武汉江汉大学应用物理系（430010）操长茂

     来源：《电子技术应用》

     摘要：介绍了用函数发生器ilc8038构成压控振荡器、用d/a转换器提供压控振荡器的控制电压的频率特性测试仪。它以单片机为控制核心，实现了扫频频率的步进调整、频率数显、被测网络幅频特性与相频特性的数显及频率特性曲线的打印。

     关键词：电子测量

     幅频特性 相频特性 压控振荡器 单片机

     模拟式扫频仪价格昂贵，不能直接得到相频特性，更不能打印网络的频率响应曲线，给使用带来诸多不便。为此，我们研究和设计了低频段数字式频率特性测试仪。该测试仪用压控振荡器产生扫频信号，以单片机为控制核心，通过a/d、d/a等接口电路，实现扫频信号频率的步进调整、数字显示及被测网络幅频特性与相频特性的数显等。总框图如图1所示。该系统成本低廉，扫频范围较宽（10hz~1mhz），并可方便地与打印机连接以实现频率特性曲线的打印。

     1 扫频信号源的设计

     在频率特性测试仪的设计中，扫频信号源的质量具有重要的意义。无论是模拟式扫频仪，还是数字扫频仪，都要求扫频信号源具有线性压控的特性，且扫频波的输出幅度应是恒定的，不因频率或被测网络的改变而改变。为此，我们选用低线性误差的函数发生器icl8038[1]构成控振荡器，如图2所示。用d/a转换器提供控制电压d/a转换器的输入数字量由单片机给出，如图3所示，可实现数字量的手动和自动调整。为了提高信号源的负载能力，我们将压控振荡器的输出信号送入一宽频带功率放大器，从而增大其驱动能力。关于宽带功放电路已有很多优秀的器件或电路可供选用，此处不再赘述。

     振荡器的振荡频率由图2中的定时元件r、c及控制电压决定。当r和c一定时，改变icl8038的8脚电压可改变振荡器的振荡频率。实验表明，仅靠改变压控电压来改变扫频波的频率是不能满足测量要求的（频率范围太窄）。为了扩展频率范围，我们采用了分档切换电容的办法。电容c通过一电子开关接入，单片机根据扫频皮的频率值自动给出相应的开关量（三位），从而选择所接入的电容值，可使扫频频率范围扩展到10hz~1mhz。

     2 幅频特性与相频特性的测量与打印

     扫频波频率的测量与显示由单片机完成。宽带功能输出的正弦信号，经整形所送单片机供其测量并显示频率。用单片机完成这一任务已有较成熟的方法。值得注意的是测频的时间时隔不是固定的：数显时，时间间隔应较长（我们定为1s)，因显示时必须延时一段时间才能便于观察；打印时，时间间隔较小（我们定为1ms），便于在较短时间内打印全频段数据。测频前信号的整形电路选用宽频带正弦波一矩形波变换电路[2],如图4所示。场效应管源极跟随器的接入是为了消除变换电路对信号源的影响。

     在幅频特性的测量中，被测网络的输入信号幅度是已知的，这在调整功放电路时调定。只要测出被测网络输出信号的幅度，即可算得其增益（db数），被测网络输出信号的幅度的测量由检波器、a/d转换器及单片机共同完成。增益的计算和显示亦由单片机完成。

     相频特性的测量与显示原理如下：被测网络的输入与输出信号先经整形电路变换为矩形波，再送入图5所示测相逻辑电路中，图中μi和μo分别为被测网络的输入与输出信号。电路中有关波形如图6所示。设异或门输出脉冲宽度为△t，信号周期为t，则输入与输出信号的相位差由下式求得：

     δφ=(δt/t)×360°

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