混合基FFT程序分析波形的頻率成分
泰克TDS 3000系列數(shù)字存儲示波器用混合基FFT程序分析波形的頻率成分。混合基FFT的好處是能給出以10為底的記錄長度作為結(jié)果。這樣，頻率標(biāo)度就能與以10為底的示波器時標(biāo)控制的1-2-5序列直接匹配。與比較常見的二進(jìn)制FFT記錄長度相比，這種方法更容易對頻率結(jié)果作出解釋。
FFT的水平標(biāo)度(頻率)為Hz/分度，的左邊緣處為0Hz。垂直標(biāo)度(相對振幅)為dBVRMS，即相對于1VRMS的分貝值(0dB=1 VRMS）。
信號獲取。FFT功能適用于以單次觸發(fā)方式(非周期性信號)或反復(fù)觸發(fā)方式(周期性信號)所獲取的信號。在獲取周期性信號時，應(yīng)使用Signal Averaging功能以降低信號噪音。建議平均數(shù)不小于16。
頻率分辨率。在顯示出的FFT結(jié)果中有10000個頻率點。這些點在0Hz與頻譜右側(cè)的奈奎斯特頻率(FN)之間均勻分布。奈奎斯特頻率等于捕獲該波形時所用的采樣率的一半。
TDS 3000系列FFT基本的用途就是給出周期性波形的頻率成分。這項工作有時也叫諧波分析，因為周期性波形的頻率成分與諧波密切相關(guān)。
獲取任何一個周期性波形并對其施以FFT分析，即可得到該波形的頻率成分。用TDS 3000系列的測量游標(biāo)功能則可對頻率成分作進(jìn)一步的分析。只要把游標(biāo)置于感興趣的頻率成分上，即可讀出相應(yīng)的頻率和振幅的數(shù)值。
可以用同樣的方法分析非周期性波形。但要記住，瞬態(tài)脈沖具有連續(xù)的頻譜而非分立的諧波。對這樣的連續(xù)頻譜，通常要集中分析3dB帶寬的主波瓣和旁瓣的相對振幅。
TDS 3000系列FFT分析的另一個基本用途就是確定波形失真。中給出了“看似正常”的正弦波及相應(yīng)的頻率。
TDS 3000系列FFT分析則在正弦波的頻率構(gòu)成中顯示出一些低電平的頻率成分。這些低電平成分的出現(xiàn)表明這個正弦波并不純凈，而是有諧波失真。如果正弦波純凈的話，它的頻譜就應(yīng)只有一條頻率等于該正弦波頻率的頻譜線。
真實的正弦波大多數(shù)都有一些諧波失真。失真的程度常用某些諧波與正弦波的基波的相對電平來描述。例如，可以說三次諧波失真比基波小50dB。為了識別和測量不同的諧波及其電平，可以使用TDS 3000系列的FFT功能和測量游標(biāo)功能。
也可以用TDS 3000系列的FFT功能檢查波形的對稱性。例如，一個頂部和底部都對稱的方波應(yīng)當(dāng)只含有基波和奇次諧波。如果方波不對稱，則會在FFT中出現(xiàn)偶次諧波。當(dāng)方波的不對稱性增加時，這些偶次諧波的電平也增加。
在很多其他的應(yīng)用中也能用頻率檢查周期性和非周期性波形，僅舉幾例如下：
調(diào)幅(AM）。調(diào)幅信號的FFT給出載頻和調(diào)制邊帶的相對電平。當(dāng)用單頻測試音調(diào)制載波時，這是明顯的。
振動分析。在TDS 3000系列示波器上可以借助傳感器將機(jī)械振動作為振動波顯示出來。這個總的振動信號波是由機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)各個零件發(fā)出的振動分量組成的。
可以用FFT觀察和分析各個振動分量。例如，信號分析可用于確定系統(tǒng)內(nèi)滾柱軸承的超量振動。這種分析方法的好處是，在性能不佳的軸承造成更嚴(yán)重的機(jī)械損害和停工之前將其檢測出來并替換掉。
頻率響應(yīng)。可以用FFT對電路的頻率響應(yīng)特性迅速地做出評估。方法是:在電路的輸入端加入一個窄脈沖(沖擊），在電路的輸出端獲取該沖擊的響應(yīng)波形。用這個響應(yīng)波形的FFT即可評估電路的頻率響應(yīng)特性。還可以用測量游標(biāo)對頻率響應(yīng)做進(jìn)一步的分析，例如分析其帶寬、滾降特性和帶外響應(yīng)特性等。
去除直流成分。有些波形含有直流成分或偏移。在頻率中，較大的直流成分可以掩蓋其他頻率成分。為了使直流成分減至小，應(yīng)當(dāng)通過交流耦合來獲取波形。
即便采用了交流耦合，波形仍可能含有殘留的少量直流成分。這是由于捕獲的波形周期數(shù)不是整數(shù)（例如4.5個周期，而非4個周期）。簡單的辦法就是將少量的殘余直流成分忽略不計。另一個辦法是獲取更多的波形周期以減少在邊緣處的不完整周期所占的百分比。
獲取更多的波形。對于周期性波形來說，在時間上獲取較多的周期可導(dǎo)致在頻率上更大的頻率分辨率。一般來說，如果在時間上少出現(xiàn)4～8個波形周期，則全頻率是好用的。
在處理脈沖或瞬態(tài)波形時，要保證整個脈沖(包括脈沖前后的一些基線)都出現(xiàn)在屏幕上。為了使頻率有佳效果，整個脈沖應(yīng)覆蓋時間軸的1/8 到 1/4，而且應(yīng)位于畫面中心。
信號平均法。被捕獲的波形上的噪音在頻率上也會表現(xiàn)為噪音。如果是周期性信號上的隨機(jī)噪音，則采用信號平均法可以減少獲取信號上的噪音幅度。平均數(shù)越大，時間和頻率上噪音的減少也越大。
觀察波形頻率成分的技能為你開辟了認(rèn)識該波形的新天地。過去，要想得到頻譜就必須使用頻譜分析儀或者專用的FFT分析儀。現(xiàn)在有了TDS 3000系列數(shù)字存儲示波器，在工作現(xiàn)場就可以實現(xiàn)基本的FFT功能。你能夠觀察波形的頻譜。這種示波器能迅速確定波形的頻率構(gòu)成和頻譜的形態(tài)還能夠檢驗電路的響應(yīng)特性、測試波形的失真、識別和追蹤噪音和干擾問題，是理想的調(diào)試設(shè)備。
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