻率f0和和fH、fL后，后，回路回路Q值的計算：值的計算：Q=f0/BW3.3 高頻阻抗的測量高頻阻抗的測量1. 輸入阻抗和輸出阻抗的測量輸入阻抗和輸出阻抗的測量Y軸輸入掃頻輸出RP1RP2被測網(wǎng)絡(luò)圖5.11 測量輸入、輸出電阻的連接示意圖AA/2（b）（a）先將先將RP1短路、短路、RP2斷開，調(diào)節(jié)有關(guān)開關(guān)旋鈕，使顯示幅斷開，調(diào)節(jié)有關(guān)開關(guān)旋鈕，使顯示幅頻特性曲線高度為頻特性曲線高度為A格。撤去格。撤去RP1上的短路線，調(diào)節(jié)上的短路線，調(diào)節(jié)R

47、P1直至直至顯示曲線高度為顯示曲線高度為A/2格，則格，則RP1的電阻即為被測電路的輸入電的電阻即為被測電路的輸入電阻。阻。將將RP1重新短路，使曲線高度仍為重新短路，使曲線高度仍為A格，接通格，接通RP2并調(diào)節(jié)其并調(diào)節(jié)其值直至曲線高度為值直至曲線高度為A/2格，則格，則RP2的電阻值即為被測電路的輸?shù)碾娮柚导礊楸粶y電路的輸出阻抗。出阻抗。2. 傳輸線特性阻抗的測量傳輸線特性阻抗的測量 Y軸輸入掃頻輸出RP被測傳輸線圖5.12 測量傳輸線特性阻抗的連接示意圖 調(diào)節(jié)可變電阻調(diào)節(jié)可變電阻RP直至顯示波形為一平坦直線，直至顯示波形為一平坦直線，此時此時RP的電阻值即為傳輸線的特性阻抗。的電阻值即為傳

48、輸線的特性阻抗。 作用：用于信號頻譜分析，以及用于放大器諧波作用：用于信號頻譜分析，以及用于放大器諧波失真、信號發(fā)生器頻譜純度、系統(tǒng)頻率特性分析。失真、信號發(fā)生器頻譜純度、系統(tǒng)頻率特性分析。 分類：數(shù)字式和模擬式。模擬式頻譜儀分為順序分類：數(shù)字式和模擬式。模擬式頻譜儀分為順序濾波式、掃頻外差式等，主要用于射頻段和微波頻濾波式、掃頻外差式等，主要用于射頻段和微波頻段。數(shù)字式頻譜儀主要用于低頻段和超低頻段。段。數(shù)字式頻譜儀主要用于低頻段和超低頻段。 1. 順序濾波式順序濾波式 基本原理：利用一系列窄帶濾波器，依次選取被測信號中不同頻率分量的信號，并借助于掃描電壓，將不同頻率分量的幅度并排顯示在熒光

49、屏上，得到被測信號的頻譜圖。 特點：需要大量高穩(wěn)定度的窄帶濾波器。 窄帶濾波器窄帶濾波器門電路峰值檢波器Y放大器掃描電路窄帶濾波器門電路門電路X放大器uxfx圖5.13 順序濾波式頻譜儀原理圖2. 掃頻外差式掃頻外差式 工作原理：被測信號經(jīng)衰減器進入頻譜儀后與掃頻工作原理：被測信號經(jīng)衰減器進入頻譜儀后與掃頻信號混頻得到中頻信號。中頻信號經(jīng)中頻放大、峰值信號混頻得到中頻信號。中頻信號經(jīng)中頻放大、峰值檢波、視頻濾波，以及檢波、視頻濾波，以及Y放大器放大等，送至示波管放大器放大等，送至示波管Y偏轉(zhuǎn)板以顯示對應(yīng)頻率分量的頻譜幅度。該分量的偏轉(zhuǎn)板以顯示對應(yīng)頻率分量的頻譜幅度。該分量的頻率頻率fx為：為：

50、fxfsfI （51）圖5.14 掃頻外差式頻譜儀組成框圖（b）（a）混頻器中頻放大器Y放大器掃頻振蕩器鋸齒波掃描電路X放大器uifx對數(shù)放大器中頻濾波器檢波器視頻濾波器衰減器 原理：由于掃頻信號的頻率是連續(xù)變化的，所以原理：由于掃頻信號的頻率是連續(xù)變化的，所以被測信號中符合式（被測信號中符合式（51）關(guān)系的頻率分量均可顯示，）關(guān)系的頻率分量均可顯示，顯示幅度與該頻率分量的大小成正比。由于鋸齒波顯示幅度與該頻率分量的大小成正比。由于鋸齒波掃描電壓也是掃頻振蕩器調(diào)制電壓，所以亮點相對掃描電壓也是掃頻振蕩器調(diào)制電壓，所以亮點相對起始點的水平距離與頻率成正比，使被測信號的頻起始點的水平距離與頻率成正

51、比，使被測信號的頻譜圖顯示在熒光屏上。譜圖顯示在熒光屏上。 特點：與順序濾波式頻譜儀相比，掃頻外差式頻特點：與順序濾波式頻譜儀相比，掃頻外差式頻譜儀只需一個窄帶濾波器，而中頻放大器即起到窄譜儀只需一個窄帶濾波器，而中頻放大器即起到窄帶濾波器的作用。帶濾波器的作用。各部分的作用：各部分的作用：輸入衰減器輸入衰減器 ：除了對輸入信號進行衰減以保護混：除了對輸入信號進行衰減以保護混頻器及其他電路外，還起到與輸入設(shè)備阻抗匹配的作頻器及其他電路外，還起到與輸入設(shè)備阻抗匹配的作用以實現(xiàn)功率測量。用以實現(xiàn)功率測量?；祛l器：用于對掃頻信號和被測信號進行混頻以實混頻器：用于對掃頻信號和被測信號進行混頻以實現(xiàn)信號

52、的頻譜搬移得到頻譜分量?，F(xiàn)信號的頻譜搬移得到頻譜分量。中頻濾波器：用于分辨不同頻率的信號。中頻濾波器：用于分辨不同頻率的信號。檢波器：負(fù)責(zé)將輸入信號轉(zhuǎn)換為電壓值與頻率分量檢波器：負(fù)責(zé)將輸入信號轉(zhuǎn)換為電壓值與頻率分量大小相對應(yīng)的視頻電壓。大小相對應(yīng)的視頻電壓。視頻濾波器：對檢波器的輸出進行低通濾波。視頻濾波器：對檢波器的輸出進行低通濾波。對數(shù)放大器：放大對數(shù)放大器：放大“對數(shù)化對數(shù)化”后輸出信號的幅度以后輸出信號的幅度以提高測量靈敏度。提高測量靈敏度。輸入衰減器前置放大器低通濾波器混頻器選頻放大器中頻衰減器中頻放大器線性放大器對數(shù)放大器數(shù)字頻率計掃頻振蕩器校準(zhǔn)信號電壓表檢波器對數(shù)校準(zhǔn)RP2RP3

53、中頻輸出線性校準(zhǔn)RP1fxfIfsui直流輸出圖5.15 BP28型音頻頻譜儀原理框圖1. 頻率范圍頻率范圍:達到儀器規(guī)定性能指標(biāo)時被測信號的達到儀器規(guī)定性能指標(biāo)時被測信號的頻率范圍，取決于掃頻振蕩器的頻率范圍。頻率范圍，取決于掃頻振蕩器的頻率范圍。2. 掃頻寬度掃頻寬度:頻譜儀在一次測量過程中顯示的頻率頻譜儀在一次測量過程中顯示的頻率范圍。范圍。 全景頻譜儀全景頻譜儀:掃頻寬度很寬的頻譜儀，可觀測到信掃頻寬度很寬的頻譜儀，可觀測到信號頻譜的全貌。號頻譜的全貌。 分析時間分析時間:掃頻振蕩器掃描完整個掃頻寬度所需要掃頻振蕩器掃描完整個掃頻寬度所需要的時間。的時間。 掃頻速度掃頻速度:掃頻寬度與

54、分析時間之比。掃頻寬度與分析時間之比。3. 頻率分辨力頻率分辨力:頻譜儀能夠分辨的最小譜線間隔。頻譜儀能夠分辨的最小譜線間隔。 頻率分辨力取決于頻譜儀的分辨率帶寬。頻率分辨力取決于頻譜儀的分辨率帶寬。 分辨率帶寬與中頻濾波器、掃頻振蕩器等有關(guān)。分辨率帶寬與中頻濾波器、掃頻振蕩器等有關(guān)。靜態(tài)分辨力靜態(tài)分辨力:掃頻速度為零時，濾波器靜態(tài)幅頻特掃頻速度為零時，濾波器靜態(tài)幅頻特性曲線的性曲線的3dB帶寬。帶寬。動態(tài)分辨力動態(tài)分辨力:在掃頻速度不為零（掃頻工作）時，在掃頻速度不為零（掃頻工作）時，濾波器動態(tài)幅頻特性曲線的濾波器動態(tài)幅頻特性曲線的3dB帶寬。帶寬。4. 動態(tài)范圍動態(tài)范圍:表征分析大、小信號

55、頻譜的能力。表征分析大、小信號頻譜的能力。5. 靈敏度靈敏度：在一定分辨帶寬下所顯示的平均噪聲電：在一定分辨帶寬下所顯示的平均噪聲電平。表征頻譜儀發(fā)現(xiàn)小信號的能力。與分辨率帶寬、平。表征頻譜儀發(fā)現(xiàn)小信號的能力。與分辨率帶寬、視頻帶寬、衰減器設(shè)值有關(guān)。視頻帶寬、衰減器設(shè)值有關(guān)。1. 掃頻寬度的選擇掃頻寬度的選擇 掃頻寬度應(yīng)根據(jù)被測信號的頻譜寬度進行選擇。掃頻寬度應(yīng)根據(jù)被測信號的頻譜寬度進行選擇。2. 帶寬的選擇帶寬的選擇 靜態(tài)分辨力靜態(tài)分辨力Bq越高（數(shù)值越小），要求掃頻寬度越高（數(shù)值越?。髵哳l寬度越窄；反之，變寬。越窄；反之，變寬。3. 掃頻速度的選擇掃頻速度的選擇 當(dāng)掃頻寬度與靜態(tài)分辨

56、力選定后，掃頻速度的選當(dāng)掃頻寬度與靜態(tài)分辨力選定后，掃頻速度的選擇以獲得較高的動態(tài)分辨力為準(zhǔn)則。同時還應(yīng)合理擇以獲得較高的動態(tài)分辨力為準(zhǔn)則。同時還應(yīng)合理處理動態(tài)分辨力與分析時間的矛盾。處理動態(tài)分辨力與分析時間的矛盾。 1. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)（1）頻率性能指標(biāo)）頻率性能指標(biāo)頻率范圍頻率范圍 頻率分辨力頻率分辨力中心頻率調(diào)節(jié)范圍中心頻率調(diào)節(jié)范圍掃頻寬度范圍掃頻寬度范圍分辨率帶寬分辨率帶寬視頻濾波器帶寬視頻濾波器帶寬（2）幅度性能指標(biāo)）幅度性能指標(biāo) 幅度范圍幅度范圍顯示顯示參考電平范圍參考電平范圍（3）輸入）輸入/輸出輸出連接器連接器輸入阻抗、輸出阻抗輸入阻抗、輸出阻抗最大持續(xù)射頻最大持續(xù)射頻最大直流輸入電壓最大直流輸入電壓音頻輸出端音頻輸出端輸