2018年01月01日 | 扫频仪的工作原理_扫频仪的功能及作用

扫频仪（频率特性测试仪，简称扫频仪）是一种可在示波管屏幕上直接显示被测电路频率特性的专用仪器，亦即是一种把扫频信号发生器、频标信号发生器、示波器结合起来的仪器。可以直观地看到被测电路的频率特性曲线，便于在电路工作的情况下调整电路元件，使其工作频率符合规定的技术要求，可以用来测试、调整该频段内的有源、无源四端网络频率特性。例如：电视接收机、宽频带放大器、雷达接收机的中频放大器、高频放大器以及鉴频器、滤波器等电子设备。在高校电子、通信、通讯等实验室中应用广泛。

目前扫频仪使用较普遍的除近几年问世的新产品外，仍有为数不少的BT3型（1～300 MHz）、BT4型（200～2 MHz）、BT7型（1～300 MHz）、XS-14型等产品，尽管型号各异，但总的看来其基本工作原理还是大致相同的。以BT3机型为例（下图为此扫频仪原理方框图）：电气部分可分为三个主要部分，即扫频信号发生器、频标信号发生器及显示部分。这三个部分均独立装于一个盒内，可单独拆开检修。扫频信号发生器由两组扫频振荡器组成：第一组为Ⅰ波段专用；第二组为Ⅱ、Ⅲ波段共用；频标发生器产生间隔lMHz或10MHz的频标信号，供定量测读频率之用；显示部分包括扫描信号发生器、垂直放大器和示波管等.

二、扫频仪的工作原理

扫频仪实质上是扫频信号源与示波器X-Y方式的结合。其组成框图及工作波形如图1所示。

扫频信号源，即频率受控振荡器，在扫描信号u1控制下产生扫频信号u3。

扫描信号源产生的扫描信号u1、扫频起停控制信号u2分别是扫频信号源的频率控制信号及停振控制信号，u1还是示波器的水平扫描信号。

当扫频信号u3为锯齿波电压时，由于正程扫描速度慢，回程扫描速度快，使得扫描正程、扫描回程得到的波形不重合而无法观测，当扫频信号u3为正弦波电压号，u3在扫描回程时停振，使显示出的波形为被测波形和用作水平轴的水平回扫线的组合。

检波探头用于解调出经过被测电路的扫频信号的振幅（包络）变化情况，得到被测电路的幅频特性曲线。

频标形成电路用于产生进行频率标度的频标信号，以便读出各点对应的频率值。

2、产生扫频信号的方法

产生扫频信号的方法很多，比较常用的是变容二极管扫频。图2为变容二极管扫频振荡器原理图，其中VT1组成电容三点式振荡器，变容二极管VD1、VD2与L1、L2及VT1的结电容组成振荡回路，C1为隔直电容，L3为高频扼流圈。

调制信号经L3同时加至变容管VD1、VD2的两端，当调制电压随时间作周期性变化时，VD1、VD2结电容的容量也随之变化，从而使振荡器产生扫频信号。

3、变容二极管

变容二极管：又称“可变电抗二极管”。是一种利用PN结电容（势垒电容）与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管。所用材料多为硅或砷化镓单晶，并采用外延工艺技术。反偏电压愈大，则结电容愈小。主要参量是：零偏结电容、零偏压优值、反向击穿电压、中心反向偏压、标称电容、电容变化范围（以皮法为单位）以及截止频率等，对于不同用途，应选用不同C和Vr特性的变容二极管，如有专用于谐振电路调谐的电调变容二极管、适用于参放的参放变容二极管以及用于固体功率源中倍频、移相的功率阶跃变容二极管等。

用于自动频率控制和调谐用的小功率二极管称变容二极管。通过施加反向电压，使其PN结的静电容量发生变化。因此，被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常，虽然是采用硅的扩散型二极管，但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管，因为这些二极管对于电压而言，其静电容量的变化率特别大。结电容随反向偏置电压Vr变化，取代可变电容，用作调谐回路、振荡电路、锁相环路，常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路，多以硅材料制作。

4、频标产生电路

扫频仪采用在幅频特性曲线上叠加频标的方法进行频率标度，包括菱形频标和针形频标两种，一般由差频电路产生。

5、菱形频标

为菱形频标产生原理图，它对扫频信号与标准信号的基波、谐波进行混频而得到“零差频”的菱形频标，如图3（b）所示。设标准信号频率为fs，则谐波信号源输出信号频率为基波fs及各次谐波fs1、fs2、fs3、fs4、fs5、…。扫频信号与谐波信号源输出信号经混频器混频后，再经低通滤波输出差频信号，由此得到一系列零差点。

例如在f=fs1处差频为零，而f在fs1点附近差频越来越大，由于低通滤波器的选通性，在靠近零差点的幅度最大，两边信号幅度迅速衰减，于是在f=fs1处形成“菱形频标”。同理，在f=fs2、f=fs3……处也形成菱形频标。菱形频标与幅频特性曲线叠加便出现，配合标准信号源可读出频标的频率值。

菱形频标是由低通滤波器对差频信号的选择性而形成的，其选择性不可能无限高，故菱形频标总要占有一定的宽度，只有在特性曲线上占有的宽度相对较窄时，才能形成相对很细的可分辨的频标，否则频标相互靠近、连接、甚至局部叠加，难以确定频率值。故菱形频标适于高频测量。

BT-3C型频率特性测试仪采用差频法产生菱形频标，为了提高频标的准确度，采用频率分别为1MHz和10MHz的晶体振荡器产生菱形频标。

6、针形频标

在低频扫频仪中常用针形频标，其产生方法与菱形频标相似。利用菱形差频信号触发单稳触发器，使之输出一个窄脉冲，窄脉冲经整形后再与幅频特性曲线在Y放大器中叠加，最后出现在幅频特性曲线上。窄脉冲的宽度可由单稳触发器调节得很窄，所以产生的频标形似细针，称之为针形频标，适用于低频测量。例如，BT-4型低频频率特性测试仪即采用针形频标。

三、扫频仪的功能及作用

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。