重庆科创职业学院实验指导书无源网络与有源网络的幅频特性测量.docx

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重庆科创职业学院实验指导书无源网络与有源网络的幅频特性测量

实验八无源网络与有源网络的幅频特性测量

一、实验导读

在电子电路中，电信号是通过电路传输的。

例如电视机的声音、图像。

要使电路更有效、不失真地对电信号进行传输，必须对电路的设计（如增益、带宽）提出要求。

因此对电信号、电路的特性分析研究是电子测量的两个重要内容。

频域响应特性的测量是把幅度恒定、频率在一定范围内变化的一定量激励信号输入到被测电路，常用频率特性测试仪（简称扫频仪）观测电路输出电压或电平以及相位随输入信号频率变化特性。

★★

BT-300扫频图示仪使用说明

Ⅰ、特点：

1、全扫、宽扫、窄扫、点频四种工作模式以满足不同的测试需要。

2、100MHz、100/10MHz、10/1MHz，复合频标使频率确定快捷、方便。

3、单片机编程控制、数字显示的粗细衰减比传统的机械式衰减寿命长，操作简便。

4、110×140mm2绿色超平管显示，分辩率高，视觉舒适。

Ⅱ、机型特点：

BT-300频率范围1~300MHz

Ⅲ、安全信息：

：

表示通电后此处有高压，维修时要小心。

Ⅳ、安全注意事项：

1、电源线保护：

将电源线插入或拨出时，要牢靠地握住插头；勿用湿手插拨电源插头，电源线应远离电烙铁等加热设备，勿将重物放于电源线上。

2、放置地方：

请勿将机器放于有强烈振动或靠近热源区域，或受阳光直射之处，或灰尘过多之处，为免触电，勿擅自打开机壳。

3、清洁：

用干软布清洁本机，但绝不可将液体泼入机内。

1、概述

BT-300系列扫频图示仪是一种自带显示，能在1-300MHz频率范围内实现全扫、宽扫、窄扫、点频的超高频测量仪器。

100MHz、100/10MHz、10/1MHz，复合频标，79dB电控数显衰减功能，7英寸方形绿色显示屏，使对各种有源、无源如宽带放大器、雷达中、高频放大器、高通、低通、带通滤波器频率特性的测试变得方便、快捷、精确。

广泛应用于广播电视，CATV卫星通信，雷达接收机等生产科研单位及大专院校。

2、性能指标

2．1频率范围：

1-300MHZ

2．2扫频方式：

全扫、守扫、窄扫、点频。

2．2．1全扫：

300MHZ扫频宽度。

2．2．2宽扫：

扫宽10~70MHZ可调，中心频率可在1~300MHZ内任意设置。

2．2．3窄扫：

扫宽3~30MHZ可调，中心频率可在1~300MHZ内设置。

2．2．4点频：

在标定的频率范围内任一频点，可输出单频等幅正弦波。

2．3输出电平：

衰减置0dB，50Ω负载上电平有效值不小于0．5Vrms。

2．4输出平坦度：

±0．5dB（全扫、衰减置0dB）。

2．5输出阻抗：

50Ω。

2．6扫频线性：

任意连续两段相同扫宽的显示距离之比小于1：

1．3。

2．7输出衰减：

2．7．1粗衰减：

10dB×7步进、单片机控制、数字显示。

2．7．2细衰减：

1dB×9步进、单片机控制、数字显示。

2．7．3衰减精度：

误差≤±（0．2+0．3A）dB，A为标称衰减量。

2．8频率标志：

2．8．1频标种类：

100MHZ、100/10MHZ、10/1MHZ高低脉冲复合显示、外频标。

2．8．2频标精度：

100MHZ晶振误差优于±50×10-6。

2．8．3频标形状：

脉冲、亮点两种。

2．8．4外频标输入信号电平：

250mVrms。

2．9显示：

2．9．1显示屏有效面积：

110×140mm2。

2．9．2垂直偏转灵敏度：

优于15mVP-P/div。

2．10电源：

AC220V±10%、50HZ±5%，50VA。

2．11重量：

8．5Kg。

2．12外形尺寸：

320×360×166（mm3）。

3、前面板说明（如图一）

1）电源开关：

按下时接通仪器电源，开关下小指示灯亮。

2）显示屏幕：

7英寸绿色长余辉超平显像管。

3）显示亮度调节旋钮：

用于调节合适的图示亮度，顺时针到底时图形曲线最亮。

4）亮点频标及电源同步扫描键：

左键按下为脉冲频标，弹起为亮点频标，右键弹起时扫描与50Hz市电同步，此时扫描调节不起作用。

在亮点频标方式下，先调节亮度旋钮显示变暗，再调节频标幅度旋钮，使亮点频标清晰。

在50Hz同步扫描方式下可有效克服电源干扰。

5）扫频方式按键：

四位互锁按键开关，用于选择全扫、宽扫、窄扫、点频四种工作模式。

6）中心频率调节旋钮：

顺时针旋转，中心频率升高。

7）频标方式按键：

四位互锁按键开关，用于选择100MHz、100/10MHz、10/1MHz及外频标四种频标组合。

8）频标幅度调节旋钮：

顺时针旋转，脉冲频标幅度增大，亮点标志变亮。

9）频标调节旋钮：

顺时针调节，脉冲频标增宽，亮点标志水平方向变宽。

10）扫描速度调节旋钮：

非电源同步扫描方式时，可调节水平扫描速度，慢扫对窄带网络测试是需要的。

11）Y移位调节旋钮：

调该旋钮，使图形在屏幕垂直方向上、下位移。

12）Y增益调节旋钮：

按输入信号大小调节该旋钮，使图形线在屏幕有效面积内有合适的高度，以便于观测。

13）Y极性选择按键：

用该开关转换显示图形线的方向，这对不同极性的检波是有用的。

14）Y输入接口：

输入经检波的射频信号包络，以观测网络的频率特性。

15）扫频宽度调节旋钮：

宽扫时，使扫宽在10~70MHz范围内调节，窄扫时使扫宽在3~30MHz范围内调节，全扫时该旋钮无效。

16）细衰减调节按键：

按“+”时，衰减以1dB步进增加，最大9dB，按“-”时，衰减以1dB步进减小。

17）外频标输入接口：

18）粗衰减调节按键：

按“+”时，衰减以10dB步进增加，最大70dB，按“-”时，衰减以10dB步进减小。

19）接地端：

20）射频输出接口：

21）射频衰减值dB数显示：

范围0~79dB。

4、仪器后面板功能介绍（见图二）

1）电源插座：

要求220V±10%、50HZ±5%，波形无严重畸变的交流电源，用本机附带的专用电源线连接。

2）保险丝座：

250V/1A，更换时只可按此规格。

5、工作原理（参考图整机方框图）

5．1电源部分

输入交流220V市电经变压器降压、整流、滤波、稳压，输出±12V、±5V、±24V直流稳定电压。

5．2高压发生器

7英寸显像管所需的第一、第二阳极电压由高压发生器产生，这实际上是一个自激式振荡电路，振荡脉冲经高频变压器升压，整流得到7.5KV直流高压，供显像管第一阳极，振荡脉冲经倍压整流电路产生400V直流中压供显像管第二阳极。

5．3控制电路

5．3．1锯齿波发生器：

该电路输出的锯齿波分两路：

一路送水平偏转放大器，为显像管提供水平扫描电流，一路送扫频方式控制电路。

锯齿波最高频率为50HZ，为抑制市民干扰，50Hz扫描时锯齿波与市电频率同步。

5．3．2扫频方式控制电路

四位互锁按键开关变换锯齿波的分压比，再经放大与中心频率控制直流电平叠加后送线性校正网络。

该网络把锯齿波变形以补偿扫频变容二极管的非线性，以期限得到随时间线性变化的扫频信号。

5．4扫频信号发生器

该部分由定频、扫频、混频、前置放大四部分组成，改变加于变容管两端的锯齿波电压，即可改变扫频宽度，定频信号与扫频信号经双平衡混频器，产生1~300MHZ的扫频信号，经前置放大输出。

5．5宽带放大器

扫频信号发生送来的信号经该部分功率放大，幅度稳定，使50Ω负载上得到大于0.5Vrms稳幅扫频信号。

稳幅实际上是一个自动闭环反馈过程，宽放末级取样检波信号在一个高增益运算放大器中与基准电压进行比较，用其输出控制宽放输入端PIN管的衰减大小。

自动调节宽放输入大小，使输出电平稳定。

5．6电控衰减器

电控衰减器的使用，免去传统式机械衰减器因机械接触带来的衰减误差和短寿命，使衰减操作变得轻松直观。

5．7频标电路

晶体振荡器产生的100MHz信号经放大整形后与宽放来的扫频信号混频、滤波、放大、产生100MHz频标信号送到Y放大器，迭加在扫频线上。

10MHz和1MHz频标信号经分频，而得来的，这两个信号经放大和整形，使其产生丰富的谐波分量，再与宽放来的扫频信号混频，放大，取其差拍附近的低频信号，即为10MHz，1MHz频标。

频标组合方式由四位互锁开关控制选择。

5．8Y前置及偏转放大器

被测信号经检波后，经垂直前置及偏转放大，送到显像管垂直偏转线圈，在屏上显示被测设备的特性曲线。

6、使用注意事项

6．1使用前，应仔细阅读本说明书，熟悉前面板各旋钮，开关的功能后，才可开机使用。

6．2测量前，要校验仪器的主要技术指标，特别要强调的是为了保证您的测量结果，射频稳幅指标是要经常校验的。

6．3测量时必须注意阻抗匹配，本机射频输出和检波器输出均为50Ω，若您的网络为75Ω阻抗，就要使用50~75Ω阻抗匹配器。

6．4射频连接电缆要尽量短。

6．5被测设备的输出、输入不允许有直流，过高的直流会导致仪器损坏。

7、开机和基本调节

7．1接上电源线，把50Ω检波器接至RF输出端，检波器输出接至Y输入，便可开机。

7．2按电源开关

（1），电源开，电源指示灯亮，调节亮度钮使扫描或扫频线亮度适当。

扫频方式置全扫，频标选择置100MHz，电控衰减器置0dB，调节Y移位，Y增益旋钮，使扫描基线和扫频线在有效面积之内，其高度以便于观测为原则。

8、检查仪器的主要性能指标

为得到正确的测试结果，不只是新购进的仪器，就是运行中的仪器，也应定期进行检查，发现问题时，及时调整，以免延误您的测试。

8．1频率范围的检查

把扫频方式置全扫，频标选择置100MHz，对于BT-300，屏幕有效面积之内应有三个100MHz频标。

8．2频标标组合的检查

扫频方式置宽扫，频标选择置100/10MHz，每两个100MHz大脉冲频标间应有九个10MHz小脉冲频标。

扫频方式置宽扫，频标选择置10/10MHz，每两个10MHz大脉冲频标间应有九个1MHz小脉冲频标。

8．3扫宽和频率的检查

扫频方式置宽扫，频标选择置10/10MHZ，当中心频率旋钮从左至点旋至右至点时，用频标计数中心频率及扫频宽度应符合规定。

扫频方式置窄扫，重复上述步骤。

8．4扫频线性检查

在全扫或宽扫、窄扫任一工作方式时在仪器规定的频率范围内，任意连续两段相同扫宽的显示距离之比小于1：

1．3。

8．5输出功率检查

把超高频毫伏表接到仪器输出口，仪器衰减置0dB，扫频方式置点频，调节中心频率旋钮从左至右，在规定的频率范围内，毫伏表指示大于0．5Vrms。

8．6显示平坦度的检查：

仪器衰减置0dB，扫频方式置全扫，用50Ω检波器连接仪器的射频输出接口与Y输入，其它如基本调节，在仪器规定的频率范围内，显示起伏不得大于±0．5dB。

（测量时可用1dB细衰减定度）

为进行较详细的观测，扫频方式可置宽（窄）扫，脉冲频标幅度调到最窄，幅度不宜过大。

8．7Y偏转灵敏度的检查

给Y输入6mVP-P正弦信号，当Y增益旋钮最大时，屏幕大于4格。

9、测量方法

按被测试网络的特性选择频度范围，射击队频输出大小。

被测网络的输入、输出阻抗与仪器的射频输出、检波器输入阻抗必须匹配，若你的被测网络阻抗为75Ω，则必须使用50~75Ω阻抗变换器，其它如基本调节，以下介绍几种典型的测量方法，供参考。

9．1无源网络传输特性的测量

如图接线，衰减置0dB，调节相关旋钮，使图形曲线在屏幕有效面积内便于观测，一旦调定，Y增益、移位不可再动，此时曲线的最高线为0dB，用频标确定网络的通带、阻带；用细衰减确定其3dB，用粗衰减确定带外衰减置，当细衰减向下步进3dB时，0dB线位移处即为-3dB线，记住其位置，-3dB线水平方向所包括的频率范围即3dB带宽。

粗、细衰减配合向下步进到图形0dB线与带外某频率段的高度一致，衰减值即该频率段的衰减量。

9．2有源网络传输特性的测量

有源网络的测量，被测网络的输入，输出端应无直流，否则，应用电容隔直；还必须按被测网络的增益及最大输出电平估算输入到被测件射击队频的大小，电平太高时，被测件饱和失真，电平太低时，显示图形太小，影响面容，另外，被测件送给检波的电平不大于100mW，以免烧坏检波管。

例如测量某宽带放大器，首先校验仪器；把检波器接到射频输出，衰减置0dB，其它的如基本调节，使黑穗病基屏幕有效面积之内，以便于观察和分辩。

调好之后，Y增益和位移不可再动，此时的电平线作为0dB电平线，为便于确定被测件的频率范围，开始时让仪器工作于全扫状态，精确测量时，可按被测件的频率特性确定扫宽和中心频率。

仪器校准后把被测件接在射频输出和检波器间，粗衰减置30dB或40dB（根据放大器增益估计），接通放大器电源，再调粗、细衰减，便电平线回到原来的0dB位置，此时衰减读数即为放大器的增益（dB）。

用与无源网络测量同样的方法，确定其3dB带宽和带内，带外衰减。

放大器的频率范围由频标确定。

9．3谐振回路的测量

50Ω的射击队频输入及50Ω检波器的接入，都会使被测件谐振曲线被阻尼，图形变宽，幅度变小；检波器的分布电容还会改变被测件的谐振频率，频率越高，这种影响越大，为此，必须使仪器与被测件松耦合，例如在被测件输入端加电阻，最好采用高阻探头，并在探头输入加一小电容与被测件耦合，以减小被测回路可能产生的失谐和阻尼。

谐振频率，3dB带宽的确定方法同前。

9．4振荡频率的测量

把被测件的信号接至仪器的外频标输入，工作方式置全扫，频标方式置外，当被测件振荡输出幅度不小于300mV时，在扫频线上应能看到脉冲频标信号，再利用内频标与其对比，便可知被测件的信号频率。

9．5电缆频率特性的测量

把被测电缆看作一个四端网络，与测无源网络传输特性的方法一样，确定其频率特性线。

★★

二、实验类型

本实验为演示性实验。

三、实验类别

技术（专业）基础。

四、实验条件

扫频仪一台（包括附件、连接线等）、展台、投影、无源传输网络（电缆代用）、有源网络（KP-12高频头代用）、电源等。

五、实验目的

1、了解扫频仪的功能和作用，认识扫频仪的面板组成。

2、掌握扫频仪的操作方法。

3、重点是正确、安全地利用扫频仪对各种网络的测量。

4、难点是在实践中，通过对网络测量的数据进行分析和研究，优选改造方法，提高网络传输质量。

六、实验内容与步骤

（一）实验内容

1、无源网络传输特性测量（可用电缆代替）。

2、有源网络幅频特性测量（KP-12型高频）。

3、振荡频率测量。

（二）实验要求

1、该实验为演示性实验。

2、通过本演示实验，让学生认识到任意放大器都有一定的带宽，并在带内各频率成份放大增益是不等的。

3、理论与实践相结合。

（三）操作步骤

1、无源网络传输特性测量。

①开机和基本调节（记住设置扫频线所在位置为0dB，参见说明书第七节，以下不再说明，如图一）。

②将被测网络连接于扫频仪RF输出与检波器之间（如图二）。

③用频标确定网络的通带、阻带；用细衰减确定其3dB带宽。

用粗衰减确定带外衰减量。

2、有源网络幅特性测量。

①开机和基本调节。

②将被测网络连接于扫频仪RF输出与检波器之间。

注意：

检波器的输入电平应在0．5Vrms-100mw之间，并且网络的输入输出端无直流电平，否则，应用电容隔直。

③根据放大器增益估计衰减调节的分贝值，接通放大器电源，再调粗、细衰减，使扫频电平线回到原来0dB位置，此时衰减读数即放大器的增益（dB）。

其它数据测量方法如同无源网络测量。

3、振荡频率测量

①开机和基本调节。

②被测信号（幅值不小于300mV）接至仪器的外频标输入，工作方式置全扫，频标方式置外，在扫频线上能看到脉冲频标信号。

③利用内频标与其对比，读出脉冲频标与近似重合的内频标指示值，就是外频信号的频率。

（四）实验记录

1、根据演示填写下表。

测量网络名称

通带

阻带

带宽

带外衰减

增益

频率

2、画出各测量网络的幅频特性图。

七、实验报告要求

1、根据记录在幅频特性图标明各数据所指频率范围。

2、简要说明各幅频特性图的特点。

八、问题与思考

根据KP-12高频头幅频特性曲线与标准指标的对比，指出该曲线所要修改的参数。