扫频仪原理及应用.docx

扫频仪使用技巧在电子测量中，经常遇到对网络的阻抗特性和传输特性进行测量的问题，其中 传输特性包括增益和衰减特性、幅频特性、相频特性等用来测量前述特性的仪器 我们称为频率特性测试仪，简称扫频仪它为被测网络的调整，校准及故障的排除 提供了极大的方便扫频仪一般由扫描锯齿波发生器、扫频信号发生器、宽带放大器、频标信号发 生器、X轴放大、Y轴放大、显示设备、面板键盘以及多路输出电源等部分组成 其基本工作过程是通过电源变压器将50Hz市电降压后送入扫描锯齿波发生器，就 形成了锯齿波，这个锯齿波一方面控制扫频信号发生器，对扫频信号进行调频，另 一方面该锯齿波送到X轴偏转放大器放大后，去控制示波器X轴偏转板，使电子束 产生水平扫描由于这个锯齿波同时控制电子束水平扫描和扫频振荡器，因此电子 束在示波管荧光屏上的每一水平位置对应于某一瞬时频率从左向右频率逐渐增高， 并且是线性变化的扫频信号发生器产生的扫频信号送到宽带放大器放大后，送入 衰减器，然后输出扫频信号到被测电路为了消除扫频信号的寄生调幅，宽带放大 器增设了自动增益控制器（AGC）宽带放大器输出的扫频信号送到频标混频器，在 频标混频器中与1MHz和10MHz或50MHz晶振信号或外频标信号进行混频。

产生 的频标信号送入Y轴偏转放大器放大后输出给示波管的Y轴偏转板扫频信号通过 被测电路后，经过Y轴电位器、衰减器、放大器放大后送到示波管的Y轴偏转板， 得被测电路的幅频特性曲线早期频率特性的测量用逐点测绘的方法来实现在整个测量过程中，应保持输 入到被测网络信号的幅度不变，记录不同频率下相应输出的电压，根据所得到的数 据，就可以在坐标纸上描绘出该网络的幅频特性曲线显然，这种方法不仅操作繁 锁、费时，而且有可能因测量频率间隔不够密而漏掉被测曲线上的某些细节，使得 到的曲线不够精确扫频测量法是将等幅扫频信号加至被测电路输入端，然后用示波器来显示信号通过 被测电路后振幅的变化由于扫频信号的频率是连续变化的，在示波器屏幕上可直 接显示出被测电路的幅频特性扫频信号加至被测电路，检波探头对被测电路的输出信号进行峰值检波，并 将检波所得信号送往示波器Y轴电路，该信号的幅度变化正好反映了被测电路 的幅频特性，因而在屏幕上能直接观察到被测电路的幅频特性曲线为了标出X轴所代表的频率值，需另加频标信号该信号是由作为频率标 记的晶振信号与扫频信号混频而得到的下面以产品BT3型扫频仪为例对各部分加以说明一）对扫频信号源的要求扫频信号发生器是扫频仪的心脏。

实际上它就是频率可控的正弦振荡器，其 工作大原理和调频振荡器相似，但扫频振荡器的扫频宽度远大于调频振荡器的频 偏，前者中心频率变动范围也比后者大得多扫频振荡器除具有一般正弦振荡器 所具有的工作特性外，还需满足如下要求：1. 中心频率范围宽，且可连续调节中心频率是指扫频信号从低频到高频 之间中心位置的频率不同测试对象对中心频率有不同频段要求，如高频段、中 频段和音频段等2. 扫频宽度（常叫频偏）要宽，并可任意调节频偏是指调频波中的瞬时 频率和中心频率之间的差值显然，频偏应能覆盖被测电路的通频带，以便测绘 该电路完整的频率特性曲线如测试电视接收的图象中频通道，要求频偏达 ±5MHz，测试伴音中频通道时，频偏只需0.5MHz3. 寄生调幅要小理想的调频波应是等幅波只有在扫频信号幅度保持恒 定不变的情况下，被测电路输出信号的包络才能表征该电路的幅频特性曲线，否 则会导致错误结果4. 良好的扫频线性度当扫频信号的频率和调制信号间成直线关系时，示 波管的水平轴则变成线性的频率轴，这时幅频特性曲线上的频率标尺将均匀分 布，便于观察，否则导致曲线畸变二） BT-3型频率特性图示仪的主要技术指标：1. 中心频率（指扫描基线为100mm，在最大频偏时，对准荧光屏中心刻度 线的频率）：在1MHz〜300MHz内可以连续调节，分三个波段实现。

2. 有效扫频宽度：土0.5MHz〜±7.5MHz可连续调节3. 寄生调幅系数：小±7.5%4. 扫频线性度：在频偏土7.5MHz时，应＞20%5. 输出扫频信号电压：＞0.1V （应接75 Q匹配负载，输出衰减置于0dB）6. 输出电压调节方式：步进衰减（粗）：0/10/20/30/40/50/60dB；步进衰减（细）：0/2/3/4/6/8/10dB7. 检波探测器的输入电容：：＞5pF （最大允许直流电压300V）三） 磁调制所谓磁调制，就是用磁芯线圈作为振荡器的回路电感，利用加在磁芯励磁线 圈上的调制电流来改变磁芯线圈电感量，从而达到扫（调）频的目的（或说达到 振荡器所需频偏的目的）性扫频条件下，扫频振荡器的瞬时频率变化规律 与调制线圈中的调制电流变化规律成线性关系为了把示波管屏幕的水平坐标变 换成线性的频率坐标，要求调制电流波形必须与扫描电压波形完全相同在感性 负载的励磁线圈中产生正弦形电流要比其它波形电流方便得多所以，磁调制采 用正弦波调制信号，直接取自50Hz交流市电通过电位器调节输入的50Hz市 电信号幅度，可调节扫频信号频偏大小四） 扫频振荡器BT3型超高频扫频仪的中心频率调节范围为1〜300MHz，分三个波段来实 现。

1. 第I波段：中心频率为1〜75MHz由于相对扫频宽度太大，扫频线性度、寄生调幅的矛盾尤为突出，一般扫频 器难以保证故扫频信号通过差频法获得定频振荡器，电容三点式振荡器所谓定频，就是其振荡频率为某一恒定值， 没有扫频信号借助蝶形电容的调节，振荡频率可在290MHz〜215MHz范围内 变化（面板上的“中心频率”旋钮）调（扫）频振荡器也是三点式电路，振荡频率为290MHz由于振荡线圈L 是绕在电流调制器的高频磁芯上，因而在调制电流作用下，将得到频偏＞ ±7.5MHz的扫频信号扫频、定频两信号经混频管的非线性作用后，由低通滤波器取出其差频信号 经宽频带放大器予以放大，使输出信号幅度大于0.1V从而得到中心频率在 1MHz〜75MHz内连续可调，而频偏为±7.5MHz的扫频信号了2. 第II波段：中心频率为75MHz〜150MHz此波段是普通的磁扫频器由绕在高频磁芯上的L实现扫频振荡，中心频率 的连续调节通过调节振荡回路蝶形电容实现3.第III波段为：中心频率为150MHZ〜300MHz为了获得中心频率更高的扫频信号，第III波段采用了推挽式倍频电路，得到 第II波段的二次谐波，使中心频率可在150MHZ〜300MHz范围内连续调节。

五）回扫图形的消隐BT3型扫频仪中，用50Hz正弦波作为扫频振荡器的调制信号和示波管的水 平扫描信号，其扫描正程和逆程时间相同在调制（扫描）信号的上升段，示波 管电子束自左向右描绘频率特性曲线（正程）；在信号的下降段，电子束按理应 当自右向左沿着同一轨迹返回（逆程），扫描出同样的频率特性曲线，为什么还 要将回扫图形消隐掉呢？这是由于磁滞材料特有的“磁滞回线”引起的，即当调制电流由大到小变化 时，瞬时振荡频率将不再沿原来的曲线减小，而是沿新的曲线减小，也就是说， 通过被测网络后，在荧光屏上将得到不能完全重合的两条频率特性曲线，给观测 带来不便0原理圈4（b）频标的形成+J+J囹宓购嬲原理框卸」实用扫频仪都采用令回扫期扫频振荡器停振的办法即来自电源变压器次 级，未经移相的电压加到负脉冲形成电路，形成的负脉冲加到扫频振荡器，使其 在回扫期无扫频信号输出，因而电子束将仅在水平扫描信号作用下，沿水平轴返 回，在荧光屏上显示出一条零电平的水平基线这种方法不仅去掉了多余的回扫 曲线，同时这条水平基线正好用作被测频率特性曲线的参考基线（零值线），给 观测带来方便六）频标电路为了充分发挥使用扫频仪的简便，迅速和直观的优点，还必须在被显示的频 率特性曲线上附加频率标记，即利用“频标”来确定曲线上任一点所对应的频率 值。

BT3型扫频仪采用差频的方法来获得频标工作原理可用图6-3予以说明暂不考虑谐波发生器，在频标混频器里象一切非线性电路工作一样，频率稳 定度很高的1MHz（或10MHz）晶振信号和扫频信号混频，结果将产生差频输 出扫频信号的频率在f .到f 范围内反复扫变，当扫频信号的频率自f .向 晶振频率接近时，频差越来越，小；当频率扫变到等于晶振频率时，产生零拍差频； 而当扫频信号频率向f 接近时，则频差越来越大差频信号波形在晶振频率处 是中间疏两边越来越密这个波形经带通滤波器后，差频信号的高频成分被滤掉， 只有在晶振频率附近，差频信号的低频成分保留下来，而且离开晶振频率愈远的 差频信号幅度衰减愈大这部分被保留下来的差频信号形状如同一个菱形，常被 叫做“菱形频标”图6-3中（3）是迭加在被测网络频率特性曲线上的菱形频 标，它指出曲线在该点的频率就是晶振信号的频率频标的“菱形”是差频信号 通过滤波器后的包络形状图（4）是放大了的菱形频标波形图不难设想，改变晶体振荡器的频率，菱形频标的位置将在被测频率特性曲线 上相应移动，外接频标正是按此原理工作的当测量宽频带电路时，需要在被测频率特性曲线上出现具有单位频率间隔的 一系列频标，即所谓的“频率标尺”，通常多用十进制的频率标志，使我们能方 便地度量出被测频率特性曲线的频率范围。

频率标尺的形成是以差频方法为基 础，仅仅增加了谐波发生器品体振荡器输出的1MHz（或10MHz）信号，经 谐波发生器后，将产生1MHz、2 MHz、3 MHz、……一系列倍频信号，每当扫 频信号频率扫经上述任一频率时，都同样要产生差拍信号，进而形成一系列菱形 频标二、BT-3型整机电路概述图6-4是BT-3型扫频仪的原理方框图在对仪器各单元电路分析的基础上，现对整机 电路工作原理作如下概述当“波段”开关指向“I”波段时，扫频振荡器I工作，中心频率为290MHz，在调制电流 放大器输出的50Hz正弦形调制电流作用下，借助“频率偏移”旋钮的调节，扫频信号频偏可 在±0.5〜±7.5MHz范围内连续调节为了消除磁滞回线的不良影响，在调制电流自最大值到 最小值的变化期间，由截止脉冲形成电路产生的截止负脉冲，令扫频振荡器在回扫期间停止 振荡，使得示波管的荧光屏上出现零电平的水平基线扫频信号和定频振荡信号均被送往混频器调节面板上“中心频率”园盘旋钮，定频振荡器产生的 信号频率在290〜215MHz范围内连续变化，经混频器，得到1〜75MHz的扫频信号再经 低通滤波器和宽频带放大器对扫频信号进一步加工，通过对粗、细“输出衰减”的组合选择， 可得到所需电平的扫频信号输出。

当“波段”开关指向“II”时，扫频振荡器II工作，调节“中心频率”旋钮可直接输出75〜 150MHz的扫频信号波段”开关指向“III”时倍频器工作，调节“中心频率”旋钮，直接输出150MHz〜300MHz 扫频信号在三个波段分别工作期间，自动幅度控制电路均工作，检波器对输送到衰减器上的扫频 信号取样，被作为AGC控制信号，保证输出的扫频信号寄生调幅符合＜±7.5%的技术指标频标选择”指向“1MHz”或“10MHz”时，相应的晶体振荡器和两级谐波发生器工作，产 生一系列的谐波信号，在混频器中产生一系列差频信号，再经频标形成及放大电路形成菱形 频标信号频标幅度”旋钮可调节荧光屏上菱形频标幅度，以利观察接到被测网络输出端的检波输入电缆探头，将网络输出的扫频信号的包络取出，自“Y 轴输入”端口引入扫频仪，适当地调节“Y轴衰减”和“Y轴增益”旋钮，可在示波管荧光屏上 得到合适幅度的频率特性曲线包络信号由Y轴通道G301左半管放大，频标信号被直接送 到G301右半管放大这两个信号经混合放大后，输。