2013 电赛仪器仪表题目:简易频率特性测试仪(E 题)

如题所述

第1个回答  2022-07-01

题目要求用扫频法测量,实际这个方案也比较合理。

1. 基本要求
制作一个正交扫频信号源。
(1) 频率范围为 1MHz~40MHz, 频率稳定度≤10-4; 频率可设置,最小设
置单位 100kHz。
(2) 正交信号相位差误差的绝对值≤5º, 幅度平衡误差的绝对值≤5%。
(3) 信号电压的峰峰值≥1V, 幅度平坦度≤5%。
(4) 可扫频输出, 扫频范围及频率步进值可设置,最小步进 100kHz; 要求
连续扫频输出,一次扫频时间≤2s。

2. 发挥部分
(1) 使用基本要求中完成的正交扫频信号源,制作频率特性测试仪。
a. 输入阻抗为 50Ω,输出阻抗为 50Ω;
b. 可进行点频测量; 幅频测量误差的绝对值≤0.5dB,相频测量误差的
绝对值≤5º;数据显示的分辨率:电压增益 0.1dB,相移 0.1º。
(2)制作一个 RLC 串联谐振电路作为被测网络, 如图 2 所示,其中 Ri 和
Ro 分别为频率特性测试仪的输入阻抗和输出阻抗; 制作的频率特性测
试仪可对其进行线性扫频测量。
a. 要求被测网络通带中心频率为 20MHz,误差的绝对值≤5%;有载品
质因数为 4,误差的绝对值≤5%;有载最大电压增益≥ -1dB;
b. 扫频测量制作的被测网络, 显示其中心频率和-3dB 带宽,频率数据
显示的分辨率为 100kHz;
c. 扫频测量并显示幅频特性曲线和相频特性曲线,要求具有电压增益、
相移和频率坐标刻度。

(3) 其他。

三、说明
1. 正交扫频信号源必须自制, 不能使用商业化 DDS 开发板或模块等成品,
自制电路板上需有明显的覆铜“2013”字样。
2. 要求制作的仪器留有正交信号输出测试端口,以及被测网络的输入、输
出接入端口。
3. 本题中, 幅度平衡误差指正交两路信号幅度在同频点上的相对误差, 定
义为: , 其中 。
4. 本题中, 幅度平坦度指信号幅度在工作频段内的相对变化量,定义为:100%。
5. 参考图 2,本题被测网络电压增益取:

6. 幅频特性曲线的纵坐标为电压增益(dB);相频特性曲线的纵坐标为相移(º);特性曲线的横坐标均为线性频率(Hz)。


积化和差

和差化积

注:由于使用单片机控制DDS产生特定扫频信号,并且也是用单片机采集最终得到的直流信号,故扫频频率 、直流量 、 及其对应关系是已知的。


经过低通滤波器,滤除高频交流成分之后得到的直流成分:


经过低通滤波器,滤除高频交流成分之后得到的直流成分:

首先对两个直流成分信号作平方和:
* 此处说法不严谨... 扫频时其实它也是一个交流信号

因此可解得:

按照题目要求取电压增益:

首先两路直流量相除:

反正切运算得到相频特性:

因为使用单片机采集的是 12Bits 的整型数据,且单片机运算能力有限,应尽量减少浮点运算次数。
设ADC采集的 、 信号对应的直接结果为 、 。

幅频特性

取 时,有:

相频特性