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1、第四章频率和相位的测量第1页，此课件共93页哦本章要点本章主要介绍测量频率的方法，以及电子数字本章主要介绍测量频率的方法，以及电子数字频率计的结构与原理。用电子数字频率计测量频率计的结构与原理。用电子数字频率计测量频率，是今后测量频率的主要手段，也是频率频率，是今后测量频率的主要手段，也是频率计的发展方向。计的发展方向。相位计和整步表是电力系统运行中常用仪表，相位计和整步表是电力系统运行中常用仪表，本章对其作一般性介绍，以供相关专业使用。本章对其作一般性介绍，以供相关专业使用。第2页，此课件共93页哦第一节第一节 频率的测量方法频率的测量方法一、工频的测量一、工频的测量一、工频的测量一、工频的
2、测量 1 1、用电动系频率表测量工频用电动系频率表测量工频用电动系频率表测量工频用电动系频率表测量工频1.电动系频率表的结构电动系频率表的结构 采用比率表型，两可动线圈空间错开采用比率表型，两可动线圈空间错开90。无工作。无工作时呈随遇平衡状态。被测频率等于固定线圈回路时呈随遇平衡状态。被测频率等于固定线圈回路的谐振频率时，指针停在标尺中心，即固定线圈的谐振频率时，指针停在标尺中心，即固定线圈轴线位置，标尺两边示值分别为大于或小于谐振轴线位置，标尺两边示值分别为大于或小于谐振频率的值。频率的值。第3页，此课件共93页哦第4页，此课件共93页哦2.电动系频率表工作原理电动系频率表工作原理按接线图
3、，两可动线圈所受力矩分别为按接线图，两可动线圈所受力矩分别为:由于两个力矩方向相反，当平衡时两者相等。联由于两个力矩方向相反，当平衡时两者相等。联立可得立可得:第5页，此课件共93页哦3.电动系频率表标尺特性电动系频率表标尺特性当被测频率等于谐振频率时当被测频率等于谐振频率时 偏转角偏转角=0，指针位于标尺中心，即固定线圈位置。，指针位于标尺中心，即固定线圈位置。若被测频率若被测频率 0，则，则 ，为负为负角角时时，指针将会顺时针偏转。指针将会顺时针偏转。若被测频率若被测频率 0，则，则 ，为为正角正角时时，指针将会顺时针偏转。指针将会顺时针偏转。第6页，此课件共93页哦2、用变换式频率表测量
4、工频、用变换式频率表测量工频1.变换式频率表的结构变换式频率表的结构变换式频率表由磁电系测量机构和变换电路组成，变换式频率表由磁电系测量机构和变换电路组成，变换电路包含方波形成、微分、整流、指示和偏变换电路包含方波形成、微分、整流、指示和偏置五个环节，通过变换电路，被测频率转换为一置五个环节，通过变换电路，被测频率转换为一定大小的直流电流，然后通过磁电系测量机构进定大小的直流电流，然后通过磁电系测量机构进行测量行测量。微分电路整流电路指示仪表偏置电路双向限幅第7页，此课件共93页哦2.变换式频率表工作原理变换式频率表工作原理被测电压经稳压管双向限幅并经微分转换为尖脉被测电压经稳压管双向限幅并经
5、微分转换为尖脉冲，由于电容小充电时间短，可形成尖脉冲波，冲，由于电容小充电时间短，可形成尖脉冲波，若用若用 表示充电电流，则电流脉冲波形可用下式表示充电电流，则电流脉冲波形可用下式表示：表示：通过磁电系测量机构的电流平均值为：通过磁电系测量机构的电流平均值为：第8页，此课件共93页哦由于电路中由于电路中C0、Ri 很小故上式可简化为：很小故上式可简化为：按式可知，通过磁电系测量机构的电流可以反映按式可知，通过磁电系测量机构的电流可以反映被测频率的大小。被测频率的大小。第9页，此课件共93页哦3.变换式电动系频率表标尺特性变换式电动系频率表标尺特性工频频率表所测量的频率范围并不要求工频频率表所测
6、量的频率范围并不要求从从0开始，标尺一般为开始，标尺一般为4555Hz、9001100Hz等等。变换式频率表可通过调节等等。变换式频率表可通过调节偏置电阻，改变机械零点的频率读数。偏置电阻，改变机械零点的频率读数。得到相应标尺。以得到相应标尺。以4565Hz的频率表为的频率表为例，被测输入信号经微分得到的电流方例，被测输入信号经微分得到的电流方向是从上到下，经过偏置电路的电流是向是从上到下，经过偏置电路的电流是从下到上，调节偏置电路使偏置电流平从下到上，调节偏置电路使偏置电流平均值等于均值等于45Hz时输入尖脉冲电流的平时输入尖脉冲电流的平均值，则机械零点的频率值就等于均值，则机械零点的频率值
7、就等于45Hz。选择指示电表的灵敏度使满度为。选择指示电表的灵敏度使满度为65Hz。第10页，此课件共93页哦3、用振簧式频率表测量工频、用振簧式频率表测量工频早期还常用振簧式频率表测量工频频率，振簧式早期还常用振簧式频率表测量工频频率，振簧式频率表是利用交流电磁铁吸引一排机械振动频率频率表是利用交流电磁铁吸引一排机械振动频率不同的簧片，簧片固有振动频率与电源频率相同不同的簧片，簧片固有振动频率与电源频率相同时，产生共振的簧片振幅最大，从窗口看，好像时，产生共振的簧片振幅最大，从窗口看，好像簧片顶端被拉长。可以从产生共振的簧片位置读簧片顶端被拉长。可以从产生共振的簧片位置读出频率值。出频率值。
8、第11页，此课件共93页哦1.比较法比较法将被测频率与标准频率相比较，通过检测差拍、将被测频率与标准频率相比较，通过检测差拍、李沙育图形或混频后的频率求得被测频率。李沙育图形或混频后的频率求得被测频率。二、低频和高频的测量二、低频和高频的测量差拍法李沙育图形测频率混频法第12页，此课件共93页哦2.无源测量法无源测量法无源测量法是指测量电路不需要另加电源，直接无源测量法是指测量电路不需要另加电源，直接用被测信号进行测量如文氏电桥测频率用被测信号进行测量如文氏电桥测频率 和谐振回和谐振回路测频率。路测频率。谐振回路测频率 文氏电桥测频率第13页，此课件共93页哦3.计数法计数法计数法可适用于工频
9、、低频与高频，由于集成化计数法可适用于工频、低频与高频，由于集成化程度的提高，计数器电路体积小，价格便宜，几程度的提高，计数器电路体积小，价格便宜，几乎取代了所有其他形式的测频仪器。乎取代了所有其他形式的测频仪器。计数法测频率计数法测周期第14页，此课件共93页哦频率的定义：频率的定义：单位时间单位时间(1秒秒)内周期性事件重复的次数，记为内周期性事件重复的次数，记为f。若某一信号在若某一信号在T秒时间内重复变化了秒时间内重复变化了N次，则该信号的次，则该信号的频率为：频率为：fx=N/T 因此，对频率的测量需确定一个因此，对频率的测量需确定一个取样时间取样时间T，在该时，在该时间内对被测信号
10、重复变化的次数累加计数，若间内对被测信号重复变化的次数累加计数，若计数值为计数值为N，根据定义可得到被测信号频率值：，根据定义可得到被测信号频率值：fx=N/T T=NTx第二节第二节数字频率计的测量原理数字频率计的测量原理第15页，此课件共93页哦 将被测的周期性信号经过整形后形成的同周期的脉冲序列将被测的周期性信号经过整形后形成的同周期的脉冲序列fx，通过一个，通过一个“闸门闸门”送入计数器，并由一个送入计数器，并由一个“门控门控”信号控信号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计数停止）。制闸门的开启（计数允许）与关闭（计数停止）。与与门门T Tx xT TT Tx xT TA AB BC
11、CN Nf fx x或或门门T Tx xT TT Tx xT Tf fx xB BC CN NA A这种测量方法又称为这种测量方法又称为这种测量方法又称为这种测量方法又称为门控计数法门控计数法门控计数法门控计数法。第16页，此课件共93页哦硬件计数频率计其结构如下图所示，被测信号通硬件计数频率计其结构如下图所示，被测信号通过整形，转换为与被测信号频率相同的脉冲，然过整形，转换为与被测信号频率相同的脉冲，然后对脉冲进行计数，也就是把频率测量转换为脉后对脉冲进行计数，也就是把频率测量转换为脉冲个数的测量。计数器可选用专用的集成电路，冲个数的测量。计数器可选用专用的集成电路，外围再配上显示器、放大整
12、形以及电源电路即可外围再配上显示器、放大整形以及电源电路即可组成频率计。组成频率计。一、硬件计数频率计一、硬件计数频率计一、硬件计数频率计一、硬件计数频率计第17页，此课件共93页哦(1)输入通道输入通道输入通道包括放大、整形电路。各种被测信号输入通道包括放大、整形电路。各种被测信号(如正弦如正弦波、三角波、锯齿波等波、三角波、锯齿波等)经过放大、整形后转换成矩形经过放大、整形后转换成矩形脉冲信号，然后在主闸门的控制下进入十进制计数器。脉冲信号，然后在主闸门的控制下进入十进制计数器。(2)时间基准电路时间基准电路由晶体振荡器和分频器组成。石英晶体振荡器产生稳由晶体振荡器和分频器组成。石英晶体振
13、荡器产生稳定的时钟信号，经过分频后可以得到一系列周期已知定的时钟信号，经过分频后可以得到一系列周期已知的标准信号。这些信号可以作为计数器的标准计数脉的标准信号。这些信号可以作为计数器的标准计数脉冲冲(填充脉冲填充脉冲)，也可以作为各种时间基准，控制计数器，也可以作为各种时间基准，控制计数器的门电路。的门电路。(3)控制电路控制电路控制电路在所选择的基准时间内打开主闸门，允许整控制电路在所选择的基准时间内打开主闸门，允许整形后的被测脉冲信号输入到计数器中。形后的被测脉冲信号输入到计数器中。(4)计数器和显示器计数器和显示器对控制门输出的信号进行计数，并显示计数值。对控制门输出的信号进行计数，并显
14、示计数值。第18页，此课件共93页哦通用计数器一般都具有通用计数器一般都具有测频测频和和测周测周两种方式。基本两种方式。基本组成如图所组成如图所示。示。通用计数器的基本组成和工作方式通用计数器的基本组成和工作方式第19页，此课件共93页哦如图中如图中A输入端输入端(fA=fx)，晶振标准频率，晶振标准频率fc信号接到信号接到B输入端输入端(fB=fc)，则计数器工作在测频方式，此时：，则计数器工作在测频方式，此时：若将被测信号若将被测信号fx接到图中接到图中B输入端输入端(即即fB=fx)，晶振标准频率，晶振标准频率fc信号接到信号接到A输入端输入端(即即fA=fc)，则称计数器工作在测周方式
15、，此时，则称计数器工作在测周方式，此时，第20页，此课件共93页哦理论上讲测量频率与测量周期是等效的，但从实际测量来看，理论上讲测量频率与测量周期是等效的，但从实际测量来看，通用计数器工作在测频方式和工作在测周方式，其测量误差和通用计数器工作在测频方式和工作在测周方式，其测量误差和范围都不一样。范围都不一样。第21页，此课件共93页哦1.软件计数频率计的结构软件计数频率计的结构软件计数是指用单片机软件进行计数而构成的频软件计数是指用单片机软件进行计数而构成的频率计，它由单片机，以及外围配置的显示器件、率计，它由单片机，以及外围配置的显示器件、放大整形、电源等电路组成。放大整形、电源等电路组成。
16、二、软件计数频率计二、软件计数频率计二、软件计数频率计二、软件计数频率计第22页，此课件共93页哦软件计数频率计的结构软件计数频率计的结构软件计数频率计的结构软件计数频率计的结构第23页，此课件共93页哦2.软件计数频率计的工作原理软件计数频率计的工作原理整形放大：将任意波形的被测信号，转换为前沿整形放大：将任意波形的被测信号，转换为前沿陡峭的脉冲，以利计数。陡峭的脉冲，以利计数。计数：由单片机内部的计数单元完成，每当被测计数：由单片机内部的计数单元完成，每当被测信号从低到高变化时，将计数器加信号从低到高变化时，将计数器加 1，并由内部，并由内部时钟计时，每一秒所计的变化次数，就等于被测时钟计
17、时，每一秒所计的变化次数，就等于被测信号的频率。信号的频率。数码转换与显示：读出的频率值由软件将它转换数码转换与显示：读出的频率值由软件将它转换为七段码，送为七段码，送LED数码管显示。数码管显示。第24页，此课件共93页哦1.秒信号时间不准造成的误差：秒信号时间不准造成的误差：由于电子数字频率计是把规定的一秒钟内所计的由于电子数字频率计是把规定的一秒钟内所计的信号个数作为频率，如果秒信号本身不准确，必信号个数作为频率，如果秒信号本身不准确，必然造成计数误差。然造成计数误差。2.触发误差：触发误差：由于干扰造成计数器的误触发所产生的误差。由于干扰造成计数器的误触发所产生的误差。3.量化误差：量
18、化误差：计数闸门开启时间不刚好是被测信号周期的整数计数闸门开启时间不刚好是被测信号周期的整数倍，而且脉冲到达时刻不刚好是闸门开启时刻，倍，而且脉冲到达时刻不刚好是闸门开启时刻，因此在相同的开启时间内，可能会有正负一个数因此在相同的开启时间内，可能会有正负一个数的误差。的误差。三、计数器的测量误差三、计数器的测量误差三、计数器的测量误差三、计数器的测量误差第25页，此课件共93页哦量化误差示意图量化误差示意图 计数闸门开启时间不计数闸门开启时间不刚好是被测信号周期的整刚好是被测信号周期的整数倍造成的量化误差。数倍造成的量化误差。在时间在时间 T 内脉冲个数内脉冲个数为为7.5,测出数可能为测出数
19、可能为6。第26页，此课件共93页哦 计数开始不刚好是第一计数开始不刚好是第一个脉冲到达时刻，造成的量个脉冲到达时刻，造成的量化误差。化误差。在时间在时间 T 内，被测脉冲内，被测脉冲个数为个数为7，测出数可能为，测出数可能为5。第27页，此课件共93页哦第三节第三节 E312系列数字频率系列数字频率一、频率计数器专用集成电路一、频率计数器专用集成电路ICM7226B第28页，此课件共93页哦二、由二、由ICM7226B组成的组成的E312X系列数字频率计电路系列数字频率计电路第29页，此课件共93页哦第四节第四节 相位的测量方法相位的测量方法一、相位含义一、相位含义相位一般是指两个同频率波形
20、，过零点的时间差。相位一般是指两个同频率波形，过零点的时间差。而在工业供电系统中通常指电压、电流两波形过而在工业供电系统中通常指电压、电流两波形过零点的时间差。因为一个电压、电流过零点的时零点的时间差。因为一个电压、电流过零点的时间差角，对应一个该角的余弦即功率因数，所以间差角，对应一个该角的余弦即功率因数，所以工业上测量相位角，与测量功率因数都可称为相工业上测量相位角，与测量功率因数都可称为相位测量。位测量。第30页，此课件共93页哦二、测量相位方法二、测量相位方法1.直接法：可用指示仪表，例如变换式、电动式或直接法：可用指示仪表，例如变换式、电动式或数字式相位表进行测量。数字式相位表进行测
21、量。2.间接法：通过测量电压、电流、功率求得间接法：通过测量电压、电流、功率求得I、U间间的相位角。的相位角。3.比较法：可以用示波器测量两个波形间的相位差。比较法：可以用示波器测量两个波形间的相位差。第31页，此课件共93页哦变换式相位表由电压回路、电流回路和指示电路变换式相位表由电压回路、电流回路和指示电路三部分构成，通过检流计的电流三部分构成，通过检流计的电流式中式中U0、U1值与值与u、I 相位差有关。因此可根据检相位差有关。因此可根据检流计的电流值测得相位差。流计的电流值测得相位差。三、变换式相位表三、变换式相位表三、变换式相位表三、变换式相位表第32页，此课件共93页哦1、当、当
22、u、i 同相时变换式相位表波形同相时变换式相位表波形 2 2、当、当、当、当 u u、i i 相位差为相位差为相位差为相位差为 90 90时变换式相位表波形时变换式相位表波形时变换式相位表波形时变换式相位表波形分析分析分析分析第33页，此课件共93页哦1、当、当 u、i 同相时变换式相位表波形同相时变换式相位表波形 第34页，此课件共93页哦2、当、当 u、i 相位差为相位差为 90时变换式相位表波形时变换式相位表波形第35页，此课件共93页哦u、i 同相时同相时：通过电表的电流平均值为零。在整个周期内，指通过电表的电流平均值为零。在整个周期内，指针都停在零点。针都停在零点。u、i 相位差为相
23、位差为90时时：通过电表的电流平均值最大，电表指针将停在最通过电表的电流平均值最大，电表指针将停在最大位置。大位置。u、i 相位差不同相位差不同：电表指针将停在不同位置。电表指针将停在不同位置。总结总结总结总结通过表头的电流可反映通过表头的电流可反映 u、i间的相位间的相位第36页，此课件共93页哦第五节第五节电动系相位表电动系相位表采用比率型结构，两个可动线圈在空间错开采用比率型结构，两个可动线圈在空间错开角。角。无工作时呈随遇平衡状态。适当配置无工作时呈随遇平衡状态。适当配置L1、R1，可可使指针即可动线圈使指针即可动线圈A的轴线位置与标尺中心夹角的轴线位置与标尺中心夹角等于被测等于被测U
24、、I 间的相位角。间的相位角。一、电动系相位表结构一、电动系相位表结构一、电动系相位表结构一、电动系相位表结构第37页，此课件共93页哦按接线图，两可动线圈所受力矩分别为：按接线图，两可动线圈所受力矩分别为：二、电动系相位表工作原理二、电动系相位表工作原理二、电动系相位表工作原理二、电动系相位表工作原理第38页，此课件共93页哦电动系三相相位表与电动系单相相位表的结构完电动系三相相位表与电动系单相相位表的结构完全相同，只是两个可动线圈所连接的元件不同，全相同，只是两个可动线圈所连接的元件不同，单相相位表接单相相位表接R、L元件，而三相相位表两路都是元件，而三相相位表两路都是接电阻，分别为：接电
25、阻，分别为：R1、R2。三、电动系三相相位表三、电动系三相相位表三、电动系三相相位表三、电动系三相相位表第39页，此课件共93页哦电动系三相相位表只适用于负载对称的三相三线电动系三相相位表只适用于负载对称的三相三线制，使用时可动线圈制，使用时可动线圈B1通过电阻通过电阻R1接接A、B相，可相，可动线圈动线圈B2不接电感而是通过电阻不接电感而是通过电阻R2接接A、C相。从相。从相量图可知：相量图可知：四、电动系三相相位表工作原理四、电动系三相相位表工作原理四、电动系三相相位表工作原理四、电动系三相相位表工作原理指针偏转角指针偏转角 是相位角是相位角 的函数，指针位置可直接反映相位的函数，指针位置
26、可直接反映相位角。角。第40页，此课件共93页哦相位的数字化测量主要采用过零鉴相法相位的数字化测量主要采用过零鉴相法过零鉴相法测量相位的原理框图过零鉴相法测量相位的原理框图相位的数字化测量第41页，此课件共93页哦过零鉴相法测量相位的波形图过零鉴相法测量相位的波形图第42页，此课件共93页哦设两个同频率信号的周期为设两个同频率信号的周期为 T，相位差为，相位差为 x ，两信号波形过零点的时间差为，两信号波形过零点的时间差为 Tx，则存在，则存在下列关系式下列关系式所以所以 第43页，此课件共93页哦相位-时间式数字相位计相位相位-时间式相位计框图时间式相位计框图 第44页，此课件共93页哦标准
27、脉冲数标准脉冲数 设信号设信号u1和和u2的周期为的周期为 T，则有：，则有：将将TxTx代入，得：代入，得：第45页，此课件共93页哦相位相位-时间式相位计波形图时间式相位计波形图 令令 ，则，则 第46页，此课件共93页哦第六节第六节整步表整步表 由固定线圈由固定线圈A1、A2、A3和一个可动的和一个可动的Z形铁心组形铁心组成，成，A做成圆筒状套在轴套做成圆筒状套在轴套C上，上，A2、A3做成方扁做成方扁形，互成形，互成90夹角套在夹角套在A的外面。转轴可在轴套中的外面。转轴可在轴套中转动，在转轴的上、下两端，各固定一个扇形铁转动，在转轴的上、下两端，各固定一个扇形铁片片D、两铁片、两铁片
28、Z字形，铁片受力时可带动轴和指针字形，铁片受力时可带动轴和指针旋转。旋转。一、一、一、一、1T1-S1T1-S整步整步整步整步表的结构表的结构第47页，此课件共93页哦测量时，将线圈测量时，将线圈A串接一电阻串接一电阻R，接在已在运行的，接在已在运行的发电机或电网的发电机或电网的A、B相上。令电阻数值远大于线相上。令电阻数值远大于线圈圈A的感抗，可认为线圈的感抗，可认为线圈A是一个电阻性电路，电是一个电阻性电路，电压与电流同相。线圈压与电流同相。线圈A2、A3分别与分别与R1、R3串联，串联，然后与电阻然后与电阻R2接成一个不对称星形，接在待并发接成一个不对称星形，接在待并发电机的电机的A、B
29、、C三相上，电路连接如图三相上，电路连接如图.二、二、二、二、1T1-S1T1-S整步表的工作原理整步表的工作原理 第48页，此课件共93页哦整步表的工作原理图整步表的工作原理图整步表的工作原理图整步表的工作原理图第49页，此课件共93页哦标尺上只注明标尺上只注明“快快”、“慢慢”和一条红色的同步和一条红色的同步点，当待并发电机的频率比电网频率高时，指针点，当待并发电机的频率比电网频率高时，指针将顺时针旋转，表示待并发电机的转速偏快。待将顺时针旋转，表示待并发电机的转速偏快。待并发电机的频率比电网频率低时，指针将逆时针并发电机的频率比电网频率低时，指针将逆时针旋转，表示待并发电机的转速偏慢。，
30、待并发电旋转，表示待并发电机的转速偏慢。，待并发电机与电网的相位差越大，指针离红点也越远，指机与电网的相位差越大，指针离红点也越远，指针偏离红点同时反映了两个频率和相位的差异针偏离红点同时反映了两个频率和相位的差异 三、标尺三、标尺 第50页，此课件共93页哦其他频域测量的仪器扫频仪、频谱仪扫频仪、频谱仪第51页，此课件共93页哦1、扫频仪的工作原理与主要性能指标、扫频仪的工作原理与主要性能指标1.1 频率特性测量方法频率特性测量方法功能：观测各种电路频率特性曲线，并可以测算出被功能：观测各种电路频率特性曲线，并可以测算出被测电路频带宽度、品质因数、电压增益、输入输出阻测电路频带宽度、品质因数
31、、电压增益、输入输出阻抗及传输线特性阻抗等参数。抗及传输线特性阻抗等参数。幅频特性曲线测量方法：点频测量法、扫频测量法。幅频特性曲线测量方法：点频测量法、扫频测量法。点频测量法点频测量法：由人工逐次改变输入正弦信号的频率，：由人工逐次改变输入正弦信号的频率，逐点记录对应频率的输出信号幅度而得到幅频特性曲逐点记录对应频率的输出信号幅度而得到幅频特性曲线。线。扫频测量法：扫频测量法：利用扫频仪对频率特性曲线进行测量的利用扫频仪对频率特性曲线进行测量的方法。方法。第52页，此课件共93页哦1.2 扫频仪工作原理扫频仪工作原理扫频仪组成：在示波器扫频仪组成：在示波器XY方式基础上，增加扫描方式基础上，
32、增加扫描信号源、扫频信号源、检波探头。信号源、扫频信号源、检波探头。（1）扫描信号源）扫描信号源作用：产生扫描电压作用：产生扫描电压u1、扫频起停控制信号、扫频起停控制信号u2。u1除用除用于示波器水平扫描外，还是扫频信号于示波器水平扫描外，还是扫频信号u3的频率调制信号。的频率调制信号。U2：控制扫频信号源在扫描正程时振荡，以在荧光屏上得：控制扫频信号源在扫描正程时振荡，以在荧光屏上得到幅频特性曲线；扫描回程时使扫频信号源停止振荡，以到幅频特性曲线；扫描回程时使扫频信号源停止振荡，以在荧光屏上得到一条水平基线。在荧光屏上得到一条水平基线。第53页，此课件共93页哦X放大器扫描信号源扫频信号源
33、被测电路检波探头Y放大器频标信号形成电路混频器晶振u2u1u1u3u4u5（a）（b）tttttu1u2u3u4u5图5.1 扫频仪的基本组成框图及工作波形第54页，此课件共93页哦（2）扫频信号源）扫频信号源作用：在作用：在u1、u2控制下产生频率随控制下产生频率随u1电压增大而升高电压增大而升高的扫频信号的扫频信号u3，并输出，并输出u3给被测电路。给被测电路。（3）检波探头）检波探头作用：对被测电路输出进行峰值检波，并将检波输作用：对被测电路输出进行峰值检波，并将检波输出信号送往出信号送往Y放大器。放大器。（4）频标产生电路）频标产生电路作用：产生进行频率标度的频标信号，以便读出各点对作
34、用：产生进行频率标度的频标信号，以便读出各点对应的频率值。应的频率值。（5）Y放大器放大器作用：对检波输出信号进行放大、处理。作用：对检波输出信号进行放大、处理。第55页，此课件共93页哦1.3 1.3 产生扫频信号的方法产生扫频信号的方法产生扫频信号的方法产生扫频信号的方法方法：磁调电感法、方法：磁调电感法、YIG（钇铁石榴石）谐振法、变（钇铁石榴石）谐振法、变容二极管法等。容二极管法等。变容二极管法：由变容二极管法：由V1等组成电容三点式振荡器，等组成电容三点式振荡器，VD1、VD2与与L1、L2及及V1的结电容组成振荡回路，的结电容组成振荡回路，C1为隔直电为隔直电容，容，L3为高频扼流
35、圈。调制信号经为高频扼流圈。调制信号经L3同时加至变容管同时加至变容管VD1、VD2的两端，当调制电压随时间作周期性变化时，的两端，当调制电压随时间作周期性变化时，VD1、VD2结电容的容量也随之变化，从而使振荡器产生结电容的容量也随之变化，从而使振荡器产生扫频信号。扫频信号。第56页，此课件共93页哦L1L2R1R2C1VD1VD2L3R3V1+EC调制信号扫频信号图5.3 变容二极管法扫频振荡器原理图第57页，此课件共93页哦1.4 1.4 频标产生电路频标产生电路频标产生电路频标产生电路频标分类：菱形频标和针形频标。频标分类：菱形频标和针形频标。1.菱形频标菱形频标工作原理：工作原理：对
36、扫频信号与标准信号的基波、谐波进行对扫频信号与标准信号的基波、谐波进行混频而得到混频而得到“零差频零差频”的菱形频标。设标准信号频率为的菱形频标。设标准信号频率为fs，则谐波信号源输出信号频率为基波则谐波信号源输出信号频率为基波fs及各次谐波及各次谐波fs1、fs2、fs3、fs4、fs5、。扫频信号与谐波信号源输出信号经混频器混。扫频信号与谐波信号源输出信号经混频器混频后，再经低通滤波输出差频信号，由此得到一系列零差频频后，再经低通滤波输出差频信号，由此得到一系列零差频点。例如在点。例如在f=fs1处差频为零，而处差频为零，而f在在fs1点附近差频越来越大，点附近差频越来越大，由于低通滤波器
37、的选通性，在靠近零差频点的幅度最大，两由于低通滤波器的选通性，在靠近零差频点的幅度最大，两边信号幅度迅速衰减，于是在边信号幅度迅速衰减，于是在f=fs1处形成处形成“菱形频标菱形频标”。返回返回返回返回第58页，此课件共93页哦适应性：高标准信号源适应性：高标准信号源2.针形频标针形频标工作原理：利用菱形差频信号触发单稳触发器，使之输工作原理：利用菱形差频信号触发单稳触发器，使之输出一窄脉冲，窄脉冲经整形后再与幅频特性曲线在出一窄脉冲，窄脉冲经整形后再与幅频特性曲线在Y放大放大器中叠加，最后出现在幅频特性曲线上。器中叠加，最后出现在幅频特性曲线上。适应性：低频测量。适应性：低频测量。第59页，
38、此课件共93页哦标准信号源谐波信号源扫频信号源被测电路检波探头频标混频低通滤波Y放大器（b）（a）图5.4 菱形频标产生原理fsfs1、fs2、fs3、fs4、fs5fs1fs2fs3fs4fs5fs1fs2fs3fs4fs5第60页，此课件共93页哦1.5 1.5 扫频仪的主要性能指标扫频仪的主要性能指标扫频仪的主要性能指标扫频仪的主要性能指标1.有效扫频宽度和中心频率有效扫频宽度和中心频率有效扫频宽度：在扫频线性和振幅平稳性能符合要求的前有效扫频宽度：在扫频线性和振幅平稳性能符合要求的前提下，一次扫频能达到的最大频率覆盖范围，即提下，一次扫频能达到的最大频率覆盖范围，即f=fmaxfmin
39、扫频信号中心频率：扫频信号从低频到高频之间中心扫频信号中心频率：扫频信号从低频到高频之间中心位置的频率，定义式为：位置的频率，定义式为：f0=(fmax+fmin)/2相对扫频宽度：有效扫频宽度与中心频率之比。相对扫频宽度：有效扫频宽度与中心频率之比。通常把通常把f远小于信号中心频率的扫频信号称为窄带扫远小于信号中心频率的扫频信号称为窄带扫频，频，f和中心频率可以相比拟的称为宽带扫频。和中心频率可以相比拟的称为宽带扫频。第61页，此课件共93页哦2.扫频线性扫频线性扫频线性：扫频信号的瞬时频率和调制信号电压瞬时值之扫频线性：扫频信号的瞬时频率和调制信号电压瞬时值之间的线性关系。间的线性关系。3
40、.振幅平稳性振幅平稳性扫频信号的振幅平稳性通常用它的寄生调幅来表示，扫频信号的振幅平稳性通常用它的寄生调幅来表示，寄生调幅越小，振幅平稳性越好。寄生调幅越小，振幅平稳性越好。第62页，此课件共93页哦2 2、AH1254B AH1254B型宽频带扫频仪型宽频带扫频仪型宽频带扫频仪型宽频带扫频仪主要特点：扫频宽度和中心频率均可在主要特点：扫频宽度和中心频率均可在1MHz300MHz内连续内连续调节；设置有直流电源输出，以方便对调节；设置有直流电源输出，以方便对VHF频段高频头的测试；频段高频头的测试；具有点频信号输出，可作为一般信号发生器使用。具有点频信号输出，可作为一般信号发生器使用。2.1
41、2.1 性能指标性能指标性能指标性能指标中心频率中心频率扫频频偏扫频频偏扫频非线性系数扫频非线性系数扫频信号输出电压扫频信号输出电压 扫频信号输出阻抗扫频信号输出阻抗 寄生调幅系数寄生调幅系数第63页，此课件共93页哦输出衰减输出衰减频标频标Y轴输入衰减轴输入衰减Y轴输入灵敏度轴输入灵敏度 辅助电压输出辅助电压输出 38MHz输出电压输出电压2.2 工作原理工作原理组成：扫频信号发生器、频标发生器、显示器、组成：扫频信号发生器、频标发生器、显示器、38MHz信号发生器及电源。信号发生器及电源。11111212第64页，此课件共93页哦图5.5 AH1254型宽带扫频仪组成框图定频振荡器混频器扫
42、频振荡器稳幅放大器宽带放大器衰减器Y轴放大器线性频率变换器高频电压产生器频标发生器X轴放大器CRT方波、三角波发生器电源变压器稳压电源38MHz信号发生器扫频输出Y轴输入38MHz输出15V、12V+18V、+24V+40V检波器扫频信号发生器第65页，此课件共93页哦2.3 2.3 面板结构图面板结构图面板结构图面板结构图图5.6 AH1254B型扫频仪前面板图1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212131314141515161617171818第66页，此课件共93页哦电源亮度旋钮电源亮度旋钮 Y轴位移旋钮轴位移旋钮影像极性开关影像极性开关中心频率旋
43、钮中心频率旋钮频率偏移旋钮频率偏移旋钮 输出衰减旋钮输出衰减旋钮Y轴衰减开关轴衰减开关频标增益旋钮频标增益旋钮外接输入插座外接输入插座 射频输出射频输出 AGC旋钮旋钮 38MHz输出插座输出插座9 9111112121313第67页，此课件共93页哦“、AFT、AGC、+12V”插孔插孔 频标选择（频标选择（MHz）开关）开关AFT旋钮旋钮Y轴输入插座轴输入插座Y轴增益旋钮轴增益旋钮扫频仪后面板上的开关旋钮及插座：扫频仪后面板上的开关旋钮及插座：X轴增益电位器轴增益电位器 X轴位移电位器轴位移电位器工作选择开关工作选择开关14141515161617171818第68页，此课件共93页哦2.
44、4 2.4 检查、校正与使用方法检查、校正与使用方法检查、校正与使用方法检查、校正与使用方法1.检查、校正检查、校正仪器使用之前检查电源电压。仪器使用之前检查电源电压。调节辉度、聚焦旋钮。调节辉度、聚焦旋钮。检查仪器内部频标部分。检查仪器内部频标部分。检查扫频范围。检查扫频范围。频偏的检查。频偏的检查。检查扫频信号寄生调幅系数。检查扫频信号寄生调幅系数。检查扫频信号的非线性系数。检查扫频信号的非线性系数。检查扫频输出电压。检查扫频输出电压。第69页，此课件共93页哦2.使用方法与注意事项使用方法与注意事项测试时注意输出、输入电缆和输入检波探头的接线测试时注意输出、输入电缆和输入检波探头的接线尽
45、量短，探头探针不应再接另外接线。尽量短，探头探针不应再接另外接线。测试带有检波输出的被测设备时，可直接用输入电缆测试带有检波输出的被测设备时，可直接用输入电缆连接到连接到Y轴输入端。如果被测设备带有直流电位，轴输入端。如果被测设备带有直流电位，Y轴轴输入应选择输入应选择AC耦合方式，以免损坏仪器。耦合方式，以免损坏仪器。如需要特殊的频率标记，可选择外频标，在外频标插如需要特殊的频率标记，可选择外频标，在外频标插座上加上所需的频率信号，此信号应大于座上加上所需的频率信号，此信号应大于50mV有效值。有效值。第70页，此课件共93页哦3、扫频仪的应用、扫频仪的应用3.1 3.1 电路幅频特性的测量
46、电路幅频特性的测量电路幅频特性的测量电路幅频特性的测量连接扫频仪与被测电路，并根据连接扫频仪与被测电路，并根据被测电路的工作频率及测试条件，被测电路的工作频率及测试条件，调节扫频仪面板上有关开关旋钮，调节扫频仪面板上有关开关旋钮，如如“中心频率中心频率”、“输出衰减输出衰减”等等获得幅频特性曲线。获得幅频特性曲线。BT3C型扫频仪的输出特性阻抗型扫频仪的输出特性阻抗为为75，如被测电路输入阻抗也为，如被测电路输入阻抗也为75，可用同轴电缆将扫频信号输出，可用同轴电缆将扫频信号输出端连到被测电路输入端。否则，应加端连到被测电路输入端。否则，应加阻抗匹配电路。阻抗匹配电路。被测电路 图5.9 扫频
47、仪与被测电路的连接扫频输出Y轴输入第71页，此课件共93页哦3.2 3.2 电路参数的测量电路参数的测量电路参数的测量电路参数的测量1.增益增益调节好幅频特性后，用粗、细调衰减器控制扫频信号电调节好幅频特性后，用粗、细调衰减器控制扫频信号电压幅度，使其符合电路要求的输入信号幅度，注意衰减器压幅度，使其符合电路要求的输入信号幅度，注意衰减器的总衰减量应不大于放大器设计的总增益。若显示器的幅的总衰减量应不大于放大器设计的总增益。若显示器的幅频高度为频高度为H，输出衰减为，输出衰减为B1(dB)，将检波探头与扫频输出，将检波探头与扫频输出端短接，改变端短接，改变“输出衰减输出衰减”，使幅频高度仍为，
48、使幅频高度仍为H，此时输，此时输出衰减的读数若为出衰减的读数若为B2(dB)，则该放大器增益为：，则该放大器增益为：A=(B2B1)(dB)注意，在得到衰减量注意，在得到衰减量B1读数后，应保持扫频仪的读数后，应保持扫频仪的“Y轴轴增益增益”旋钮位置不变；否则，测量结果不准确。旋钮位置不变；否则，测量结果不准确。第72页，此课件共93页哦2.带宽带宽对于宽带电路，可以直接用扫频仪的内频标，方便地显对于宽带电路，可以直接用扫频仪的内频标，方便地显示和读出频率特性曲线的宽度，为了更准确地测量，有示和读出频率特性曲线的宽度，为了更准确地测量，有时也使用外频标。时也使用外频标。对于窄带调谐电路，由图形
49、曲线看出谐振频率对于窄带调谐电路，由图形曲线看出谐振频率f0。使扫频仪。使扫频仪输出衰减置于输出衰减置于3dB处，调整处，调整Y增益，使图形峰点与荧光屏上增益，使图形峰点与荧光屏上某一水平刻度线（虚某一水平刻度线（虚线线AA）相切，然后使扫频信）相切，然后使扫频信号输出电压增加号输出电压增加3dB，曲线与，曲线与虚线虚线AA相交，两交点所对应相交，两交点所对应的频率即为上下限频率的频率即为上下限频率fH、fL。则带宽为则带宽为BW=fHfL。AAfLfHf0图5.10单调谐回路带宽的测量第73页，此课件共93页哦3.回路回路Q值值在用外接频标测出回路的谐振频率在用外接频标测出回路的谐振频率f0
50、和和fH、fL后，回路后，回路Q值的计算：值的计算：Q=f0/BW3.3 高频阻抗的测量高频阻抗的测量1.输入阻抗和输出阻抗的测量输入阻抗和输出阻抗的测量Y轴输入扫频输出RP1RP2被测网络图5.11 测量输入、输出电阻的连接示意图AA/2（b）（a）第74页，此课件共93页哦先将先将RP1短路、短路、RP2断开，调节有关开关旋钮，使显示幅频特性断开，调节有关开关旋钮，使显示幅频特性曲线高度为曲线高度为A格。撤去格。撤去RP1上的短路线，调节上的短路线，调节RP1直至显示曲线高度直至显示曲线高度为为A/2格，则格，则RP1的电阻即为被测电路的输入电阻。的电阻即为被测电路的输入电阻。将将RP1重