频率特性测试仪及其应用

第六章频率特性测试仪及其应用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。

扫频信号发生器扫描电压发生器（扫描信号）通用电子示波器被测电路峰值检波器（扫频XY信号）图6-1 扫频法测量电路的幅频特性扫频测量法的仪器连接如图6-1所示。

扫描电压发生器一方面为示波器X轴提供扫描信号，一方面又用来控制等幅振荡的频率，使其产生按扫描规律频率从低到高周期性重复变化的扫频信号输出。

扫频信号加至被测电路，其输出电压由峰值检波器检波，以反映输出电压随频率变化的规律。

扫频法利用扫描电压连续自动地改变频率，利用示波器直观地显示幅度随频率的变化，与点频测量法相比较，由于扫频信号频率是连续变化的，不存在测试频率的间断点，因此不会漏掉突变点，且能够观察到电路存在的各种冲激变化，如脉冲干扰等。

调试电路过程中，可以一边调整电路元件，一边观察显示的曲线，随时判明元件变化对幅频特性产生的影响，迅速查找电路存在的故障。

扫频仪又称频率特性图示仪，这是将扫频信号源及示波器的X-Y显示功能结合为一体，并增加了某些附属电路而构成的一种通用电子仪器，用于测量网络的幅频特性。

一、扫频仪的基本工作原理扫频仪的原理方框图如图6-2所示。

扫描电压发生器产生的扫描电压既加至X轴，又加至扫频信号发生器，使扫频信号的频率变化规律与扫描电压一致，从而使得每个扫描点与扫频信号输出的频率有一一对应的确定关系。

扫描信号的波形可以是锯齿波，也可以是正弦波，因为光点的水平偏移与加至X 轴的电压成正比，即光点的偏移位置与X轴上所加电压有确定的对应关系，而扫描电压与扫频信号的输出瞬时频率又有一一对应关系，故X轴相应地成为频率坐标轴。

(a) 方框图（b）波形图图6-2 扫频仪的原理方框图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0.5MHz。

3．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：±0.5MHz～±7.5MHz可连续调节。

3．寄生调幅系数：≯±7.5%。

4．扫频线性度：在频偏±7.5MHz时，应＞20%。

5．输出扫频信号电压：＞0.1V（应接75Ω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）：0/2/3/4/6/8/10dB。

7．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）。

在线性扫频条件下，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。

晶体振荡器谐波发生器频标混频器频标放大器低频滤波器扫频信号外接频标信号1MHz 10MHz(1)(2)(3)(4)(a) 原理图 停振区V V 晶振扫频ttt零拍V(1)(2)(3)(4)000(b) 频标的形成图6-3 频标电路原理框图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 min到f max范围内反复扫变，当扫频信号的频率自f min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 max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。

晶体振荡器输出的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。