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1、实验十七实验十七 信号频谱的测量信号频谱的测量一、实验目的一、实验目的二、实验原理二、实验原理三、实验内容三、实验内容四、回答问题四、回答问题本试本试验要验要求写求写实验实验报告报告一、实验目的一、实验目的学习信号频谱的测量方法，学习信号频谱的测量方法，加深信号频谱的概念理解。加深信号频谱的概念理解。方波的频谱：方波的频谱：二、实验原理二、实验原理方波只含有奇次谐波方波只含有奇次谐波,谱线反比单调降谱线反比单调降.奇次奇次,偶次谐波都有偶次谐波都有.幅度周期性变化幅度周期性变化脉冲越窄脉冲越窄,谱线越多谱线越多选频混频本振电平值电平值=档位指示值档位指示值+表头指针指示值表头指针指示值选频电平
2、表结构选频电平表结构利用选频电平表对各次谐波的利用选频电平表对各次谐波的幅度进行测量，就可获得频谱幅度进行测量，就可获得频谱1.选频电平表具有从众多不同频率的正弦电压中选择选频电平表具有从众多不同频率的正弦电压中选择其中的一个，测量其电平和频率的功能。其中的一个，测量其电平和频率的功能。定义：定义：N:绝对电压（电平）单位分贝绝对电压（电平）单位分贝 记为记为dB。Ux：被测电压有效值：被测电压有效值 0.775V:基准电压（也即：当电平为基准电压（也即：当电平为0dB时，所对应的时，所对应的电压值为电压值为0.775V。由上式可知：只要由上式可知：只要N值确定，被测电压值确定，被测电压三三.
3、选频电平表原理选频电平表原理因此，选频电平表就是具有选择特性的电压表，因此，选频电平表就是具有选择特性的电压表，且输出电平且输出电平dB刻度。刻度。四四.选频电平表使用及注意事项选频电平表使用及注意事项输入方式：同轴输入（琴键开关弹出）输入方式：同轴输入（琴键开关弹出）输入阻抗置高阻抗输入阻抗置高阻抗K无穷大无穷大 K2K3置置“正常正常”。校零电位器，按下。校零电位器，按下钮，调其钮，调其指针为指针为0dB。调调fL使表头偏转指示最大（先用摇把粗调，然后用旋使表头偏转指示最大（先用摇把粗调，然后用旋盘细调，调指针最大的时候，此时频率显示就是盘细调，调指针最大的时候，此时频率显示就是fx,就就
4、是某个谐波频率处）是某个谐波频率处）电平值电平值K1电平值表头指示值电平值表头指示值 （分贝）（代数和）（分贝）（代数和）电平值电平值K1电平值表头指示值（分贝）电平值表头指示值（分贝）校零校零内外手轮内外手轮(细细/粗调节粗调节)电源输入补充：补充：频谱谱线的特点频谱谱线的特点谱线包络零点谱线包络零点T/n(n=1,2,3,4)=T/2 方波直流平均为零。方波直流平均为零。谱线间隔仅取决于谱线间隔仅取决于f和和基波的幅度取决于基波的幅度取决于E和和/T。/T越小，幅越小，幅度越小。度越小。若若T/2,则有奇、偶次谐波。则有奇、偶次谐波。三、实验内容三、实验内容1.测量方波的频谱测量方波的频谱
5、调节信号源输出方波，调节信号源输出方波，f=10.0kHz，Upp=4.0V。加到选频表输入端。加到选频表输入端。用选频电平表测方波的谐波幅度，要求从基波开用选频电平表测方波的谐波幅度，要求从基波开始测起，一直测至始测起，一直测至15次谐波。次谐波。谐波次数谐波次数n13579111315N(dB)7.4-2.1-7.2Ux(V)An(计算）计算）An=1.414Ux(V)方波只有奇次谐波方波只有奇次谐波2.测方波通过测方波通过2号低通滤波器号低通滤波器(fc=33.8Khz)后的频谱后的频谱调方调方波输入波输入2号低通（号低通（fc=33.86Khz)滤波器，用选频滤波器，用选频电平表测滤波
6、器输出波形的频谱。电平表测滤波器输出波形的频谱。f=10.0kHz时测至时测至7次谐波。注意，方波幅度次谐波。注意，方波幅度Upp=4.0V，由于输入为方波，由于输入为方波，所以输出波形的频谱只有奇次谐波（为什么？）。所以输出波形的频谱只有奇次谐波（为什么？）。在写实验报告时，应将实验十五获得的波形图与在写实验报告时，应将实验十五获得的波形图与本实验获得的频谱图对应起来，与方波波形和频谱进本实验获得的频谱图对应起来，与方波波形和频谱进行对比分析，从而得出应有的结论。分析时还要考虑行对比分析，从而得出应有的结论。分析时还要考虑到到2号低通滤波器的号低通滤波器的Hf特性。特性。谐波次数谐波次数n1
7、3579111315N(dB)Ux(V)An(计算）计算）3.测矩形脉冲波的频谱测矩形脉冲波的频谱调节信号源使脉冲波调节信号源使脉冲波f=10.0kHz，Upp=4.0V，=0.40T（即（即/T=40%）。实验数据正确与）。实验数据正确与否，关键在于脉冲宽度否，关键在于脉冲宽度是否符合要求。方法是是否符合要求。方法是先调节信号源的先调节信号源的“占空比占空比”旋钮，使输出显示旋钮，使输出显示脉冲宽度脉冲宽度是周期是周期T的的40%。测脉冲波的频谱。用选频电平表测测脉冲波的频谱。用选频电平表测115次谐次谐波。波。注意，奇次谐波、偶次谐波都要测。注意，奇次谐波、偶次谐波都要测。观察：观察：5
8、10 15次谐波的电平值特点。次谐波的电平值特点。f=10Khz,Vpp=4.0V (矩形波，矩形波，40的占空比）的占空比）谐波次数谐波次数n1234567。15N(dB)6.9-3.3-6.5-5.2Ux(V)An(计算）计算）矩形脉冲波奇次和偶次谐波都有矩形脉冲波奇次和偶次谐波都有.所以都测。所以都测。四、回答问题四、回答问题（1）将选频电平表上测得的分贝数用公式换算出）将选频电平表上测得的分贝数用公式换算出谐波的电压幅度，在与理论计算值比较时，发现测谐波的电压幅度，在与理论计算值比较时，发现测量值为理论计算值的量值为理论计算值的1/2，这是为什么？，这是为什么？（2）在调节脉冲波宽度）在调节脉冲波宽度=0.40T时，为什么先用时，为什么先用示波器调节，然后再用选频电平表测其示波器调节，然后再用选频电平表测其5次谐波的方次谐波的方法进行细调？不用示波器而直接利用选频电平表测法进行细调？不用示波器而直接利用选频电平表测5次谐波的方法调节行不行？次谐波的方法调节行不行？（3）你测到的方波各次谐波值与基波幅度之比是）你测到的方波各次谐波值与基波幅度之比是否符合否符合1/n的规律？方波通过的规律？方波通过2号低通滤波器后，其号低通滤波器后，其频谱是否还符合此规律？频谱是否还符合此规律？