第9章 頻率特性測試儀與失真度儀

第9章失真度測量與失真度儀9.1失真度的定義9.2基波抑制法測量失真度的方法9.3失真度的誤差分析9.4BS-1型失真度測量儀介紹9.1失真度的定義正弦波信號通過非線性器件或電路，會產生新的頻率成分，即輸出信號中除了與原信號頻率相同的基波分量外，還有各次諧波分量，這種現象稱為非線性失真。度量非線性失真大小用非線性失真系數表示，簡稱失真度。失真度可以用信號功率和電壓兩種形式來表示。（1）用信號功率表示失真度（2）用信號電壓表示失真度（3）實際測量使用的近似公式利用上式進行測量，只需進行兩次電壓測量即可，首先測量信號電壓的總有效值，再濾去基波，測量諧波電壓的總有效值，最后計算二者比值。9.1失真度的定義（續(xù)）9.1失真度的定義（續(xù)）當失真不大時（），近似有。否則，必須按下式進行修正：9.2基波抑制法測量失真度的方法1、直接測量法測量原理：K打1，調節(jié)輸入電平，電壓表指示滿刻度，對應總有效值，稱為“校準”；K打2（稱為“測量”），濾除基波成分后送入電壓表，指示讀數即為失真度r’，電表刻度直接表示r’，讀數方便。如BS-1型失真度儀就采用直接測量法。9.2基波抑制法測量失真度的方法2、比較測量法測量原理：K打1，濾除基波成分后，調節(jié)電壓表讀出合適讀數Vc；K打2,測量總有效值Vd，調節(jié)電位器W的衰減系數k，使兩次讀數相等，則r’=k。總結：兩種測量方法工作原理相同，只是讀數方式不同。3、基波抑制網絡失真度儀的關鍵部件是濾除基波的陷波器。頻率特性要求電路形式：各種有源和無源陷波器。BS-1型失真度儀采用文氏電橋。9.2基波抑制法測量失真度的方法當R1=R2=R,C1=C2=C,

電橋平衡條件為：4、失真度儀的誤差來源理論誤差基波抑制網絡誤差電壓表誤差干擾誤差9.3失真度儀的誤差分析BS-1型失真度儀采用全晶體管化電路，可直接測量音頻信號的失真度，最小失真度可以測到0.03%。此外，BS-1型失真度儀還可以作為具有平衡和不平衡輸入的電壓表使用。BS-1型失真度儀的實物圖如下所示。9.4BS-1型失真度測量儀介紹BS-1型失真度儀的控制面板引言什么是線性系統(tǒng)的頻率特性？線性網絡正弦信號穩(wěn)態(tài)響應H(jω)：頻率響應或頻率特性幅度|H(jω)|：幅頻特性相位φ(ω)：相頻特性頻域中的兩個基本測量問題信號的頻譜分析：可由頻譜分析儀完成線性系統(tǒng)頻率特性的測量：可由網絡分析儀完成9.1幅頻特性測量點頻測量法——線性系統(tǒng)頻率特性的經典測量法

每次只能將加到被測線性系統(tǒng)的信號源的頻率調節(jié)到某一個頻點。依次設置調諧到各指定頻點上，分別測出各點處的參數，再將各點數據連成完整的曲線，從而得到頻率特性測量結果。所得頻率特性是靜態(tài)的，無法反映信號的連續(xù)變化；測量頻點的選擇對測量結果有很大影響，特別對某些特性曲線的銳變部分以及失常點，可能會因頻點選擇不當或不足而漏掉這些測量結果。幅頻特性掃頻測量法頻率源的輸出能夠在測量所需的范圍內連續(xù)掃描，因此可以連續(xù)測出各頻率點上的頻率特性結果并立即顯示特性曲線。優(yōu)點：掃頻信號的頻率連續(xù)變化，掃頻測量所得的頻率特性是動態(tài)頻率特性，也不會漏掉細節(jié)。不足：如果輸入的掃頻信號頻率變化速度快于系統(tǒng)輸出響應時間，則頻率的響應幅度會出現不足，掃頻測量所得幅度小于點頻測量的幅度；電路中LC元件的惰性會使幅度峰值有所偏差，因此會產生頻率偏離。兩種幅頻特性測量法的比較掃頻測量所得的動態(tài)特性曲線峰值低于點頻測量所得的靜態(tài)特性曲線。掃頻速度越快，下降越多；動態(tài)特性曲線峰值出現的水平位置（頻率）相對于靜態(tài)特性曲線有所偏離，并向頻率變化的方向移動。掃頻速度越快，偏離越大；當靜態(tài)特性曲線對稱時，隨著掃頻速度加快，動態(tài)特性曲線明顯出現不對稱，并向頻率變化的方向一側傾斜；動態(tài)特性曲線較平緩，其3dB帶寬大于靜態(tài)特性曲線的3dB帶寬；小結：測量系統(tǒng)動態(tài)特性，必須用掃頻法；為了得到靜態(tài)特性，必須選擇極慢的掃頻速度以得到近似的靜態(tài)特性曲線，或采用點頻法。兩種幅頻特性測量法的比較（續(xù)）9.2掃頻測量與掃頻源基本工作原理掃頻源的主要特性獲得掃頻信號的方法頻率標記寬頻段掃頻方法掃頻源的基本工作原理

能產生掃頻輸出信號的頻率源稱為掃頻信號發(fā)生器或掃頻信號源，簡稱掃頻源。它既可作為獨立的測量用信號發(fā)生器，又可作為頻率特性測量類儀器的前端。

典型的掃頻源應具備下列三方面功能：產生掃頻信號（通常是等幅正弦波）；產生同步輸出的掃描信號，可以是三角波、正弦波或鋸齒波等；產生同步輸出的頻率標志，可以是等頻率間隔的通用頻標、專用于某項測試的專用頻標及活動頻標。掃頻源的基本工作原理（續(xù)）掃頻源的主要特性對掃頻源通常的技術要求：在預定頻帶內有足夠大的輸出功率，且幅度穩(wěn)定，以獲得最大的動態(tài)范圍；調頻線性好，并有經過校正的頻率標記，以便確定頻帶寬度和點頻輸出；為使測量誤差最小，掃頻信號中的寄生振蕩和諧波均應很??；掃頻源輸出的中心頻率穩(wěn)定，并可以任意調節(jié)；頻率偏移的范圍越寬越好，并可以任意調節(jié)。

有效掃頻寬度掃頻線性輸出振幅平穩(wěn)性掃頻源的主要特性（續(xù)）f0：掃頻輸出中心頻率f1：掃頻起點；f2：掃頻終點k0：壓控特性f-V曲線的斜率A1：寄生調幅最大幅度A2：寄生調幅最小幅度獲得掃頻信號的方法變容二極管電調掃頻

常見于射頻至微波段。實現簡單、輸出功率適中、掃頻速度較快；掃頻寬度小，在寬帶掃頻時線性差，需額外進行掃頻線性補償。YIG（釔鐵石榴石）電調掃頻常用于產生GHz以上頻段的信號，利用下變頻可實現寬帶掃頻?？筛采w高達10倍頻程的頻率范圍，掃頻線性好、損耗低、穩(wěn)定性好。合成掃頻源實際上是一種自動跳頻的連續(xù)波工作方式，頻率不完全連續(xù)變化，輸出頻率準確。頻率標記頻率標記是掃頻測量中的頻率定度。產生頻標的基本方法是差頻法，利用差頻方式可產生一個或多個頻標，頻標的數目取決于和掃頻信號混頻的基準頻率的成分。所用的頻率基準的頻率穩(wěn)定度和準確度較高頻標幅度應基本一致、顯示整齊不包含雜頻和泄漏進來的掃頻信號多種頻標形式以滿足不同的顯示和測量需要電路時延盡可能小以減小頻率定度誤差頻率標記（續(xù)）菱形頻標利用差頻法得到，適用于測量高頻段的頻率特性。對作為基準頻率進行限幅、整形和微分，形成含有很