频率特性测试仪的规划和调试

一、试验意图

1．了解虚拟信号发生器如安在软件操控下发生扫频信号。
2. 了解虚拟仪器试验渠道的滤波器幅频特性的主动测验原理。
3．把握滤波器特性的测验办法。

1．发生扫频信号。
2．调用动态函数库，编写频率特性测验程序。
3．规划依据虚拟仪器的频率特性测验仪。
4．运用规划的频率特性仪对滤波器进行测验。

1．核算机 1台
2．SJ-8002B电子丈量试验箱 1台
3．滤波器电路试验板 1块
4．数字示波器 1台

1．线型体系频率特性丈量基本原理

频率响应是指线性网络对正弦输入信号的稳态相应，也称为频率特性。网络的频率特性一般都是复函数，它的绝对值代表这频率特性中的起伏随频率改动的规则，称为幅频特性；相角或相位表征了网络的相移随频率改动的规则，称为相频特性。线型网络的频率特性丈量包含幅频特性丈量和相频特性丈量。
点频丈量法：输出某一所需的单一频率接连波信号。对应的频率特性丈量办法。
扫频丈量法：频率源输出能够在丈量所需的规模内接连扫描，以便接连测处各点频率上的频率特性成果并当即显现特性曲线，这样的方法便是扫频丈量。

2．线型体系幅频特性测验的核算。

图1 线型体系幅频特性核算原理

此刻的X(S),Y(S)为输入电压和输出电压的拉氏改换。

对应的

3．本试验中幅频特性丈量的硬件基本原理

图2 硬件基本原理

首要经过直接数字组成的正弦信号作为扫频信号源，经过Aout1送到滤波器试验板电路和第2路收集通道的输入端，1路通道将收集经过滤波后的信号，将相同频率的信号经A/D采样后送入存储器中，再送入核算机中，将滤波后信号的有效值处以未滤波信号的有效值，得到该频率下的幅频特性曲线。

4．直接数字组成基本原理

（1）DDS组成原理

直接数字组成（Direct Digital Synthesis）的基本原理是依据取样技能和核算技能，经过数字组成来生成频率和相位关于固定的参阅频率可调的信号。其完好的DDS原理框图如图3所示。

图3 DDS组成原理

首要由：相位累加器、ROM波形存储器、DAC数模转化器以及低通滤波器组成。全体的作业原理如下：首要相位累加器依据输入的频率操控码输出相位序列，并作为波形存储器RAM的地址，RAM里边可所以预先寄存的固定波形的一个周期的幅值编码，也可所以用户在运用进程中存入的恣意波形的起伏编码，这样RAM的数据线上就发生了一系列的起伏编码数字信号，然后把该编码经过D/A转化得到模仿的阶梯电压，最终经过低通滤波器使其滑润后即得到所需求的模仿波形。
频率操控字和时钟频率一同决议着DDS输出信号的频率，频率分辨率正比于体系的时钟，而反比于相位累加器的位数。

它们之间的联系满意：

相应的，其频率分辨率为：

（2）相位累加器原理

假如改动地址计数器计数步进值（即以值来进行累加），则在坚持时钟频率和ROM数据不变的状况下，能够改动每周期采样点数，然后完结输出频率的改动。例如：设存储器中存储了个数据（一个周期的采样数据），则地址计数器步进为1时，输出频率，假如地址计数步进为，则每周期取样点数为，输出频率

（3）DDS的功用

DDS信号源输出的信号实践上是以时钟的速率对波形进行取样，从取得的样本值中康复出来的。依据取样定理，所以。实践中一般取。当时，输出频率最小，。输出频率的分辨率由相位累加器的位数决议，即。
例如：参阅时钟频率为1GHz，累加器相位为32位，则频率分辨力为0.233Hz。而改动时，其频率分辨力不会发生改动，因而DDS能够处理方便改换与小步进之间的对立。因为D/A、存储器等器材的约束，DDS输出频率的上限不高，现在仍只能到达几十MHz。

5．滤波器原理

滤波器的功用是有挑选地让必定频率规模内的信号经过，对此频率规模以外的信号按捺或急剧衰减。在信号处理、数据传输、按捺搅扰等方面有广泛的运用，只是由RLC元件串联组成的滤波器称为无源滤波器。由RLC元件与运算扩大器组成的滤波器称为有源滤波器

（1）一阶无源低通滤波器

一阶无源低通滤波器电路如图4所示，幅频特性如图5所示，其间截止频率?。

图4 一阶无源低通滤波器电路 图5 一阶无源低通滤波器幅频特性

（2）一阶有源低通滤波器

在一阶RC低通滤波器电路的输出端再加上一个同相份额扩大电路，就成为一阶有源低通滤波器，不只具有滤波功用，还能起扩大作用。一阶有源低通滤波器电路如图6所示，幅频特性如图7所示，其截止频率。

图6 一阶有源低通滤波器电路 图7 一阶有源低通滤波器幅频特性

（3）二阶有源低通滤波器（压控电压源VCVS）

二阶有源低通滤波器电路如图8所示。它是一种具有正相增益的常用二阶低通滤波器电路，运放和它的两个衔接电阻、构成一个电压操控电压源（VCVS）。运放的增益为，它为滤波器供给了增益。幅频特性如图9所示，其间截止频率。

图8 二阶有源低通滤波器电路 图9 二阶有源低通滤波器幅频特性

VCVS滤波器具有元件数量少、输出阻抗低、元件间差值规模小和扩大才能比较高级长处。并且增益值可用电位器微调、进行准确的调整。VCVS滤波器一般用于品质因数值不高于10的场合。

（4）二阶有源高通滤波器（压控电压源VCVS）

二阶有源高通滤波器电路如图10所示。滤波器中的运放增益为，也可将开路而短路，让运放构成一个电压跟从器。幅频特性如图11所示。其间截止频率。

图10 二阶有源高通滤波器电路 图11 二阶有源高通滤波器幅频特性

6．试验电路图原理

（1）滤波器试验硬件原理

图12 滤波器试验板硬件原理图

在滤波器试验电路板SJ-7003 Filter上有四种滤波器，每种滤波器都有3档不同的截止频率，分别是500Hz，5kHz和50kHz。测验信号由试验箱的恣意信号源通道的输出（AO1）或外部其他信号发生器供给；滤波后的信号与试验箱的高速收集通道（AI1）衔接。

（2）滤波器试验电路板介绍

滤波器板的挑选输入信号时，需求接跳线为SW1，选项如表1，

表1 SW1跳线挑选表

滤波器试验板上的四种滤波器是一阶无源低通滤波器、一阶有源低通滤波器、二阶有源低通滤波器、二阶有源高通滤波器。截止频率档位固定的滤波器挑选的跳线符号如表2。

表2 固定截止频率滤波器档位挑选的跳线符号表

截止频率可变的滤波器挑选的跳线符号如表3

表3 截止频率可变滤波器挑选的跳线符号表

五、规划辅导

1.结构流程图

图13 频率特性测验仪规划的结构流程图

2．树形图

图14 频率特性测验仪规划的结构树形图

3．功用与前面板规划

图15 滤波器频率特性测验前面板阐明

表4 控件及显现按键表格

4．动态调用链接

本程序规划的首要完结现已做成底层fp函数（用Labwindows/CVI完结），在程序完结时可直接调用试验箱供给的驱动函数动态链接（即.dll函数），驱动函数原型及常数和变量在cvidll.prj中。

表5 fp函数阐明

六、调试与测验

1．程序调试。

（1）按如图方法，进行硬件连线。

图28 滤波器频率特性测验仪试验的硬件连线

（2）发动程序，挑选“扫频”作业方法，完结开端频率、频率步进、完毕频率、峰值起伏的设定，挑选“一阶无源低通滤波器”的滤波方法，依照面板上的提示，衔接滤波板上的跳线，一起留意使截止频率在开端频率和完毕频率之间。点击发动按键。
（3）调查此刻外部示波器上的正弦信号的频率改动，以及起伏。
（4）翻开“数字存储示波器”程序，调查此刻1、2路通道信号的频率，起伏。
（5）调查程序面板上显现的扫频滤波进程。
（6）挑选其他3种滤波方法，重做（2）～（5）的试验过程。
（7）挑选“点频”作业方法，重做上述过程。

2．试验观测和数据记载

（1）完结扫频方法的试验，并填写下表

表6 扫频丈量一阶无源低通状况

表7 扫频丈量一阶有源低通状况

表8 扫频丈量二阶有源低通状况

表9 扫频丈量二阶有源高通状况

（2）完结点频方法的试验，并填写下表

表10 点频丈量一阶无源低通状况

表11 点频丈量二阶有源低通状况

七、补白

挑选点频丈量时，点频输入频率规模是1Hz~1MkHz，信号峰值规模0.1V~6V。
挑选扫频丈量时，扫频输入频率规模是100Hz~1000kHz，信号峰值起伏规模0.1V~6V。在二阶有源高通滤波器的测验时，开端频率设定值要小于0.2kHz。