第6章 频域测量仪器(20)
第6章-频域分析
1. 电路的频域分析
研究在不同频率的正弦激励作用下电路的稳态响 应，从而获得电路的频率特性。
2. 本章主要介绍
频域分析中的交流小信号分析 零极点分析。
计算机辅助电路设计与分析
RED APPLE STUDIO
1
6.1 交流小信号分析
1. 交流小信号分析
[1] 研究对象：在小信号输入情况下，电路的电压增益、频率 特性等性能。
计算机辅助电路设计与分析
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30
可以将F表示为以下两个等价的形式：
（1）多项式之比：
（2）多项式根的形式：
n
aiS i
F
i0 m
bjS j
i0
n
(S zi )
F(S) K
i0 m
(S pj )
j0
式中ai
,
b
为常数。
j
式中zi和p j分别是F (S)的零点和极点。
若输入源为1，则F为电路的传输函数，其形式可为： F(S) N(S) D(S ) 其中，N (S )和D(S )由上式定义。
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31
6.2 零极点分析
2. 网络函数的计算机生成方法 [1] 网络函数分母的生成：在频域分析的每个频点（对应一
个Si）上，对电路方程TX=B的系数矩阵T进行分解，有： LUX=B
在下右图所示的二极管交流小信号模型中，GDM和CD均依赖 于直流工作点。
ID RS
GDM RS
CD 二极管原始模型
CD 二极管交流小信号模型
计算机辅助电路设计与分析
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第6章 频域测量仪器
6.1.2 扫频信号形成电路
1.变容二极管扫频电路
（1）变容二极管
CD
C0 (1 U
)n
UD
PN结反偏
反压较小时，阻挡 层较薄，电容较大
反压较大时，阻挡 层较厚，电容较小
C0:PN结零偏时电容值；U:外加控制电压；UD:PN结电压；
n:电容变化指数，取决于PN结结构和杂质分布，扩散型管子， 杂质分布是缓变的，缓变结n=1/3;合金型管子，突变结n=1/ 2。一般n=(1-5)。
（2）变容二极管扫频原理 振荡回路并入 CD CD f
设扫频控制信号为：
U U0 UCOSt
U0:直流 UΩ:振幅 Ω：角频率
CD
C0 (1 U )n
UD
1
1
UD
C0 n
(U0 UCOSt
CD0
(1 mCOSt)
m U .......... ...电容调制度 UD U0
CD0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(1
C0 U0
（a）表示时间、频率和幅 值的三维坐标 （b）示波器显示的图形 （c）频谱仪显示的图形
图（a）、（b）分别示出了基波及二次谐波的幅度一样， 而相位不同的两个信号波形，这一相位的差别在示波器 上可十分明显地反映出来。但是，在频谱仪上，测量这 两个信号所显示出的频谱图却没有区别。所以，当需要 研究波形失真的原因时，示波器测量就有明显的优点。 然而，频谱仪也有它的特点，例如一个真很小的正弦波 信号，利用示波器观测波形就难于看得出来，但是，频 谱仪却能定量测出很小的谐波分量。
6.2 频谱分析仪
➢ 用示波器来观察信号波形，是在时间域内观 察信号，这时以时间 t作为水平轴，即信号 的时域分析。
➢ 若从一个信号所包含的频率成分观察信号， 用信号的频谱分布来描述信号，即信号的频 域分析或频谱分析。
频谱分析仪使用简介
• • • 第一章 信号分析简介 第二章 频谱仪工作原理 第三章 频谱仪重要指标
1
第一章 信号分析简介
1.1 信号的分类 1.2 为什么要进行频域测量 1.3 频谱分析仪典型应用
2
1.1 信号的分类：
按表现形式分：连续波信号，模拟调制信号，数字 调制信号，噪声信号。 对信号的分析包括：时域分析，频域分析，调制域 分析。
53
图37 剩余调频使信号模糊
54
d、相位噪声
相位噪声也称作边带噪声，它是由LO的不稳定 引起的，因为在某种程度上所有振荡器都存在 随机噪声的相位调制，在频域上就表现为信号 附近的边带噪声，这种边带噪声可能掩盖近端 的低电平信号。见图38。
55
图38 噪声边带掩盖小信号
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• 分辨率带宽对扫描时间的影响：
49db60db60dbbw60dbbwdbbwselectivity图33if滤波器的形状因子50图34中频滤波器矩形系数影响频谱仪对不等幅信号的分辨能力51图35低电平信号被淹没在大信号的裙边之中52图36中频滤波器性能数字滤波器测试结果模拟滤波器测试结果53c剩余调频影响频谱仪分辨率的另一个因素频谱仪的本振频率稳定度即lo的剩余调频这种不稳定度将被转移到任何混频产物中去并将无法确定是由lo还是输入信号引起的
41
.1 频率范围
频率范围指标是最基本且也是重要的，须注意的选择频谱仪时频率 范围不仅要覆盖信号的频率范围，还要考虑到谐波的测量，如无线
通信系统有时需测量信号的十次谐波。
表1 DS88xx频谱仪的测量范围
42
4.2 频率准确度和幅度准确度
4.2.1 频率准确度 • 频谱仪的频率准确度通常以频率读出准确度的指标给出， 它和以下因素有关：频率参考、扫宽、RBW和剩余误差 （剩余调频和边带噪声的影响等）。 对于单标记，即绝对测量时，DS8831Q系列指标是： ±2ppm，频率计数是精度为1Hz。 频率测量误差来源： 10 MHz OCXO 恒温晶振 频率计数器 （1 Hz 分辨率） 全频率合成本振
电子测量与仪器及课后答案 宋悦孝 主编
高等职业教育电子信息贯通制教材（电子技术专业）电子测量与仪器电子教学资料宋悦孝主编￥Publishing House of Electronics Industry北京BEIJING前言(为了配合《电子测量与仪器》课程的教学，体现教材的编写特色，更好地为读者服务，编写本教学资料。
教学资料内容包括三个部分：第一部分是教学指南，包括课程性质与任务、课程内容和要求、教学建议、教学时间分配。
第二部分是习题答案，给出了多数习题的详细解答过程。
第三部分是电子教案，采用PowerPoint课件形式。
教师可以根据不同的教学要求按需选取和重新组合。
限于编著者水平，教学资料中有错误或不妥之处，敬请读者给予批评指正。
)编者2003年12月~《电子测量与仪器》教学指南一、课程的性质与任务《电子测量与仪器》是电子与信息技术类专业及相近专业的一门必修技术课。
主要介绍电子测量基本概念、测量基本原理及常用电子测量仪器的基本组成与操作应用。
本课程的主要任务是使学生具备电子测量技术与测量仪器方面的基础知识和基本技能，为学生学习专业技术和职业技能奠定基础，使他们成为具有全面素质和实践能力的应用型技术人才。
主要教学目标是学习电子测量技术原理、测量仪器以及测试系统方面的专业知识和职业技能；学习分析问题、解决问题的基本方法；学习基本的科学思维方式和工作方法；培养职业道德、促进全面素质的提高。
为学生今后从事电子与信息技术类等方面的工作打下良好的基础。
（1）基本概念方面：基本概念主要包括测量数据处理、电子测量仪器使用与组成，以及测量原理等方面的概念。
掌握电子测量与仪器的基本概念是学习本门课程的基础，对于绝大多数基本概念，尤其对那些在工作实践中比较常用的概念应能够牢固掌握、灵活应用，并注意个别概念间的区别。
（2）测量技术方面：测量技术主要包括电压测量技术、波形显示与测量技术、频域测量技术、元器件测量技术、频率/时间测量技术、数据域测量技术等。
测量技术是进行测量工作的理论指导，也是测量仪器构成与应用的理论依据。
电子测量与仪器大纲和习题答案
【高等职业教育电子信息贯通制教材（电子信息工程专业）电子测量和仪器电子教学资料宋悦孝主编Publishing House of Electronics Industry北京BEIJING前言*为了配合《电子测量和仪器》课程的教学，体现教材的编写特色，更好地为读者服务，编写本教学资料。
教学资料内容包括三个部分：第一部分是教学指南，包括课程性质和任务、课程内容和要求、教学建议、教学时间分配。
第二部分是习题答案，给出了多数习题的详细解答过程。
第三部分是电子教案，采用PowerPoint课件形式。
教师可以根据不同的教学要求按需选取和重新组合。
限于编著者水平，教学资料中有错误或不妥之处，敬请读者给予批评指正。
编者2003年12月,《电子测量和仪器》教学指南一、课程的性质和任务《电子测量和仪器》是电子和信息技术类专业及相近专业的一门必修技术课。
主要介绍电子测量基本概念、测量基本原理及常用电子测量仪器的基本组成和操作使用。
本课程的主要任务是使学生具备电子测量技术和测量仪器方面的基础知识和基本技能，为学生学习专业技术和职业技能奠定基础，使他们成为具有全面素质和实践能力的使用型技术人才。
主要教学目标是学习电子测量技术原理、测量仪器以及测试系统方面的专业知识和职业技能；学习分析问题、解决问题的基本方法；学习基本的科学思维方式和工作方法；培养职业道德、促进全面素质的提高。
为学生今后从事电子和信息技术类等方面的工作打下良好的基础。
（1）基本概念方面：基本概念主要包括测量数据处理、电子测量仪器使用和组成，以及测量原理等方面的概念。
掌握电子测量和仪器的基本概念是学习本门课程的基础，对于绝大多数基本概念，尤其对那些在工作实践中比较常用的概念应能够牢固掌握、灵活使用，并注意个别概念间的区别。
（2）测量技术方面：测量技术主要包括电压测量技术、波形显示和测量技术、频域测量技术、元器件测量技术、频率/时间测量技术、数据域测量技术等。
现代仪器分析 第六章 核磁共振波谱法PPT课件
❖核磁共振波谱法：利用核磁共振波 谱进行结构（包括构型、构象）测定 、定性及定量的方法。
第一节 概 述
核：磁性质的原子核 磁：外加磁场 共振：吸收射频辐射产生核自旋能
级跃迁，产生NMR信号
研究的对象是处于强磁场中原子核对射频辐射的吸收
③
H0=0
E＝
h
2
H
0
m＝+1/2
I (I 1) I (I 1)
I＝1/2核的能级分裂
ω0 = 2πν0 = γH0 ν0 = γH0/ (2π)
h 0
E
h 2
H0
0
2
H0
第 三 节 核磁共振波谱仪
（一）主要组成及部件的功能
共振吸收法是利用原子核在磁场中，能级跃迁时核磁矩方 向改变而产生感应电流，来测定核磁共振信号。
结论：质量数和电荷数两者或其一为奇数时，才有非零的核自 旋量子数。
I = 0 时，P = 0，原子核无自旋现象 I≥ ½ 时，原子核有自旋现象
Ｉ＝1/2的原子核
11H ,
163C,
199F ,
175N ,
P 31
15
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁 矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有机化合物 的主要组成元素。
2、物理化学研究方面 可以研究氢键、分子内旋转及测定反应速率常数等。
第一节 概 述
3、在定量方面 可以测定某些药物的含量及纯度检查。
4、医疗与药理研究 由于核磁共振具有能深入物体内部，而不破坏样品的特点，因 而可进行活体研究，在生物化学药品方面也有广泛应用。如酶 活性、生物膜的分子结构、癌组织与正常组织鉴别、药物与受 体间的作用机制等。近年来，核磁共振成像仪，已用于人体疾 病的诊断。
电子测量仪器课程标准
《电子测量仪器》课程标准课程名称：电子测量仪器适用专业：（中职）应用电子学时：72学分：4一、引言本课程是全国中等职业学校电子类专业的专业基础课。
本课程主要是了解常用电子测量仪器的使用、性能及主要技术指标，理解电子测量仪器的组成和工作原理，会对测量结果进行简单的数据处理；为以后的电子技术基础等相关课程打下基础，从而更好的学习后面课程。
一、课程性质本课程主要是了解常用电子测量仪器的使用、性能及主要技术指标，理解电子测量仪器的组成和工作原理，会对测量结果进行简单的数据处理；理论和实际相结合的电子技术课程。
二、课程设计思路课程设计思路：按照我校中等专业学校培养计划，结合实践性教学培养学生实际操作能力，使学生加深理解，着重培养学生的务实能力，能够学以致用，特别是为电子技术专业课程知识学习和应用打好良好的基础，能分析和解决一些电子技术仪器的使用和故障问题。
三、课程目标1、知识目标：了解电子测量的内容、特点和测量方法。
理解误差的来源、表示方法和分类。
掌握测量结果的表示方法和数据处理。
了解现代智能仪器的基本工作原理，理解常用电子测量仪器的组成和工作原理。
能阅读电子测量仪器说明书，能根据被测对象正确地选择仪器。
熟练掌握常用电子测量仪器的操作技能。
能正确使用仪器完成基本测量任务。
能对测量结果进行简单的数据处理。
2、能力目标：能正确使用常用电子测量仪器，在电子产品设计和维修中，能熟练使用电子测量仪器进行相关测量工作。
3、职业素质目标：培养学生的分析问题、解决问题的能力，以及逻辑思维能力；培养学生的创新能力和实践能力；培养学生实事求是、严谨负责的科学态度和良好的工作习惯；培养团队合作能力和组织协调能力四、内容标准五、实施建议（一）教学建议由于本课程的主要教学内容涉及基本的电子测量仪器的工作原理和使用方法的教学环节，必须通过实验、实训才能达到应用技能的培养目标。
建议：（1）在教学过程中应加强学生操作技能的培养，采用案例教学或项目教学，注重以任务引领，提高学生学习兴趣。
《频域测量》课件
目录
• 频域测量的基本概念 • 频域测量的基本原理 • 频域测量的常用仪器 • 频域测量的实际应用 • 频域测量的最新发展
01 频域测量的基本概念
频域测量的定义
频域测量是一种通过分析信号在频率 域的特性来获取信息的方法。它通过 将信号从时域转换到频域，利用频率 特性来描述信号的特征。
快速傅里叶变换（FFT）
一种高效的计算离散傅里叶变换的方法，能够快速得到信号的频谱。
频谱分析的窗函数
在进行傅里叶变换时，使用不同的窗函数可以得到不同分辨率的频 谱，窗函数的选择对于频谱分析结果的影响较大。
频域测量中的滤波器
低通滤波器
允许低频信号通过，抑 制高频信号，用于提取
信号的低频成分。
高通滤波器
频谱分析仪通常具有较高的频率分辨 率和动态范围，能够测量不同频率下 的信号强度和失真。
它能够分析信号在不同频率下的表现， 帮助工程师了解信号的频域特性。
频谱分析仪广泛应用于通信、雷达、 电子对抗、音频等领域。
网络分析仪
网络分析仪是一种用于测量网络 参数的仪器，如电压驻波比
（VSWR）、传输系数、相位等。
人工智能在频域测量中的应用
人工智能技术为频域测量提供了新的方法和思路，能够自动识别、分类和预测信 号的特征和行为。
通过训练神经网络、支持向量机等机器学习算法，可以实现对信号的自动分类、 异常检测和模式识别等功能，提高了频域测量的智能化水平。
频域测量与其他测量方法的结合
频域测量方法可以与其他测量方 法相结合，形成多维度的信号分 析方法，从而更全面地了解信号
成不同频率分量的叠加。
频谱分析
通过分析信号的频谱，可以了解信 号中各个频率分量的幅度和相位信 息，从而对信号进行深入理解和分 析。
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（2）变容二极管扫频原理 振荡回路并入 C C
D D
f
设扫频控制信号为：
U U0 UCOS t
U0:直流 UΩ:振幅 Ω：角频率
C0 C0 C D0 CD U n n (1 mCOS t ) (1 ) 1 UD (U 0 U COS t 1 UD U m .......... 电容调制度 ... U D U0 C D0 C0 ....... 偏置电压为 .... 0.时的电容值 U U0 n (1 ) UD
6.2 频谱分析仪
用示波器来观察信号波形，是在时间域内观 察信号，这时以时间 t作为水平轴，即信号 的时域分析。 若从一个信号所包含的频率成分观察信号， 用信号的频谱分布来描述信号，即信号的频 域分析或频谱分析。 信号的频谱分析是很有用的，它往往能够提 供在时域观测中所不能得到的独特信息。频 谱分析仪（简称频谱仪）是信号频域分析的 重要仪器。
电 子 测 量 技 术
常州信息职业技术学院
第6章 频域测量仪器
• 6.1 频率特性测试仪 • 6.1.1 频率特性的测式方法 • 6.1.2 频率特性测试仪的组成 • 6.1.3 频率特性测试仪工作原理 • 6.1.4 BT-3频率特性测试仪主要技术指标 • 6.1.5 BT-3频率特性测试仪的使用方法 • 6.2 频谱分析仪 • 6.2.1 模拟式频谱仪 • 6.2.2 扫描调谐式频谱仪 习 题
（a）表示时间、频率和幅 值的三维坐标 （b）示波器显示的图形 （c）频谱仪显示的图形
图（a）、（b）分别示出了基波及二次谐波的幅度一样， 而相位不同的两个信号波形，这一相位的差别在示波器 上可十分明显地反映出来。但是，在频谱仪上，测量这 两个信号所显示出的频谱图却没有区别。所以，当需要 研究波形失真的原因时，示波器测量就有明显的优点。 然而，频谱仪也有它的特点，例如一个真很小的正弦波 信号，利用示波器观测波形就难于看得出来，但是，频 谱仪却能定量测出很小的谐波分量。
6.1.2 扫频信号形成电路
1.变容二极管扫频电路
（1）变容二极管
反压较小时，阻挡 层较，电容较大
C0 CD U n (1 ) UD
PN结反偏
反压较大时，阻挡 层较厚，电容较小
C0:PN结零偏时电容值；U:外加控制电压；UD:PN结电压；
n:电容变化指数，取决于PN结结构和杂质分布，扩散型管子，
6.1 频率特性测试仪
6.1.1 频率特性的测式方法
1．点频测量法
电子电压表 正弦信 被测 电路
号发生器
电子电压表
2．扫频测量法 被测网络 b 扫频 振荡器 a 扫描 电路
频标电路
c 检波 电路 d Y放 大器
扫频测量法简单、速度快，可以实现频率 特性测量的自动化。由于扫频信号的频率 变化是连续，所以不会像点频法那样由于 测量的频率点不够密而遗漏某些被测特性 的细节。
二极管接入振荡电路后，振荡回路瞬时频率为：
1 LC D
1 LC D 0
(1 mCOS t )
n 2
n 0 (1 mCOS t ) 2
0
1 LCD0
: 偏置为...... U 0时的频率（扫描中心频 率）
当n 2时， 0 1 mCOSt) （
（3）变容二极管扫频振荡器
6.2.2 扫频外差式频谱仪
扫频外差式频谱仪是按处差方法来选 择所需频率分量,这种方法的特点是中 频是固定的,只要改变本机振荡器频率 即能达到选频目的,从而可以省去大量 选频滤波器.
用扫频振荡器作为外差接收的本机振荡器.当扫频振荡器的 频率fL(t)在一定范围内扫动时,输入信号中的各个频率分量 (比如fx1在混频器中与fL(t)产生差频f0= fL(t)- fx1）依 次落入窄带滤波器的通带内,被滤波器选出并经检波器加到 示波垂直偏转系统,即光点的垂直偏移正比于该频率分量的 幅值.由于示波管的水平扫描电压就是调制扫频振荡器的调 制电压,故水平轴已变成频率轴,这样,屏幕上将显示出输入 信号的频谱图。 实际上在屏幕上看到的并非是一条条理想的谱线。这是因 为，利用外差方法，并对本机振荡器进行扫频，其等效结果 可形象地看作窄带滤波器滤波特性曲线以扫频速度依次扫过 各个输入频率分量，由于实际的窄带滤波器具有一定的通带 宽度，犹如一个窗口（如图7-26所示），故在屏幕上看到的 谱线实际上是一个个窄带滤波器的动态幅频特性曲线图形。
6.2.1 模拟式频谱仪
模拟式频谱仪是以模拟滤波器为基础，即用适当的滤波器选 区出被测信号的频率分量。图7-25所给出的方框图是按顺序 分析法（滤波法）组成的示意图，输入信号经前置放大器放 大后送入一组带通滤波器，它们的中心频率分别为…，由各 滤波器选区出的频率分量通过与阶梯波扫描电压同步的步进 换接开关S顺序接入检波，放大加到示波管垂直偏转板，这 样，一旦信号出现，在屏幕上将显示出被测信号的频谱图。 所以，这种频谱仪是实时的。 这种频谱仪需要大量的窄带滤波器（一般需要价昂的晶 体滤波器），例如，一台频率范围为20Ｈz -----20KHz的音 频频谱仪，即频宽为三个10倍频程，若每10倍 频程配置十 个滤波器，则需要三十个滤波器。