11.頻率特性測試儀實(shí)驗(yàn)報(bào)告

頻率特性測試儀實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解頻率特性測試儀的工作原理2、學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)雙T被測網(wǎng)絡(luò)，并且能夠達(dá)到所給要求3、了解頻率特性測試儀設(shè)計(jì)的整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案思路4、掌握頻率特性測試儀的信號(hào)源產(chǎn)生方法，并能夠設(shè)計(jì)DDS信號(hào)源電路5、掌握頻率測試儀的檢波顯示原理并能夠設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的峰值檢波器。實(shí)驗(yàn)原理：頻率測試儀就是一個(gè)掃頻儀，它體現(xiàn)的是輸出電壓隨頻率變化的關(guān)系。它是根據(jù)掃頻法的測量原理設(shè)計(jì)而成的，就是將掃頻信號(hào)源和示波器的X-Y顯示功能結(jié)合在一起，用示波管直接顯示被測二端網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線，是描繪網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的儀器。頻率特性測試儀組成框圖掃頻儀有一個(gè)輸出端口和一個(gè)輸入端口：輸出端口輸出等幅掃頻信號(hào)，作為被測網(wǎng)絡(luò)的輸入測試信號(hào)；輸入端口接收被測網(wǎng)絡(luò)經(jīng)檢波后的輸出信號(hào)?？梢姡跍y試時(shí)頻率特性測試儀與被測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了閉合回路。一個(gè)頻率測試儀應(yīng)該有三個(gè)部分組成：信號(hào)源、被測網(wǎng)絡(luò)和檢波及顯示部分。掃頻信號(hào)源：頻率由低到高或由高到低變化的正弦波振蕩源，稱為掃頻。頻率的變化可以是連續(xù)的，也可以是步進(jìn)式的。掃頻信號(hào)的幅度、掃頻的頻率變化范圍可以方便地控制。掃頻的速度與測量儀的其他部分的工作同步。掃頻信號(hào)源在掃頻過程中，通過采用ALC（自動(dòng)電平控制）技術(shù)使幅度保持一致（可視為恒等于1），這樣，可省去對(duì)輸入激勵(lì)信號(hào)的幅度測量和求輸出輸入幅度比值的運(yùn)算。信號(hào)源的產(chǎn)生方法有多種，按需要可做成點(diǎn)頻（連續(xù)波CW)，頻率自動(dòng)步進(jìn)(STEP)，頻率連續(xù)變化（掃頻SWEEP)等形式。采用鋸齒波電壓作為壓控掃頻振蕩器（VCO）的控制量，同時(shí)用作顯示的X軸掃描電壓以達(dá)到掃頻和曲線顯示的同步。標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀只作幅頻測量，而矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀還作相頻特性測量。網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)信號(hào)源的質(zhì)量要求比掃頻儀高，通常采用頻率合成器作為掃描源，合成器的頻率由數(shù)字量控制。常見的掃頻信號(hào)產(chǎn)生方法：壓控振蕩（VCO），函數(shù)發(fā)生器、鎖相環(huán)（PLL：PhaseLockLoop）頻率合成器、直接數(shù)字頻率合成或直接數(shù)字合成（DDFS，或DDS）和PLL+DDS本題屬低頻測試系統(tǒng)，DDS信號(hào)源和8038芯片制作的VCO信號(hào)源（反饋穩(wěn)頻或PLL）都可以采用。DDS信號(hào)源具有多方面的優(yōu)勢，主要有：頻率穩(wěn)定度高，頻率值精度高，頻率值和幅度值容易控制，易于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式掃頻和實(shí)現(xiàn)各種方式的掃頻，相位分辨率高，且相位可以精確控制。本題優(yōu)選采用DDS作為測試的激勵(lì)信號(hào)源。下圖為DDS工作原理圖DDS是由數(shù)字量控制的頻率源，它是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，輸出頻率可以快速跳變，掃頻方式為頻率步進(jìn)式.由于DDS的頻率精度和穩(wěn)定度由系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率決定，要求時(shí)鐘頻率的精度和穩(wěn)定度足夠高。DDS采用的是一種純數(shù)字化的方法。先將所需波形一個(gè)周期的離散樣點(diǎn)的幅值數(shù)字量存于ROM中，按一定的地址間隔(相位增量)讀出，經(jīng)D/A，即成為模擬正弦信號(hào)波形，再經(jīng)低通濾波，濾去D/A帶來的小臺(tái)階和數(shù)字電路產(chǎn)生的毛刺，即可獲得所需質(zhì)量的正弦信號(hào)。如果用DDS產(chǎn)生幾個(gè)固定頻率的正弦波，則可采用窄帶帶通濾波器。當(dāng)相位增量為1，相位累加器的字寬（位數(shù)）為32位時(shí)，輸出地址對(duì)應(yīng)于波形的相位分辨率為。組成一個(gè)周期的樣點(diǎn)數(shù)愈多,表示樣點(diǎn)幅值大小的數(shù)字字長位數(shù)越長所合成的波形質(zhì)量越好,累加器的字寬容易做得很寬，為了獲得更高的相位分辨率，存儲(chǔ)函數(shù)數(shù)字波形的ROM表應(yīng)盡量的長。如果是正弦波，可以利用它的周期性和對(duì)稱性，只儲(chǔ)存四分之一的波形即可。通過改變地址間隔的步長，或讀取數(shù)據(jù)的重復(fù)頻率，即可改變輸出正弦波的頻率。DDS的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是,它不但可以合成出正弦波,三角波,方波等函數(shù)波形,還可以合成各種調(diào)制波形和任意形狀的波形,只要將所需波形預(yù)先計(jì)算好存于波形存儲(chǔ)器中即可.通過這種方法可以制成任意波形發(fā)生器(AWG)。DDS系統(tǒng)中,包含數(shù)字運(yùn)算,D/A(數(shù)模轉(zhuǎn)換)等數(shù)字電路環(huán)節(jié),因而輸出信號(hào)的最高頻率上限受到限制,目前,專用的DDS集成電路芯片的最高時(shí)鐘頻率可達(dá)到1GHz以上.可實(shí)現(xiàn)的信號(hào)源正弦波頻率達(dá)數(shù)百M(fèi)Hz以上.。被測網(wǎng)絡(luò)：用于測量演示頻率特性的網(wǎng)絡(luò)可以是各種各樣的，本題要求制作一個(gè)阻容雙T網(wǎng)絡(luò)，中心頻率5kHz，中心頻率由RC值決定，按照=1/2RC,選擇R=31.8k,C=1000pF，帶寬±50Hz。一般的阻容雙T網(wǎng)絡(luò)，是難以達(dá)到50Hz帶寬的，考慮采用阻容雙T網(wǎng)絡(luò)作負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成有源帶通濾波器，通過改變環(huán)路的Q值，來改變?yōu)V波器的帶寬。下圖為有源阻容雙T網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的帶通濾波器單片機(jī)完成網(wǎng)絡(luò)的輸出幅值的采集運(yùn)算。檢測正弦波的峰值或有效值。對(duì)于低頻信號(hào)，檢測峰值更為方便。峰值檢波電路，為了提高檢波精度和擴(kuò)展檢波器的動(dòng)態(tài)范圍，采用由運(yùn)放組成的有源檢波器。峰值檢波電路由于峰值檢波器中的電容C不宜取值太大，因而峰值檢波易受干擾和存在偶然誤差，解決的方法是由單片機(jī)對(duì)多次檢波測量的結(jié)果進(jìn)行平均來提高檢波的準(zhǔn)確性。軟件設(shè)計(jì)：掃描的主流程圖：實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：雙T被測網(wǎng)絡(luò)用EWB仿真結(jié)果：中心頻率為4.977khz，上限頻率為5.0389khz，下限頻率為4.9236khzB+=61.9hzB-=53.4hz題目要求中心頻率為5khz，帶寬為±50Hz仿真結(jié)果的中心頻率的誤差為46%上限頻率帶寬誤差為：23.8%下限頻率帶寬誤差為：6.8%調(diào)整Rw時(shí)中心頻率不變，帶寬隨著Q的增大而減小峰值檢波器EWB仿真結(jié)果：從仿真波形上看，峰值檢波器檢出的波形平