第四章-頻率和相位的測(cè)量

1、本章要點(diǎn) 本章主要介紹測(cè)量頻率的方法，以及電子本章主要介紹測(cè)量頻率的方法，以及電子數(shù)字頻率計(jì)的結(jié)構(gòu)與原理。用電子數(shù)字頻數(shù)字頻率計(jì)的結(jié)構(gòu)與原理。用電子數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量頻率，是今后測(cè)量頻率的主要手率計(jì)測(cè)量頻率，是今后測(cè)量頻率的主要手段，也是頻率計(jì)的發(fā)展方向。段，也是頻率計(jì)的發(fā)展方向。 相位計(jì)和整步表是電力系統(tǒng)運(yùn)行中常用儀相位計(jì)和整步表是電力系統(tǒng)運(yùn)行中常用儀表，本章對(duì)其作一般性介紹，以供相關(guān)專(zhuān)表，本章對(duì)其作一般性介紹，以供相關(guān)專(zhuān)業(yè)使用。業(yè)使用。第一節(jié)第一節(jié) 頻率的測(cè)量方法頻率的測(cè)量方法1.電動(dòng)系頻率表的結(jié)構(gòu)電動(dòng)系頻率表的結(jié)構(gòu) 采用比率表型，兩可動(dòng)線圈空間錯(cuò)開(kāi)采用比率表型，兩可動(dòng)線圈空間錯(cuò)開(kāi)90。無(wú)工。

2、無(wú)工作時(shí)呈隨遇平衡狀態(tài)。被測(cè)頻率等于固定線圈回作時(shí)呈隨遇平衡狀態(tài)。被測(cè)頻率等于固定線圈回路的諧振頻率時(shí)，指針停在標(biāo)尺中心，即固定線路的諧振頻率時(shí)，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(dòng)系頻率表工作原理電動(dòng)系頻率表工作原理 按接線圖，兩可動(dòng)線圈所受力矩分別為按接線圖，兩可動(dòng)線圈所受力矩分別為: 由于兩個(gè)力矩方向相反，當(dāng)平衡時(shí)兩者相等。聯(lián)由于兩個(gè)力矩方向相反，當(dāng)平衡時(shí)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(dòng)系頻率表標(biāo)尺特性電動(dòng)系頻率表標(biāo)尺特性 當(dāng)被測(cè)頻率等于諧振頻率時(shí)當(dāng)被測(cè)頻率等于諧振頻率時(shí) 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(cè)頻率若被測(cè)頻率 0 ，則，則 ，為負(fù)角時(shí)，為負(fù)角時(shí)，指針將會(huì)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。指針將會(huì)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。 若被測(cè)頻率若被測(cè)頻率 0 ，則，則 ，為正角時(shí)，為正角時(shí)，指針將會(huì)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。指針將會(huì)順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。 1LC10LC10LC2、用變換式頻率表測(cè)量工頻、用變換式頻率表測(cè)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(cè)量機(jī)構(gòu)和變換電路組成，變換式頻率表由磁電系測(cè)量機(jī)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(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)變換電路，被測(cè)頻率轉(zhuǎn)換為一置五個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)變換電路，被測(cè)頻率轉(zhuǎn)換為一定大小的直流電流，然后通過(guò)磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)進(jìn)定大小的直流電流，然后通過(guò)磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量行測(cè)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(cè)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(cè)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(shí)間短，可形成尖脈沖波，沖

5、，由于電容小充電時(shí)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(guò)磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的電流平均值為：通過(guò)磁電系測(cè)量機(jī)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(jiǎn)化為：很小故上式可簡(jiǎn)化為： 按式可知，通過(guò)磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的電流可以反映按式可知，通過(guò)磁電系測(cè)量機(jī)構(gòu)的電流可以反映被測(cè)頻率的大小。被測(cè)頻率的大小。02CPIUC f3 .變換式電動(dòng)系頻率表標(biāo)尺特性變換式電動(dòng)系頻率表標(biāo)尺特性 工

6、頻頻率表所測(cè)量的頻率范圍并不工頻頻率表所測(cè)量的頻率范圍并不要求從要求從0開(kāi)始，標(biāo)尺一般為開(kāi)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(guò)調(diào)節(jié)偏置電阻，改變頻率表可通過(guò)調(diào)節(jié)偏置電阻，改變機(jī)械零點(diǎn)的頻率讀數(shù)。得到相應(yīng)標(biāo)機(jī)械零點(diǎn)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(cè)輸入信號(hào)經(jīng)微分得到的電流方向測(cè)輸入信號(hào)經(jīng)微分得到的電流方向是從上到下，經(jīng)過(guò)偏置電路的電流是從上到下，經(jīng)過(guò)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(shí)輸入尖脈沖時(shí)輸入尖脈沖電流的平均值，則機(jī)械零點(diǎn)

7、的頻率電流的平均值，則機(jī)械零點(diǎn)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(cè)量工頻、用振簧式頻率表測(cè)量工頻 早期還常用振簧式頻率表測(cè)量工頻頻率，振簧式早期還常用振簧式頻率表測(cè)量工頻頻率，振簧式頻率表是利用交流電磁鐵吸引一排機(jī)械振動(dòng)頻率頻率表是利用交流電磁鐵吸引一排機(jī)械振動(dòng)頻率不同的簧片，簧片固有振動(dòng)頻率與電源頻率相同不同的簧片，簧片固有振動(dòng)頻率與電源頻率相同時(shí)，產(chǎn)生共振的簧片振幅最大，從窗口看，好像時(shí)，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(zhǎng)?？梢詮漠a(chǎn)生共振的簧片位置讀簧片頂端被拉長(zhǎng)?？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(cè)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率相比較，通過(guò)檢測(cè)差拍、將被測(cè)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率相比較，通過(guò)檢測(cè)差拍、李沙育圖形或混頻后的頻率求得被測(cè)頻率。李沙育圖形或混頻后的頻率求得被測(cè)頻率。差拍法李沙育圖形測(cè)頻率混頻法2.無(wú)源測(cè)量法無(wú)源測(cè)量法 無(wú)源測(cè)量法是指測(cè)量電路不需要另加電源，直接無(wú)源測(cè)量法是指測(cè)量電路不需要另加電源，直接用被測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量如文氏電橋測(cè)頻率用被測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量如文氏電橋測(cè)頻率 和諧振回和諧振回路測(cè)頻率。路測(cè)頻率。14312211()()j1/j1 2XXXRRRCRCfRC12XfLC諧振回路測(cè)頻率 文氏電橋測(cè)頻率3.計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)法 計(jì)數(shù)法可適用于工頻、低頻與高頻

9、，由于集成化計(jì)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(jì)數(shù)器電路體積小，價(jià)格便宜，幾程度的提高，計(jì)數(shù)器電路體積小，價(jià)格便宜，幾乎取代了所有其他形式的測(cè)頻儀器。乎取代了所有其他形式的測(cè)頻儀器。計(jì)數(shù)法測(cè)頻率計(jì)數(shù)法測(cè)周期頻率的定義：頻率的定義： 單位時(shí)間單位時(shí)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(hào)在若某一信號(hào)在T秒時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化了秒時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化了N次，則該信次，則該信號(hào)的頻率為：號(hào)的頻率為： fx=N/T 因此，對(duì)頻率的測(cè)量需確定一個(gè)因此，對(duì)頻率的測(cè)量需確定一個(gè)取樣時(shí)間取樣時(shí)間T，在，在該時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)重復(fù)變化的次數(shù)累加計(jì)數(shù)，若該時(shí)間內(nèi)對(duì)

10、被測(cè)信號(hào)重復(fù)變化的次數(shù)累加計(jì)數(shù)，若計(jì)計(jì)數(shù)值為數(shù)值為N，根據(jù)定義可得到被測(cè)信號(hào)頻率值：，根據(jù)定義可得到被測(cè)信號(hào)頻率值： fx=N/T T=NTx第二節(jié)第二節(jié)數(shù)字頻率計(jì)的測(cè)量原理數(shù)字頻率計(jì)的測(cè)量原理 將被測(cè)的周期性信號(hào)經(jīng)過(guò)整形后形成的同周期的脈沖序?qū)⒈粶y(cè)的周期性信號(hào)經(jīng)過(guò)整形后形成的同周期的脈沖序列列fx，通過(guò)一個(gè)，通過(guò)一個(gè)“閘門(mén)閘門(mén)” 送入計(jì)數(shù)器，并由一個(gè)送入計(jì)數(shù)器，并由一個(gè)“門(mén)控門(mén)控”信號(hào)控制閘門(mén)的開(kāi)啟（計(jì)數(shù)允許）與關(guān)閉（計(jì)數(shù)停止）。信號(hào)控制閘門(mén)的開(kāi)啟（計(jì)數(shù)允許）與關(guān)閉（計(jì)數(shù)停止）。 與與門(mén)門(mén)T Tx xT TT Tx xT TA AB BC CN Nf fx xTNfx或或門(mén)門(mén)T Tx xT

11、TT Tx xT Tf fx xB BC CN NA ATNfx 硬件計(jì)數(shù)頻率計(jì)其結(jié)構(gòu)如下圖所示，被測(cè)信號(hào)通硬件計(jì)數(shù)頻率計(jì)其結(jié)構(gòu)如下圖所示，被測(cè)信號(hào)通過(guò)整形，轉(zhuǎn)換為與被測(cè)信號(hào)頻率相同的脈沖，然過(guò)整形，轉(zhuǎn)換為與被測(cè)信號(hào)頻率相同的脈沖，然后對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，也就是把頻率測(cè)量轉(zhuǎn)換為脈后對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，也就是把頻率測(cè)量轉(zhuǎn)換為脈沖個(gè)數(shù)的測(cè)量。計(jì)數(shù)器可選用專(zhuān)用的集成電路，沖個(gè)數(shù)的測(cè)量。計(jì)數(shù)器可選用專(zhuān)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(jì)。組成頻率計(jì)。 (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(cè)信號(hào)輸入通道包括放大、整形電

12、路。各種被測(cè)信號(hào)(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(guò)放大、整形后轉(zhuǎn)換成矩形經(jīng)過(guò)放大、整形后轉(zhuǎn)換成矩形脈沖信號(hào)，然后在主閘門(mén)的控制下進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。脈沖信號(hào)，然后在主閘門(mén)的控制下進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 (2)時(shí)間基準(zhǔn)電路時(shí)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(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過(guò)分頻后可以得到一系列周期已知定的時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過(guò)分頻后可以得到一系列周期已知的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。這些信號(hào)可以作為計(jì)數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)脈的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。這些信號(hào)可以作為計(jì)數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)脈沖沖(填充脈沖填充脈沖)，也可以作為各種時(shí)間基準(zhǔn)，控制計(jì)數(shù)器，也可以作

13、為各種時(shí)間基準(zhǔn)，控制計(jì)數(shù)器的門(mén)電路。的門(mén)電路。 (3)控制電路控制電路 控制電路在所選擇的基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)打開(kāi)主閘門(mén)，允許整控制電路在所選擇的基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)打開(kāi)主閘門(mén)，允許整形后的被測(cè)脈沖信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器中。形后的被測(cè)脈沖信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器中。 (4)計(jì)數(shù)器和顯示器計(jì)數(shù)器和顯示器 對(duì)控制門(mén)輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并顯示計(jì)數(shù)值。對(duì)控制門(mén)輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并顯示計(jì)數(shù)值。通用計(jì)數(shù)器一般都具有通用計(jì)數(shù)器一般都具有測(cè)頻測(cè)頻和和測(cè)周測(cè)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(jì)數(shù)器的基本組成和工作方式通用計(jì)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(hào)接到信號(hào)接到B輸入端輸入端(fB=fc)，則計(jì)數(shù)器工作在測(cè)頻方式，此時(shí)：，則計(jì)數(shù)器工作在測(cè)頻方式，此時(shí)：cxNffm若將被測(cè)信號(hào)若將被測(cè)信號(hào)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(hào)接到信號(hào)接到A輸入端輸入端(即即fA=fc)，則稱(chēng)計(jì)數(shù)器工作在測(cè)周方式，此，則稱(chēng)計(jì)數(shù)器工作在測(cè)周方式，此時(shí)，時(shí)，xcNTmf理論上講測(cè)量頻率與測(cè)量周期是等效的，但從實(shí)際測(cè)量來(lái)看，理論上講測(cè)量頻率與測(cè)量周期是等效的，但從實(shí)際測(cè)量來(lái)看，通用計(jì)數(shù)器工作在測(cè)頻方式和工作在測(cè)周方式，其測(cè)量誤差通用計(jì)數(shù)器工作在測(cè)頻方式和工作在測(cè)周方式，其測(cè)量誤差和范圍都不一樣。和范圍都不一

15、樣。1.軟件計(jì)數(shù)頻率計(jì)的結(jié)構(gòu)軟件計(jì)數(shù)頻率計(jì)的結(jié)構(gòu) 軟件計(jì)數(shù)是指用單片機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)而構(gòu)成的頻軟件計(jì)數(shù)是指用單片機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)而構(gòu)成的頻率計(jì)，它由單片機(jī)，以及外圍配置的顯示器件、率計(jì)，它由單片機(jī)，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(jì)數(shù)頻率計(jì)的工作原理軟件計(jì)數(shù)頻率計(jì)的工作原理 整形放大：將任意波形的被測(cè)信號(hào)，轉(zhuǎn)換為前沿整形放大：將任意波形的被測(cè)信號(hào)，轉(zhuǎn)換為前沿陡峭的脈沖，以利計(jì)數(shù)。陡峭的脈沖，以利計(jì)數(shù)。 計(jì)數(shù)：由單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)單元完成，每當(dāng)被測(cè)計(jì)數(shù)：由單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)單元完成，每當(dāng)被測(cè)信號(hào)從低到高變化時(shí)，將計(jì)數(shù)器加信號(hào)從低到高變化時(shí)，將計(jì)數(shù)器加

16、1，并由內(nèi)部，并由內(nèi)部時(shí)鐘計(jì)時(shí)，每一秒所計(jì)的變化次數(shù)，就等于被測(cè)時(shí)鐘計(jì)時(shí)，每一秒所計(jì)的變化次數(shù)，就等于被測(cè)信號(hào)的頻率。信號(hào)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(hào)時(shí)間不準(zhǔn)造成的誤差：秒信號(hào)時(shí)間不準(zhǔn)造成的誤差： 由于電子數(shù)字頻率計(jì)是把規(guī)定的一秒鐘內(nèi)所計(jì)的由于電子數(shù)字頻率計(jì)是把規(guī)定的一秒鐘內(nèi)所計(jì)的信號(hào)個(gè)數(shù)作為頻率，如果秒信號(hào)本身不準(zhǔn)確，必信號(hào)個(gè)數(shù)作為頻率，如果秒信號(hào)本身不準(zhǔn)確，必然造成計(jì)數(shù)誤差。然造成計(jì)數(shù)誤差。2.觸發(fā)誤差：觸發(fā)誤差： 由于干擾造成計(jì)數(shù)器的誤觸發(fā)所產(chǎn)生的誤差。由于

17、干擾造成計(jì)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(jì)數(shù)閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間不剛好是被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)計(jì)數(shù)閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間不剛好是被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍，而且脈沖到達(dá)時(shí)刻不剛好是閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻，倍，而且脈沖到達(dá)時(shí)刻不剛好是閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻，因此在相同的開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)，可能會(huì)有正負(fù)一個(gè)數(shù)因此在相同的開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)，可能會(huì)有正負(fù)一個(gè)數(shù)的誤差。的誤差。量化誤差示意圖量化誤差示意圖 計(jì)數(shù)閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間計(jì)數(shù)閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間不剛好是被測(cè)信號(hào)周期不剛好是被測(cè)信號(hào)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(shí)間在時(shí)間 T 內(nèi)脈沖個(gè)內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)為數(shù)為7.5,測(cè)出數(shù)可能為測(cè)出數(shù)可能為6。 計(jì)數(shù)開(kāi)始不剛好是第計(jì)數(shù)開(kāi)始不剛好是第一

18、個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)刻，造成一個(gè)脈沖到達(dá)時(shí)刻，造成的量化誤差。的量化誤差。 在時(shí)間在時(shí)間 T 內(nèi)，被測(cè)脈內(nèi)，被測(cè)脈沖個(gè)數(shù)為沖個(gè)數(shù)為7，測(cè)出數(shù)可能，測(cè)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(jì)數(shù)器專(zhuān)用集成電路一、頻率計(jì)數(shù)器專(zhuān)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(jì)電系列數(shù)字頻率計(jì)電路路第四節(jié)第四節(jié) 相位的測(cè)量方法相位的測(cè)量方法一、相位含義一、相位含義 相位一般是指兩個(gè)同頻率波形，過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間差。相位一般是指兩個(gè)同頻率波形，過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間差。而在工業(yè)供電系統(tǒng)中通常指電壓、電流兩波形過(guò)而在工業(yè)供電系統(tǒng)中通常指電壓、電流兩波形過(guò)零點(diǎn)

19、的時(shí)間差。因?yàn)橐粋€(gè)電壓、電流過(guò)零點(diǎn)的時(shí)零點(diǎn)的時(shí)間差。因?yàn)橐粋€(gè)電壓、電流過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間差角，對(duì)應(yīng)一個(gè)該角的余弦即功率因數(shù)，所以間差角，對(duì)應(yīng)一個(gè)該角的余弦即功率因數(shù)，所以工業(yè)上測(cè)量相位角，與測(cè)量功率因數(shù)都可稱(chēng)為相工業(yè)上測(cè)量相位角，與測(cè)量功率因數(shù)都可稱(chēng)為相位測(cè)量。位測(cè)量。二、測(cè)量相位方法二、測(cè)量相位方法 1.直接法：可用指示儀表，例如變換式、電動(dòng)式或直接法：可用指示儀表，例如變換式、電動(dòng)式或數(shù)字式相位表進(jìn)行測(cè)量。數(shù)字式相位表進(jìn)行測(cè)量。 2.間接法：通過(guò)測(cè)量電壓、電流、功率求得間接法：通過(guò)測(cè)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(cè)量?jī)蓚€(gè)波形間的相位差。比較法：可以

20、用示波器測(cè)量?jī)蓚€(gè)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(guò)檢流計(jì)的電流三部分構(gòu)成，通過(guò)檢流計(jì)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(jì)的電流值測(cè)得相位差。流計(jì)的電流值測(cè)得相位差。121212UUIIIRR1、當(dāng)、當(dāng) u、i 同相時(shí)變換式相位表波形同相時(shí)變換式相位表波形1、當(dāng)、當(dāng) u、i 同相時(shí)變換式相位表波形同相時(shí)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(guò)、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(shí)，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(guò)檢流計(jì)的電流平均值為零，對(duì)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(shí)變換式相位表波形時(shí)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(guò)、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(shí)，、在上的壓降，比、在上的壓降大一倍 通過(guò)檢流計(jì)的電流平均值不

22、為零。其示值對(duì)應(yīng)相位差為，由于、為穩(wěn)壓管壓降 ，1ui、 同時(shí)在上面形成的壓降并不比單獨(dú)形成的大。 u、i 同相時(shí)同相時(shí)： 通過(guò)電表的電流平均值為零。在整個(gè)周期內(nèi)，指通過(guò)電表的電流平均值為零。在整個(gè)周期內(nèi)，指針都停在零點(diǎn)。針都停在零點(diǎn)。 u、i 相位差為相位差為90時(shí)時(shí)： 通過(guò)電表的電流平均值最大，電表指針將停在最通過(guò)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(guò)表頭的電流可反映通過(guò)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(dòng)系相位表電動(dòng)系相位表 采用比率型結(jié)構(gòu)，兩個(gè)可動(dòng)線圈在空間錯(cuò)開(kāi)采用

23、比率型結(jié)構(gòu)，兩個(gè)可動(dòng)線圈在空間錯(cuò)開(kāi)角。角。無(wú)工作時(shí)呈隨遇平衡狀態(tài)。適當(dāng)配置無(wú)工作時(shí)呈隨遇平衡狀態(tài)。適當(dāng)配置L1、R1， 可可使指針即可動(dòng)線圈使指針即可動(dòng)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(cè)等于被測(cè)U、I 間的相位角。間的相位角。 按接線圖，兩可動(dòng)線圈所受力矩分別為：按接線圖，兩可動(dòng)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(shí) 可動(dòng)部分平衡

24、 并考慮可動(dòng)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(gè)可動(dòng)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(dòng)系三相相位表與電動(dòng)系單相相位表的結(jié)構(gòu)完電動(dòng)系三相相位表與電動(dòng)系單相相位表的結(jié)構(gòu)完全相同，只是兩個(gè)可動(dòng)線圈所連接的元件不同，全相同，只是兩個(gè)可動(dòng)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(dòng)系三相相位表只適用于負(fù)載對(duì)稱(chēng)的三相三線電動(dòng)系三相相位表只適用于負(fù)載對(duì)稱(chēng)的三相三線制，使用時(shí)可動(dòng)線圈制，使用時(shí)可動(dòng)線圈B1通過(guò)電阻通過(guò)電

25、阻R1接接A、B相，可相，可動(dòng)線圈動(dòng)線圈B2不接電感而是通過(guò)電阻不接電感而是通過(guò)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(cè)量主要采用過(guò)零鑒相法相位的數(shù)字化測(cè)量主要采用過(guò)零鑒相法過(guò)零鑒相法測(cè)量相位的原理框圖過(guò)零鑒相法測(cè)量相位的原理框圖相位的數(shù)字化測(cè)量過(guò)零鑒相法測(cè)量相位的波形圖過(guò)零鑒相法測(cè)量相位的波形圖 設(shè)兩個(gè)同頻率信號(hào)的周期為設(shè)兩個(gè)同頻率信號(hào)的周期為 T ，相位差為，相位差

26、為 x ，兩信號(hào)波形過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間差為，兩信號(hào)波形過(guò)零點(diǎn)的時(shí)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(shí)間式數(shù)字相位計(jì)相位相位-時(shí)間式相位計(jì)框圖時(shí)間式相位計(jì)框圖 標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù) xxTfTTN000設(shè)信號(hào)設(shè)信號(hào)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(shí)間式相位計(jì)波形圖時(shí)間式相位計(jì)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(gè)可動(dòng)的和一個(gè)可動(dòng)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(dòng)，在轉(zhuǎn)軸的上、下兩端，各固定一個(gè)扇形中轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)軸的上、下兩端，各固定一個(gè)扇形鐵片鐵片D、兩鐵片、兩鐵片Z字形，鐵片受力時(shí)可帶動(dòng)軸和指字形，鐵片受力時(shí)可帶動(dòng)軸和指針旋轉(zhuǎn)。針旋轉(zhuǎn)。 測(cè)量時(shí)，將線圈測(cè)量時(shí)，將線圈A串接一電阻串接一電阻R，接在已在運(yùn)行的，接在已在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)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(gè)電阻性電路，電是一個(gè)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(gè)不對(duì)稱(chēng)星形，接在待并發(fā)接成一個(gè)不對(duì)稱(chēng)星形，接在待并發(fā)電機(jī)的電機(jī)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(diǎn)，當(dāng)待并發(fā)電機(jī)的頻率比電網(wǎng)頻率高時(shí)，指針點(diǎn)，當(dāng)待并發(fā)電機(jī)的頻率比電網(wǎng)頻率高時(shí)，指針將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表示待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏快。待將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表示待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏快。待并發(fā)電機(jī)的頻率比電網(wǎng)頻率低時(shí)，指針將逆時(shí)針并發(fā)電機(jī)的頻率比電網(wǎng)頻率低時(shí)，指針

29、將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，表示待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏慢。，待并發(fā)電旋轉(zhuǎn)，表示待并發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏慢。，待并發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的相位差越大，指針離紅點(diǎn)也越遠(yuǎn)，指機(jī)與電網(wǎng)的相位差越大，指針離紅點(diǎn)也越遠(yuǎn)，指針偏離紅點(diǎn)同時(shí)反映了兩個(gè)頻率和相位的差異針偏離紅點(diǎn)同時(shí)反映了兩個(gè)頻率和相位的差異 掃頻儀、頻譜儀掃頻儀、頻譜儀 功能：觀測(cè)各種電路頻率特性曲線，并可以測(cè)算功能：觀測(cè)各種電路頻率特性曲線，并可以測(cè)算出被測(cè)電路頻帶寬度、品質(zhì)因數(shù)、電壓增益、輸出被測(cè)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(cè)量方法：點(diǎn)頻測(cè)量法、掃頻測(cè)量幅頻特性曲線測(cè)量方法：點(diǎn)頻測(cè)量法

30、、掃頻測(cè)量法。法。點(diǎn)頻測(cè)量法點(diǎn)頻測(cè)量法：由人工逐次改變輸入正弦信號(hào)的頻：由人工逐次改變輸入正弦信號(hào)的頻率，逐點(diǎn)記錄對(duì)應(yīng)頻率的輸出信號(hào)幅度而得到幅率，逐點(diǎn)記錄對(duì)應(yīng)頻率的輸出信號(hào)幅度而得到幅頻特性曲線。頻特性曲線。掃頻測(cè)量法：掃頻測(cè)量法：利用掃頻儀對(duì)頻率特性曲線進(jìn)行測(cè)利用掃頻儀對(duì)頻率特性曲線進(jìn)行測(cè)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(hào)源、掃頻信號(hào)源、檢波探頭。描信號(hào)源、掃頻信號(hào)源、檢波探頭。（1）掃描信號(hào)源）掃描信號(hào)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?hào)、掃頻起?？刂菩盘?hào)u2。u1除用于示波器水平掃描外，

31、還是掃頻信號(hào)除用于示波器水平掃描外，還是掃頻信號(hào)u3的的頻率調(diào)制信號(hào)。頻率調(diào)制信號(hào)。 U2：控制掃頻信號(hào)源在掃描正程時(shí)振蕩，以在熒：控制掃頻信號(hào)源在掃描正程時(shí)振蕩，以在熒光屏上得到幅頻特性曲線；掃描回程時(shí)使掃頻信光屏上得到幅頻特性曲線；掃描回程時(shí)使掃頻信號(hào)源停止振蕩，以在熒光屏上得到一條水平基線。號(hào)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(hào)源掃頻信號(hào)源被測(cè)電路檢波探頭Y放大器頻標(biāo)信號(hào)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(hào)源）掃頻信號(hào)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(hào)升高的掃頻信號(hào)u3，并輸出，并輸出u3給被測(cè)電路。給被測(cè)電路。（3）檢波探頭）檢波探頭 作用：對(duì)被測(cè)電路輸出進(jìn)行峰值檢波，并將檢波作用：對(duì)被測(cè)電路輸出進(jìn)行峰值檢波，并將檢波輸出信號(hào)送往輸出信號(hào)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(jìn)行頻率標(biāo)度的頻標(biāo)信號(hào)，以便讀出作用：產(chǎn)生進(jìn)行頻率標(biāo)度的頻標(biāo)信號(hào)，以便讀出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率值。各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率值。（5）Y放大器放大器 作用：對(duì)檢波輸出信號(hào)進(jìn)行放大、處理。作用：對(duì)檢波輸出信號(hào)進(jìn)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(diǎn)式振蕩器，等組成電容三點(diǎn)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(hào)經(jīng)為高頻扼流圈。調(diào)制信號(hào)經(jīng)L3同時(shí)加至變?nèi)莨芡瑫r(shí)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(shí)間作周期性變化時(shí)，時(shí)間作周期性變化時(shí)，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(hào)。隨之變化，從而使振蕩器產(chǎn)生掃頻信號(hào)。 L1L2R1R2C1VD1VD2L3R3V1+EC調(diào)制信號(hào)掃頻信號(hào)圖5.3 變

34、容二極管法掃頻振蕩器原理圖 頻標(biāo)分類(lèi)：菱形頻標(biāo)和針形頻標(biāo)。頻標(biāo)分類(lèi)：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(duì)掃頻信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的基波、諧波進(jìn)對(duì)掃頻信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的基波、諧波進(jìn)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(hào)頻的菱形頻標(biāo)。設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率為率為fs，則諧波信號(hào)源輸出信號(hào)頻率為基波，則諧波信號(hào)源輸出信號(hào)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(hào)與諧波信號(hào)。掃頻信號(hào)與諧波信號(hào)源輸出信號(hào)經(jīng)混頻器混頻后，再經(jīng)低通濾波輸出差頻源輸出信號(hào)經(jīng)混頻器混頻后，再經(jīng)低通濾波輸出差頻信號(hào)，由此得到一系列零差頻點(diǎn)。例如在信號(hào)

35、，由此得到一系列零差頻點(diǎn)。例如在f=fs1處差頻處差頻為零，而為零，而f在在fs1點(diǎn)附近差頻越來(lái)越大，由于低通濾波器點(diǎn)附近差頻越來(lái)越大，由于低通濾波器的選通性，在靠近零差頻點(diǎn)的幅度最大，兩邊信號(hào)幅的選通性，在靠近零差頻點(diǎn)的幅度最大，兩邊信號(hào)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(hào)源適應(yīng)性：高標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源2. 針形頻標(biāo)針形頻標(biāo) 工作原理：利用菱形差頻信號(hào)觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器，工作原理：利用菱形差頻信號(hào)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(cè)量。適應(yīng)性：低頻測(cè)量。 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源諧波信號(hào)源掃頻信號(hào)源被測(cè)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(dá)到的最大頻率覆蓋范要求的前提下，一次掃頻能達(dá)到的最大頻率覆蓋范圍，即圍，即f=fmaxfmin 掃頻信號(hào)中心頻率：掃頻信號(hào)從低頻到高頻

37、之間掃頻信號(hào)中心頻率：掃頻信號(hào)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(duì)掃頻寬度：有效掃頻寬度與中心頻率之比。相對(duì)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(hào)中心頻率的掃頻信號(hào)稱(chēng)為窄遠(yuǎn)小于信號(hào)中心頻率的掃頻信號(hào)稱(chēng)為窄帶掃頻，帶掃頻，f和中心頻率可以相比擬的稱(chēng)為寬帶掃頻。和中心頻率可以相比擬的稱(chēng)為寬帶掃頻。2. 掃頻線性掃頻線性 掃頻線性：掃頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率和調(diào)制信號(hào)電壓掃頻線性：掃頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率和調(diào)制信號(hào)電壓瞬時(shí)值之間的線性關(guān)系。瞬時(shí)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(hào)的振幅平穩(wěn)性通常用它的

38、寄生調(diào)幅來(lái)表掃頻信號(hào)的振幅平穩(wěn)性通常用它的寄生調(diào)幅來(lái)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(diǎn)：掃頻寬度和中心頻率均可在主要特點(diǎn)：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(duì)內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；設(shè)置有直流電源輸出，以方便對(duì)VHF頻段高頻頭的測(cè)試；具有點(diǎn)頻信號(hào)輸出，可作為一頻段高頻頭的測(cè)試；具有點(diǎn)頻信號(hào)輸出，可作為一般信號(hào)發(fā)生器使用。般信號(hào)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(hào)輸出電壓掃頻信號(hào)輸出電壓 掃頻信號(hào)輸出阻抗掃頻信號(hào)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(hào)發(fā)生器、頻標(biāo)發(fā)生器、顯示器、組成：掃頻信號(hào)發(fā)生器、頻標(biāo)發(fā)生器、顯示器、38MHz信號(hào)發(fā)生器及電源。信號(hào)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(hào)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(hào)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(kāi)關(guān)影像極性開(kāi)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(kāi)關(guān)軸衰減開(kāi)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(kāi)關(guān)）開(kāi)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(kāi)關(guān)旋鈕及插座：掃頻儀后面板上的開(kāi)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(kāi)關(guān)工作選擇開(kāi)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(hào)寄生調(diào)幅系數(shù)。檢查掃頻信號(hào)寄生調(diào)幅系數(shù)。檢查掃頻信號(hào)的非線性系數(shù)。檢查掃頻信號(hào)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(xiàng)使用方法與注意事項(xiàng)測(cè)試時(shí)注意輸出、輸入電纜和輸入檢波探頭的接測(cè)試時(shí)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(cè)試帶有檢波輸出的被測(cè)設(shè)備時(shí)，可直接用輸入測(cè)試帶有檢波輸出的被測(cè)設(shè)備時(shí)，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(cè)設(shè)備帶有直流電軸輸入端。如果被測(cè)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(hào)，此信號(hào)應(yīng)大于標(biāo)插座上加上所需的頻率信號(hào)，此信號(hào)應(yīng)大于50mV有效值。有效值。 連接掃頻儀與被測(cè)電路，并根連接掃頻儀與被測(cè)電路，并根據(jù)被測(cè)電路的工作頻率及測(cè)試條據(jù)被測(cè)電路的工作頻率及測(cè)試條件，調(diào)節(jié)掃頻儀面板上有關(guān)開(kāi)關(guān)件，調(diào)節(jié)掃頻儀面板上有關(guān)開(kāi)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(cè)電路輸入阻，如被測(cè)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(hào)輸出端連到被測(cè)電路輸入頻信號(hào)輸出端連到被測(cè)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(cè)電路 圖5.9 掃頻儀與被測(cè)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(hào)電壓幅度，使其符合電路要求的輸入信號(hào)幅度，信號(hào)電壓幅度，使其符合電路要求的輸入信號(hào)幅度，注意衰減器的總衰減量應(yīng)不大于放大器設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)輸出衰減的讀數(shù)若為，此時(shí)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(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)旋鈕位置不變；否則，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。確。2. 帶寬帶寬對(duì)于寬帶電路，可以直接用掃頻儀的內(nèi)頻標(biāo)，方便地對(duì)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(cè)量，顯示和讀出頻率特性曲線的寬度，為了更準(zhǔn)確地測(cè)量，有時(shí)也使用外頻標(biāo)。有時(shí)也使用外頻標(biāo)。對(duì)于窄帶調(diào)諧電路，由圖形曲線看出諧振頻率對(duì)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(diǎn)增益，使圖形峰點(diǎn)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(hào)輸出電壓增加號(hào)輸出電壓增加3dB，曲線與，曲線與虛線虛線AA相交，兩交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)相交，兩交點(diǎn)所對(duì)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(cè)量3. 回路回路Q(chēng)值值 在用外接頻標(biāo)測(cè)出回路的諧振頻率在用外接頻標(biāo)測(cè)出回路的諧振頻率f0和和fH、fL后，后，回路回路Q(chēng)值的計(jì)算：值的計(jì)算：Q=f0/BW3.3 高頻阻抗的測(cè)量高頻阻抗的測(cè)量1. 輸入阻抗和輸出阻抗的測(cè)量輸入阻抗和輸出阻抗的測(cè)量Y軸輸入掃頻輸出RP1RP2被測(cè)網(wǎng)絡(luò)圖5.11 測(cè)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(kāi)，調(diào)節(jié)有關(guān)開(kāi)關(guān)旋鈕，使顯示幅斷開(kāi)，調(diào)節(jié)有關(guān)開(kāi)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(cè)電路的輸入電的電阻即為被測(cè)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(cè)電路的輸?shù)碾娮柚导礊楸粶y(cè)電路的輸出阻抗。出阻抗。2. 傳輸線特性阻抗的測(cè)量傳輸線特性阻抗的測(cè)量 Y軸輸入掃頻輸出RP被測(cè)傳輸線圖5.12 測(cè)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(shí)此時(shí)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(hào)頻譜分析，以及用于放大器諧波作用：用于信號(hào)頻譜分析，以及用于放大器諧波失真、信號(hào)發(fā)生器頻譜純度、系統(tǒng)頻率特性分析。失真、信號(hào)發(fā)生器頻譜純度、系統(tǒng)頻率特性分析。 分類(lèi)：數(shù)字式和模擬式。模擬式頻譜儀分為順序分類(lèi)：數(shù)字式和模擬式。模擬式頻譜儀分為順序?yàn)V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?yàn)V波式順序?yàn)V波式 基本原理：利用一系列窄帶濾波器，依次選取被測(cè)信號(hào)中不同頻率分量的信號(hào)，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(cè)信號(hào)的頻譜圖。 特點(diǎn)：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(mén)電路峰值檢波器Y放大器掃描電路窄帶濾波器門(mén)電路門(mén)電路X放大器uxfx圖5.13 順序?yàn)V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(cè)信號(hào)經(jīng)衰減器進(jìn)入頻譜儀后與掃頻工作原理：被測(cè)信號(hào)經(jīng)衰減器進(jìn)入頻譜儀后與掃頻信號(hào)混頻得到中頻信號(hào)。中頻信號(hào)經(jīng)中頻放大、峰值信號(hào)混頻得到中頻信號(hào)。中頻信號(hào)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(duì)應(yīng)頻率分量的頻譜幅度。該分量的偏轉(zhuǎn)板以顯示對(duì)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(duì)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(hào)的頻率是連續(xù)變化的，所以原理：由于掃頻信號(hào)的頻率是連續(xù)變化的，所以被測(cè)信號(hào)中符合式（被測(cè)信號(hào)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(diǎn)相對(duì)掃描電壓也是掃頻振蕩器調(diào)制電壓，所以亮點(diǎn)相對(duì)起始點(diǎn)的水平距離與頻率成正比，使被測(cè)信號(hào)的頻起始點(diǎn)的水平距離與頻率成正

51、比，使被測(cè)信號(hào)的頻譜圖顯示在熒光屏上。譜圖顯示在熒光屏上。 特點(diǎn)：與順序?yàn)V波式頻譜儀相比，掃頻外差式頻特點(diǎn)：與順序?yàn)V波式頻譜儀相比，掃頻外差式頻譜儀只需一個(gè)窄帶濾波器，而中頻放大器即起到窄譜儀只需一個(gè)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(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減以保護(hù)混：除了對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減以保護(hù)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(shí)現(xiàn)功率測(cè)量。用以實(shí)現(xiàn)功率測(cè)量?；祛l器：用于對(duì)掃頻信號(hào)和被測(cè)信號(hào)進(jìn)行混頻以實(shí)混頻器：用于對(duì)掃頻信號(hào)和被測(cè)信號(hào)進(jìn)行混頻以實(shí)現(xiàn)信號(hào)

52、的頻譜搬移得到頻譜分量?，F(xiàn)信號(hào)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(hào)。中頻濾波器：用于分辨不同頻率的信號(hào)。檢波器：負(fù)責(zé)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓值與頻率分量檢波器：負(fù)責(zé)將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓值與頻率分量大小相對(duì)應(yīng)的視頻電壓。大小相對(duì)應(yīng)的視頻電壓。視頻濾波器：對(duì)檢波器的輸出進(jìn)行低通濾波。視頻濾波器：對(duì)檢波器的輸出進(jìn)行低通濾波。對(duì)數(shù)放大器：放大對(duì)數(shù)放大器：放大“對(duì)數(shù)化對(duì)數(shù)化”后輸出信號(hào)的幅度以后輸出信號(hào)的幅度以提高測(cè)量靈敏度。提高測(cè)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(duì)數(shù)放大器數(shù)字頻率計(jì)掃頻振蕩器校準(zhǔn)信號(hào)電壓表檢波器對(duì)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(dá)到儀器規(guī)定性能指標(biāo)時(shí)被測(cè)信號(hào)的達(dá)到儀器規(guī)定性能指標(biāo)時(shí)被測(cè)信號(hào)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(cè)量過(guò)程中顯示的頻率頻譜儀在一次測(cè)量過(guò)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(cè)到信掃頻寬度很寬的頻譜儀，可觀測(cè)到信號(hào)頻譜的全貌。號(hào)頻譜的全貌。 分析時(shí)間分析時(shí)間:掃頻振蕩器掃描完整個(gè)掃頻寬度所需要掃頻振蕩器掃描完整個(gè)掃頻寬度所需要的時(shí)間。的時(shí)間。 掃頻速度掃頻速度:掃頻寬度與

54、分析時(shí)間之比。掃頻寬度與分析時(shí)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(shí)，濾波器靜態(tài)幅頻特掃頻速度為零時(shí)，濾波器靜態(tài)幅頻特性曲線的性曲線的3dB帶寬。帶寬。動(dòng)態(tài)分辨力動(dòng)態(tài)分辨力:在掃頻速度不為零（掃頻工作）時(shí)，在掃頻速度不為零（掃頻工作）時(shí)，濾波器動(dòng)態(tài)幅頻特性曲線的濾波器動(dòng)態(tài)幅頻特性曲線的3dB帶寬。帶寬。4. 動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍:表征分析大、小信號(hào)

55、頻譜的能力。表征分析大、小信號(hào)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(hào)的能力。與分辨率帶寬、平。表征頻譜儀發(fā)現(xiàn)小信號(hào)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(cè)信號(hào)的頻譜寬度進(jìn)行選擇。掃頻寬度應(yīng)根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻譜寬度進(jìn)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?。髵哳l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(dòng)態(tài)分辨力為準(zhǔn)則。同時(shí)還應(yīng)合理?yè)褚垣@得較高的動(dòng)態(tài)分辨力為準(zhǔn)則。同時(shí)還應(yīng)合理處理動(dòng)態(tài)分辨力與分析時(shí)間的矛盾。處理動(dòng)態(tài)分辨力與分析時(shí)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