电子测量实验报告7

电子测量实验报告学院：姓名：学号：班级：指导老师：完成时间：2011-12-06实验六FFT频谱分析实验一、实验目的1通过实验加深对快速傅立叶变换（FFT）的认识；2了解FFT点数与频谱分辨率的关系；3熟悉掌握实验中所需设备及仪器的使用方法；4掌握常见波形的频谱特点。二、实验器材1、信号发生器1台2、DSO-2902/512K型测试仪1台3、实验箱1台4、单管、多级、负反馈电路实验板1块三、实验原理对于一个电信号，可以用它随时间的变化情况（即波形）来表示，也可以用信号所含的各种频率分量（即频谱分布）来表示。用示波器实现的波形测试方法称为时域分析法，用频谱分析仪观察信号频谱的方法称为频域分析法。频谱是指对信号中各种频率成分的幅度按频率顺序排列起来构成的图形。对于任意电信号的频谱所进行的研究，称为频谱分析。一个周期信号，由基波和各次谐波组成。其频谱如图6-1所示。图中每一根纵线的长短代表一种正弦分量幅值的大小，并且只取正值。这些纵线称为“谱线”。既然上述时域和频域两种分析方法都可表示同一信号的特性，那么它们之间必然是可以转换的。时域分析是研究信号的瞬时幅度u与时间t的关系，而频域分析是研究信号中各频率分量的幅值A与频率f的关系，它们分析的角度不同，各有适用场合。频域分析多用于测量各种信号的电平、频率响应、频谱纯度及谐波失真等。时域与频域的关系可以用数学方法——付里叶级数和付里叶变换来表征。例如：一个周期为T的方波可用下列数学式表达（n=0，1，2，…）函数表达式尽管很简单，但不连续。可以用付里叶级数写成正弦函数表达任何周期函数都可以展开成付里叶级数，级数的每一项在频谱上都可以画成一条直线，代表信号的一种成分。而且每一项的频率都是信号频率的整数倍，所以频谱图上各个谱线是依次等间距排列的。四、实验步骤1频谱分析仪的使用用信号发生器输出100Hz、1Vp-p的正弦波加到DSO-2902/512K型测试仪的CH-A1通道，适当设置“电压/每格”、“时间/每格”的值，点“GO”，再打开“FFT”窗口，按表6-1进行实验。2信号频谱测量（1）正弦波的频谱测量用信号发生器输出100Hz、1Vp-p的正弦波加到DSO-2902/512K型测试仪的CH-A1通道，适当设置“电压/每格”、“时间/每格”的值，点“GO”，再打开“FFT”窗口，频谱类型选“Magnitude”，窗口类型选“Hanning”，存储点数选“1024”，缩放选“×1”，读取谱线对应的频率和幅值，填表6-2，并以信号源指示的幅度和频率为准，计算测量的相对误差。（2）方波的频谱测量用信号发生器输出100Hz、1Vp-p的方波加到DSO-2902/512K型测试仪的CH-A1通道，适当设置“电压/每格”、“时间/每格”的值，点“GO”，再打开“FFT”窗口，频谱类型选“Magnitude”，窗口类型选“Hanning”，存储点数选“1024”，缩放选“×1”，读取谱线对应的频率和幅值，填表6-2，并以信号源指示的幅度和频率为准，计算测量的相对误差。（3）三角波的频谱测量用信号发生器输出100Hz、1Vp-p的三角波加到DSO-2902/512K型测试仪的CH-A1通道，适当设置“电压/每格”、“时间/每格”的值，点“GO”，再打开“FFT”窗口，频谱类型选“Magnitude”，窗口类型选“Hanning”，存储点数选“1024”，缩放选“×1”，读取谱线对应的频率和幅值，填表6-2，并以信号源指示的幅度和频率为准，计算测量的相对误差。3频谱分析法测量放大器的最大不失真输出实验板集成功放电路接+5V电源，用信号发生器输出频率为100Hz、10mV的正弦波加到放大器输入端，放大器输出信号加到DSO-2902/512K型测试仪的CH-A1通道，适当设置“电压/每格”、“时间/每格”的值，点“GO”，再打开“FFT”窗口，频谱类型选“Magnitude”，窗口类型选“Hanning”，存储点数选“1024”，缩放选“×1”，读取谱线对应的频率和幅值。在输出波形无失真情况下读取输入信号和输出信号的波形高度，填表6-3，计算集成功放电路电压放大倍数。五、实验数据表6-1DSO-2902/512K型测试仪中FFT的使用操作操作顺序操作内容（改变频谱类型、窗口、存储点数）屏幕显示频谱及变化情况描述1当频谱类型改为magnitude图形由不稳定的图形变为一条稳定的图形2当频谱类型变为powerspectrum图形由稳定的图像变为不稳定的图形3当过窗口改为布莱克曼窗图形变得比较的圆润4当存储点由512改为1024时窗口所显示的图形更加密集5当缩放点由X1选择/5时图形由原图像相应缩小5倍6当DB/div选择10DBm时采样频率图形由少许不在显示区内78910表6-3集成功放电路电压放大倍数的测量实测实测计算理论估算（mV）（mV）5050.1mv49.8mv49.9mv（最大不失真输入）6510VPP2.84V6.48表6-2信号频谱测量基波二次谐波三次谐波四次谐波五次谐波正弦波信号发生器幅度示值（理论值）（mV）1.0001.0001.0001.0001.000信号发生器频率示值（理论值）（Hz）100100100100100幅度测量值（mV）504mv频率测量值（Hz）100.7幅度测量相对误差49.6%频率测量相对误差0.7%方波信号发生器示值1.0001.0001.0001.0001.000测量值620mv200mv116mv相对误差38%80%88.4%三角波信号发生器示值1.0001.0001.0001.0001.000测量值400mv36mv8mv相对误差60%96.4%99.2%六、预习与思考题1、DSO-2902/512K型示波器如何设置“电压/格”的值？答：显示通道对话框，在要设置的通道一栏下点开“V/div”下拉表，来设置相应的“电压/格”的值。在选择模拟通道时，用每分区多少电压（V/Div）来控制信号的垂直分辨率因数，要得到最好的输入信号表示法，设置每格电压时尽量在满屏上显示最大振幅，这样信号的幅值将得到最大的信号分辨率。2、DSO-2902/512K型示波器如何选择电压衰减比例？答：显示通道对话框，在要设置的通道一栏下点开“Probe”下拉表,由探头输入比例控制电压衰减，输入电压应与探头比例匹配,1：1X,1：10X,1：100X或1：1000X，当输入信号在10V以内时，用1：1X或1：10V比例都行，如果输入信号在10V以外时，使用1：10X探头设置在，注意用1：10X探头设置，当输入信号在10V以内时，由于较小的电压通过数字转换，将提供更好的频率响应。3、DSO-2902/512K型示波器中，不用“测量显示框“时，如何从波形准确读取信号周期？答：若不用测量显示框，可通过设置游标条A和B来读取信号周期，在设置示波器各参数使待测波形完整清晰的显示在屏幕上后，拖动游标条A到波形上的某一点，同时拖动游标B到波形下一周期的同一水平点，此时在软件左侧“A-B”一栏显示的数据就是要图区的信号周