仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法制造技术

为解决目前仪器放大器频响特性测试时受信号发生器频率范围限制的问题，本发明专利技术提供了一种仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试方法，其特征在于：利用对方波信号进行傅里叶变换时，会出现倍频谐波的现象，来实现采用低频信号发生器对仪器从低频段到高频段频率响应特性的测试。本发明专利技术对被测仪器进行频响特性曲线的测试实验，将测试结果与采用正弦逐点扫描法得到的结果进行对比，结果表明采用频谱倍频分析测试法可有效测试仪器的频响特性，并能实现采用低频信号发生器对仪器放大器进行低频段到高频段频响特性的测试，摆脱了采用传统仪器频响特性测试方法时受到信号发生器频率范围限制的问题。

Spectrum Frequency Doubling Analysis and Testing Method for Frequency Response Characteristics of Instrument Amplifier

【技术实现步骤摘要】
仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法
本专利技术属于带有放大器的仪器性能测试领域，特别提供一种仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试方法。
技术介绍
随着检测技术的快速发展，人们对检测仪器的性能指标提出了更高的要求。微弱信号放大器的放大能力与信号频率之间关系的响应特性(频响特性)是各种仪器的一个重要性能指标，在仪器出厂和检测校准时都受到了很大程度的重视。仪器具有合理的频响特性是保证测试精度的必要条件之一。传统的频响特性测试方法主要有正弦逐点扫描法、相关分析法等，这些方法均是给仪器放大器提供不同频率的输入信号，测试仪器的输出信号，实现仪器的频响特性测试。这就要求测试时向被测仪器输入信号的信号发生器的频率范围与被测仪器的频率范围相一致。采用传统方法测试仪器频响特性时，信号发生器提供给被测仪器输入信号过程中，其频率范围受到限制，难以得到大面积推广应用。为了解决测试仪器频响特性时受信号发生器频率范围限制的问题，本专利技术提出了一种仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试方法，采用该方法可有效解决测试仪器频响特性时信号发生器频率范围受限的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决目前测试仪器放大器频响特性时受信号发生器频率范围限制的问题，为采用低频信号发生器测试仪器低频段到高频段的频率响应特性，提供了可行的新思路和新方法。针对测试仪器频响特性时受到信号发生器频率范围限制的问题，提出了基于傅里叶变换原理的仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试方法。其特征在于：利用对方波信号进行傅里叶变换时，会出现倍频谐波分量的现象，来实现采用低频率信号发生器对仪器从低频段到高频段的频率响应特性的测试。本专利技术基于傅里叶变换原理，利用对方波信号进行傅里叶变换时，将产生与方波信号同频率的基频分量和倍频谐波分量的现象，将方波信号提供给被测仪器放大器的输入端，采用示波器等手段对被测仪器的输入信号和输出信号分别进行傅里叶变换(FFT)，测量仪器放大器输入与输出信号的基频和多次倍频谐波幅值，经分析计算，得到该频率和多次倍频下的频率响应；通过改变输入方波信号的频率，来实现被测仪器放大器频响特性的测试。如图1所示为通过被测仪器前后的信号频谱，其中(a)为激励信号的频谱，(b)为被测仪器输出信号的频谱，Δ0为被测仪器输出信号与激励信号的基频分量频谱幅值差，Δ1、Δ2和Δ3分别为被测仪器输出信号与激励信号的二次、三次、四次倍频谐波分量频谱幅值差。本专利技术所述仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法，其特征在于：信号发生器1产生的方波信号，一路提供给被测仪器2，作为输入信号，另一路提供给示波器3进行傅里叶变换；将被测仪器2放大处理后的输出信号提供给示波器3进行傅里叶变换；对被测仪器2的输入、输出信号进行傅里叶变换后的频谱幅值进行分析计算，得到被测仪器在该频率和多次倍频下的频率响应，通过改变输入方波信号的频率，来实现被测仪器2的频响特性的测试。本专利技术所述仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法，其特征在于：测试前，调节被测仪器2的增益，使其工作在线性范围内，确保输出信号不饱和，此时被测仪器2的增益值为jj，对应的实际增益值为基准增益jz；测试仪器频响特性时，保持被测仪器2的增益jj和信号发生器1输出信号幅度不变，只改变每次提供给被测仪器2的激励频率。本专利技术所述仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法，其特征在于：被测仪器某一增益下的频响特性关系曲线为：G(fi)＝Δi-Δ0+jz式中，G(fi)为被测仪器的增益与频率的关系；Δi为倍频谐波分量经过被测仪器前后的频谱幅度变化量；Δ0为基频分量经过被测仪器前后的频谱幅度变化量；jz为基准增益。采用本专利技术所述方法测试仪器的频响特性曲线，实施方法包括以下步骤：步骤1：测量仪器的实际增益值，确定检测时所需的仪器增益值和其所对应的实际增益值(基准增益)。按图2所示，将信号发生器1的输出信号一路与被测仪器2的接收端相连接，提供激励信号，另一路与示波器3相连接。将被测仪器2放大处理后的输出信号与示波器3相连接，测量被测仪器的实际放大倍数。保持信号发生器1输出信号的波形、频率和幅值不变，改变被测仪器2的增益值jj，测量不同仪器增益值下的实际增益值jz。测试被测仪器2的频响特性时，在线性工作范围内选取被测仪器2的增益值，确保输出信号不饱和。当选取的被测仪器2增益值为jj时，对应的实际增益值为基准增益jz。步骤2：采用频谱倍频分析测试法，测试仪器的频响特性。依据图2搭建仪器频响特性测试平台，信号发生器1产生的方波信号一路与被测仪器2的接收端相连接，作为输入信号；另一路与示波器3相连接，进行傅里叶变换。将被测仪器2放大处理后的输出信号与示波器3相连接，采用示波器3对被测仪器2的输入和输出信号进行傅里叶变换，观察频谱幅值，将被测仪器2输入与输出信号频谱的基频分量和多次倍频谐波分量的幅度值代入频谱倍频分析测试法的计算公式，经过计算得到被测仪器在该激励频率和多次倍频下的频响特性。其中频谱倍频分析测试法的计算公式为：G(fi)＝Δi-Δ0+jz，式中，G(fi)为被测仪器的增益与频率的关系，Δi为倍频谐波分量经过被测仪器前后的频谱幅度变化量，Δ0为基频分量经过被测仪器前后的频谱幅度变化量，jz为基准增益。实验过程中保持被测仪器2的增益值jj与信号发生器1输出信号的波形和幅值不变。改变信号发生器1输出信号的频率，重复步骤2，直至测量得到需要的带宽频谱为止。利用本专利技术所述的频谱倍频分析测试法可实现采用低频信号发生器测试被测仪器从低频段到高频段频响特性的功能。以对称方波输入信号为例，当测量频谱中各谐波分量的个数为N时，可测得被测仪器的频响范围扩大2N-1倍，可测量点数扩大N倍。在保证测量结果准确性的前提条件下，尽量选择较大的N值进行被测仪器频响特性的测量，这样不仅可以最大程度的缩小信号发生器的频率范围，更能提高测量效率，减小因输入信号带来的偏差。本专利技术的有益效果为：采用仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法，通过改变输入方波信号的频率，能够高效、准确地测量被测仪器放大器频响特性，特别是能够测试放大器在高频段的放大性能，摆脱了采用传统仪器频响特性测试方法时受到信号发生器频率范围限制的问题。附图说明图1通过被测仪器前后的信号频谱。图中(a)激励信号的频谱，(b)被测仪器输出信号的频谱。图2频谱倍频分析测试法的原理框图。图3被测仪器的实际增益曲线。图4被测仪器频响特性测试曲线对比图。附图标记：1、信号发生器，2、被测仪器，3、示波器。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术：实施例1步骤2中所述的示波器是本专利技术里进行傅里叶变换的装置，凡是涉及到利用示波器等手段进行傅里叶变换来测试仪器放大器频响特性的频谱倍频技术，均在本专利技术的保护范围之内。实施例1频谱倍频分析测试方法具体实施步骤如下：步骤1：按图2所示搭建测试系统平台，测量仪器的基准增益：将信号发生器1的输出信号一路与被测仪器2的接收端相连接，提供激励信号，另一路与示波器3的ch2通道相连接，测量激励信号幅值。将被测仪器2放大处理后的输出信号与示波器3的ch1通道相连接，测量被测仪器的实际放大倍数。将信号发生器1频率调至2.5MHz，峰峰值调至100mV，波形设置为正弦波。改变被测仪器2的增益值，测量不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法，其特征在于：利用对方波信号进行傅里叶变换时，会出现倍频谐波分量的现象，来实现采用低频信号发生器对仪器从低频段到高频段的频率响应特性的测试。

【技术特征摘要】
1.一种仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法，其特征在于：利用对方波信号进行傅里叶变换时，会出现倍频谐波分量的现象，来实现采用低频信号发生器对仪器从低频段到高频段的频率响应特性的测试。2.按照权利要求1所述仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法，其特征在于：将方波信号提供给被测仪器放大器的输入端，对被测仪器的输入信号和输出信号分别进行傅里叶变换，对所得频谱的基频和多次倍频谐波幅值进行分析计算，得到该频率和多次倍频下的频率响应；通过改变输入方波信号的频率，来实现被测仪器放大器频响特性测试。3.按照权利要求2所述仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法，其特征在于：采用示波器对被测仪器的输入信号和输出信号分别进行傅里叶变换。4.按照权利要求2或3所述仪器放大器频响特性的频谱倍频分析测试法，其特征在于：方波信号是由信号发生器(1)产生的，它一路提供给被测仪器(2)，作为输入信号，另一路提供给示波器(3)进行傅里叶变换；将被测仪器(2)放大处理后的输出信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡桂喜，张双楠，张晓丹，杨亮，李建奎，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21