信號(hào)時(shí)域、頻域以及數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)高效應(yīng)用

·

時(shí)域頻域概念·通用示波器的原理第三章信號(hào)的時(shí)域

、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)本章重要內(nèi)容本章其余內(nèi)容·頻譜分析儀·邏輯分析儀第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

111/22/2021 3.1信號(hào)時(shí)域與頻域的關(guān)系一、信號(hào)的時(shí)域分析與頻域分析·信號(hào)是信息的載體和具體表現(xiàn)形式,信息需轉(zhuǎn)化為傳輸媒質(zhì)能夠接受的信號(hào)形式方能傳輸。廣義的說,信號(hào)是隨著時(shí)間變化的某種物理量。只有變化的量中,才可能含有信息。第三章

信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)11/22/20212·信號(hào)的描述通常以時(shí)間為自變量,表示為隨時(shí)間變化的函數(shù)。·信號(hào)可分為連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)兩種結(jié)構(gòu)。·在實(shí)際的物理系統(tǒng)中,信號(hào)還可以分為確定性信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)。第三章信號(hào)的時(shí)域

、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

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、信號(hào)11/22/2021·對(duì)信號(hào)的傳統(tǒng)分析方法是波形分析。·表示信號(hào)的時(shí)間函數(shù),包含了信號(hào)的全部信息量,信號(hào)的特性首先表現(xiàn)為它的時(shí)間特性。 ·可以顯示,例如信號(hào)幅值對(duì)應(yīng)的時(shí)間；同一形狀的波形重復(fù)出現(xiàn)的周期長(zhǎng)短；信號(hào)波形本身變化的速率（如脈沖信號(hào)的脈沖持續(xù)時(shí)間及脈沖上升和下降邊沿陡直的程度）。·以時(shí)間函數(shù)描述信號(hào)的圖象稱為時(shí)域圖,在時(shí)域上分析信號(hào)稱為時(shí)域分析。2

、

時(shí)域分析第三章信號(hào)的時(shí)域

、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)11/22/20214·頻域分析也稱為頻譜分析,是指對(duì)信號(hào)在頻率域內(nèi)進(jìn)行分析。分析的結(jié)果是以頻率為坐標(biāo)的各種物理量的譜線和曲線,可得到各種幅值譜、相位譜、功率譜和各種譜密度等。3

、頻域分析圖一個(gè)周期信號(hào)的頻譜頻率幅值

An第三章

信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)頻率成分11/22/20214f02f03f0f0f5 ·時(shí)域分析與頻域分析是對(duì)模擬信號(hào)的兩個(gè)觀察面。時(shí)域分析是以時(shí)間軸為坐標(biāo)表示動(dòng)態(tài)信號(hào)的關(guān)系；頻域分析是把信號(hào)變?yōu)橐灶l率軸為坐標(biāo)表示出來。一般來說,時(shí)域的表示較為形象與直觀,頻域分析則更為簡(jiǎn)練,剖析問題更為深刻和方便。目前,信號(hào)分析的趨勢(shì)是從時(shí)域向頻域發(fā)展。然而,它們是互相聯(lián)系,缺一不可,相輔相成的。第三章信號(hào)的時(shí)域

、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)11/22/20216·信號(hào)的時(shí)域分析與頻域分析既相互獨(dú)立又密切相關(guān)

。

可

以通過傅里葉變換把它們聯(lián)系起來并互相轉(zhuǎn)換。時(shí)域二

、信號(hào)的時(shí)域分析與頻域分析的關(guān)系頻域（不顯示負(fù)向變換）第三章信號(hào)的時(shí)域

、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

7頻域平面時(shí)域平面11/22/2021頻域周期信號(hào)的頻域分析(三角與指數(shù)傅立葉級(jí)非周期信號(hào)的頻域分析（傅立葉積分）·

時(shí)域分析···頻域分析·數(shù)）·信號(hào)時(shí)域分析（線性系統(tǒng)疊加原理）卷積積分的應(yīng)用及其數(shù)學(xué)描述·信號(hào)在頻域與時(shí)域之間的變換（正反傅立葉變換式）三

、

時(shí)域和頻域下的信號(hào)分析第三章

信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)11/22/20218滿足狄里赫利條件:①在一個(gè)周期里連續(xù)或只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)②在一個(gè)周期里只有有限個(gè)極大值和極小值③積分存在周期信號(hào)f(t)=f(t+kT)，T:信號(hào)周期，展開為傅立葉級(jí)數(shù):第三章

信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)或:C0=A011/22/20219·一個(gè)周期信號(hào)可以分解為直流分量和一系列諧波分量?；蛘哒f,一個(gè)周期信號(hào)由一個(gè)直流分量和一系列諧波分量疊加成?！ひ话愕碾娦盘?hào)都可以展開為傅立葉級(jí)數(shù)。第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

10物理意義:11/22/2021常見信號(hào)波形圖及頻譜

書p56

表3-

1第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

1111/22/2021·前言·示波器是一種用途廣泛的電子測(cè)量?jī)x器,用它能直接觀察電信號(hào)的波形,也能測(cè)定電壓信號(hào)的幅度、周期和頻率等參數(shù)。用雙蹤示波器還可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)之間的時(shí)間差或相位差。凡是能轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的電學(xué)量和非電學(xué)量都可以用示波器來觀測(cè)。借助示波器可以直觀地“看到”電路各點(diǎn)的狀態(tài)。3.2

通用示波器的組成及分類第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

1211/22/2021·根據(jù)示波器對(duì)信號(hào)的處理方式的不同可分為模擬、數(shù)字兩大類:·1、模擬示波器·——采用模擬方式對(duì)時(shí)間信號(hào)進(jìn)行處理和顯示?！?、數(shù)字示波器·——對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理后再顯示?！つM示波器可分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶示波器和專用示波器等。第三章信號(hào)的時(shí)域

、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)13示波器的分類11/22/2021基本組成部分:示波管、X軸放大器、Y軸放大器、掃描發(fā)生器（鋸齒波發(fā)生器）、觸發(fā)同步和電源·示波器是利用示波管內(nèi)電子射線的偏轉(zhuǎn),在熒光屏上顯示出電信號(hào)波形的儀器。一

、通用示波器基本組成第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

1411/22/2021二

、波形顯示原理

（

一

）示波管·CRT主要由電子槍、

本結(jié)構(gòu)如下圖所示。電信號(hào)變化為光信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成,基第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

1511/22/2021·電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束,它由燈絲F、陰極K、柵極G1和G2和陽極A1、A2組成。·通過調(diào)節(jié)G1對(duì)K的負(fù)電位可控制電子束的強(qiáng)弱,從而調(diào)節(jié)光點(diǎn)的亮度,即進(jìn)行“輝度”控制?！ふ{(diào)節(jié)A1的電位器稱為“聚焦”旋鈕,通過對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位；調(diào)節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。燈絲F陰極K

柵極G1

、G2

陽極A1

、A2第三章信號(hào)的時(shí)域

、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)161

、

電子槍11/22/2021電子在電子槍中的運(yùn)動(dòng)軌跡·電子束聚焦的原理：電子從陰極K發(fā)射，經(jīng)G1、G2、A1.A2聚焦和加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。幾個(gè)重要電位關(guān)系:UG1<UK；UG2>UA1；UG2>>UG1；UA2>UA1>>UK第三章信號(hào)的時(shí)域

、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)1711/22/2021加速加速E·示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對(duì)相互垂直的平行金屬板組成,分別稱為垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板?！ぎ?dāng)有外加電壓作用時(shí),偏轉(zhuǎn)板之間形成電場(chǎng)；在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)作用下,電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個(gè)坐標(biāo)位置?！榱耸静ㄆ饔休^高的測(cè)量靈敏度,Y偏轉(zhuǎn)板置于靠近電子槍的部位,而X偏轉(zhuǎn)板在Y的右邊。第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

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、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)11/22/2021·由陰極熱激發(fā)的電子經(jīng)第二陽極加速后,在到達(dá)熒光屏之前,還要經(jīng)過由水平偏轉(zhuǎn)極板和垂直偏轉(zhuǎn)極板所圍成的空間。在偏轉(zhuǎn)極板上加上幾十伏特的偏轉(zhuǎn)電壓。當(dāng)電子穿過偏轉(zhuǎn)極中間時(shí),由于受電場(chǎng)力的作用而使電子束偏離直線。偏轉(zhuǎn)電壓越大,電場(chǎng)力越大,熒光屏上的亮點(diǎn)偏離熒光屏中心越遠(yuǎn)——電偏轉(zhuǎn)原理。第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

19電偏轉(zhuǎn)原理11/22/2021其中:l為偏轉(zhuǎn)板的長(zhǎng)度；L為偏轉(zhuǎn)板中心到屏幕中心的距離；d為偏轉(zhuǎn)板間距；UA2為陽極A2上的電壓;UY偏轉(zhuǎn)板間電壓。第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

20Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度:電偏轉(zhuǎn)原理偏轉(zhuǎn)距離:Y11/22/2021ld·電子束偏轉(zhuǎn)距離與外加偏轉(zhuǎn)電壓成正比;·偏轉(zhuǎn)靈敏度越大(值越小),示波管越靈敏。但與被測(cè)電壓無關(guān)?！ぴ黾觢、L,減小d,都可以提高偏轉(zhuǎn)靈敏度?！p小UA2,提高靈敏度,但UA2低,亮點(diǎn)輝度變?nèi)酢樘岣遈軸偏轉(zhuǎn)靈敏度,可在偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個(gè)后加速陽極A3。彎折偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu):增加電子束偏轉(zhuǎn)角第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

21結(jié)論:電子束11/22/2021 3、熒光屏·熒光屏將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào),是示波管的波形顯示部分?！ぴ谑褂檬静ㄆ鲿r(shí),應(yīng)避免電子束長(zhǎng)時(shí)間的停留在熒光屏的一個(gè)位置,否則將使熒光屏受損。因此在示波器開啟后不使用的時(shí)間內(nèi),可將“輝度”調(diào)暗?！ぎ?dāng)電子束停止轟擊熒光屏?xí)r,光點(diǎn)仍能保持一定的時(shí)間,這種現(xiàn)象稱為“余輝效應(yīng)”。考慮：觀察高頻信號(hào)和緩慢變化的信號(hào)分別適用哪種余輝時(shí)間的示波管？第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

2211/22/2021光點(diǎn)僅在垂直方向偏移:Uy為正電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向上移；Uy為負(fù)電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。1．顯示隨時(shí)間變化的圖形（1）Ux、Uy為固定電壓時(shí)，有下面四種情況:光點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏的中心位置。(二)波形顯示的基本原理第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

2311/22/2021光點(diǎn)僅在水平方向偏移:Ux為正電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向右移；Ux為負(fù)電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。當(dāng)兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)加固定的正電壓時(shí),光點(diǎn)位置應(yīng)為兩電壓的矢量合成。第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

2411/22/2021a）僅在垂直偏轉(zhuǎn)板的兩板間加正弦變化的電壓,則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來回移動(dòng),出現(xiàn)一條垂直線段。（2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓，有下面兩種情況:第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

2511/22/2021b)僅在水平偏轉(zhuǎn)板的兩板間加鋸齒電壓,則光點(diǎn)只在熒光屏的水平方向來回移動(dòng),出現(xiàn)一條水平線段。第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

2611/22/2021（3）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓,X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓,熒光屏上將顯示出被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的一個(gè)周期的波形曲線。第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

2711/22/2021若兩信號(hào)的初相相同,且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同,在熒光屏上畫出一條與水平軸呈45度角的直線?！な静ㄆ鲀蓚€(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱為李沙育（Lissajous）圖形,在相位和頻率測(cè)量中常會(huì)用到。（4）

顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系第三章信號(hào)的時(shí)域

、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

2811/22/2021若兩信號(hào)的初相相差90度,且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同,在熒光屏上畫出的圖形為圓。第三章信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)

2911/22/2021·圖中電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡是1-2-3-4-5-6。到達(dá)6后由于x方向所加的電壓突然回到零,因此電子束將由6快速回到初始位置1。電子束的這種運(yùn)動(dòng)稱為掃描?！ねǔ?-6的運(yùn)動(dòng)稱為掃描正程；將6迅速返回1稱作掃描逆程,逆程的光 跡為連結(jié)6-1之間的線段。?光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過程稱為“掃描”,能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓。2

、掃描的概念第三章

信號(hào)的時(shí)域、頻域與數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)鋸齒波11/22/202130·uY周期:TY·uX周期:TX＝TY·uXuY共同作用下，亮點(diǎn)軌跡正好是一條與uY相同的正弦曲線。X大小可代表時(shí)間的長(zhǎng)短。第