一、掃頻儀是什么

　　掃頻儀（頻率特性測試儀，簡稱掃頻儀）是一種可在示波管屏幕上直接顯示被測電路頻率特性的專用儀器，亦即是一種把掃頻信號(hào)發(fā)生器、頻標(biāo)信號(hào)發(fā)生器、示波器結(jié)合起來的儀器。可以直觀地看到被測電路的頻率特性曲線，便于在電路工作的情況下調(diào)整電路元件，使其工作頻率符合規(guī)定的技術(shù)要求，可以用來測試、調(diào)整該頻段內(nèi)的有源、無源四端網(wǎng)絡(luò)頻率特性。例如：電視接收機(jī)、寬頻帶放大器、雷達(dá)接收機(jī)的中頻放大器、高頻放大器以及鑒頻器、濾波器等電子設(shè)備。在高校電子、通信、通訊等實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用廣泛。

　　目前掃頻儀使用較普遍的除近幾年問世的新產(chǎn)品外，仍有為數(shù)不少的BT3型（1～300 MHz）、BT4型（200～2 MHz）、BT7型（1～300 MHz）、XS-14型等產(chǎn)品，盡管型號(hào)各異，但總的看來其基本工作原理還是大致相同的。以BT3機(jī)型為例（下圖為此掃頻儀原理方框圖）：電氣部分可分為三個(gè)主要部分，即掃頻信號(hào)發(fā)生器、頻標(biāo)信號(hào)發(fā)生器及顯示部分。這三個(gè)部分均獨(dú)立裝于一個(gè)盒內(nèi)，可單獨(dú)拆開檢修。掃頻信號(hào)發(fā)生器由兩組掃頻振蕩器組成：第一組為Ⅰ波段專用；第二組為Ⅱ、Ⅲ波段共用；頻標(biāo)發(fā)生器產(chǎn)生間隔lMHz或10MHz的頻標(biāo)信號(hào)，供定量測讀頻率之用；顯示部分包括掃描信號(hào)發(fā)生器、垂直放大器和示波管等

　　二、掃頻儀的工作原理

　　掃頻儀實(shí)質(zhì)上是掃頻信號(hào)源與示波器X-Y方式的結(jié)合。其組成框圖及工作波形如圖1所示。

　　圖1 掃頻儀組成框圖及工作波形

　　掃頻信號(hào)源，即頻率受控振蕩器，在掃描信號(hào)u1控制下產(chǎn)生掃頻信號(hào)u3。

　　掃描信號(hào)源產(chǎn)生的掃描信號(hào)u1、掃頻起?？刂菩盘?hào)u2分別是掃頻信號(hào)源的頻率控制信號(hào)及停振控制信號(hào)，u1還是示波器的水平掃描信號(hào)。

　　當(dāng)掃頻信號(hào)u3為鋸齒波電壓時(shí)，由于正程掃描速度慢，回程掃描速度快，使得掃描正程、掃描回程得到的波形不重合而無法觀測，當(dāng)掃頻信號(hào)u3為正弦波電壓號(hào)，u3在掃描回程時(shí)停振，使顯示出的波形為被測波形和用作水平軸的水平回掃線的組合。

　　檢波探頭用于解調(diào)出經(jīng)過被測電路的掃頻信號(hào)的振幅（包絡(luò)）變化情況，得到被測電路的幅頻特性曲線。

　　頻標(biāo)形成電路用于產(chǎn)生進(jìn)行頻率標(biāo)度的頻標(biāo)信號(hào)，以便讀出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率值。

　　2、產(chǎn)生掃頻信號(hào)的方法

　　產(chǎn)生掃頻信號(hào)的方法很多，比較常用的是變?nèi)?a target="_blank">二極管掃頻。圖2為變?nèi)荻O管掃頻振蕩器原理圖，其中VT1組成電容三點(diǎn)式振蕩器，變?nèi)荻O管VD1、VD2與L1、L2及VT1的結(jié)電容組成振蕩回路，C1為隔直電容，L3為高頻扼流圈。

　　調(diào)制信號(hào)經(jīng)L3同時(shí)加至變?nèi)莨躒D1、VD2的兩端，當(dāng)調(diào)制電壓隨時(shí)間作周期性變化時(shí)，VD1、VD2結(jié)電容的容量也隨之變化，從而使振蕩器產(chǎn)生掃頻信號(hào)。

　　圖2 變?nèi)荻O管掃頻振蕩器原理圖

　　3、變?nèi)荻O管

　　變?nèi)荻O管：又稱“可變電抗二極管”。是一種利用PN結(jié)電容（勢壘電容）與其反向偏置電壓Vr的依賴關(guān)系及原理制成的二極管。所用材料多為硅或砷化鎵單晶，并采用外延工藝技術(shù)。反偏電壓愈大，則結(jié)電容愈小。主要參量是：零偏結(jié)電容、零偏壓優(yōu)值、反向擊穿電壓、中心反向偏壓、標(biāo)稱電容、電容變化范圍（以皮法為單位）以及截止頻率等，對(duì)于不同用途，應(yīng)選用不同C和Vr特性的變?nèi)荻O管，如有專用于諧振電路調(diào)諧的電調(diào)變?nèi)荻O管、適用于參放的參放變?nèi)荻O管以及用于固體功率源中倍頻、移相的功率階躍變?nèi)荻O管等。

　　用于自動(dòng)頻率控制和調(diào)諧用的小功率二極管稱變?nèi)荻O管。通過施加反向電壓，使其PN結(jié)的靜電容量發(fā)生變化。因此，被使用于自動(dòng)頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等用途。通常，雖然是采用硅的擴(kuò)散型二極管，但是也可采用合金擴(kuò)散型、外延結(jié)合型、雙重?cái)U(kuò)散型等特殊制作的二極管，因?yàn)檫@些二極管對(duì)于電壓而言，其靜電容量的變化率特別大。結(jié)電容隨反向偏置電壓Vr變化，取代可變電容，用作調(diào)諧回路、振蕩電路、鎖相環(huán)路，常用于電視機(jī)高頻頭的頻道轉(zhuǎn)換和調(diào)諧電路，多以硅材料制作。

　　4、頻標(biāo)產(chǎn)生電路

　　掃頻儀采用在幅頻特性曲線上疊加頻標(biāo)的方法進(jìn)行頻率標(biāo)度，包括菱形頻標(biāo)和針形頻標(biāo)兩種，一般由差頻電路產(chǎn)生。

　　5、菱形頻標(biāo)

　　圖3（a）為菱形頻標(biāo)產(chǎn)生原理圖，它對(duì)掃頻信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的基波、諧波進(jìn)行混頻而得到“零差頻”的菱形頻標(biāo)，如圖3（b）所示。設(shè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率為fs，則諧波信號(hào)源輸出信號(hào)頻率為基波fs及各次諧波fs1、fs2、fs3、fs4、fs5、…。掃頻信號(hào)與諧波信號(hào)源輸出信號(hào)經(jīng)混頻器混頻后，再經(jīng)低通濾波輸出差頻信號(hào)，由此得到一系列零差點(diǎn)。

　　例如在f=fs1處差頻為零，而f在fs1點(diǎn)附近差頻越來越大，由于低通濾波器的選通性，在靠近零差點(diǎn)的幅度最大，兩邊信號(hào)幅度迅速衰減，于是在f=fs1處形成“菱形頻標(biāo)”。同理，在f=fs2、f=fs3……處也形成菱形頻標(biāo)。菱形頻標(biāo)與幅頻特性曲線疊加便出現(xiàn)圖3（b）所示的圖形，配合標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源可讀出頻標(biāo)的頻率值。

　　圖3 菱形頻標(biāo)產(chǎn)生原理

　　菱形頻標(biāo)是由低通濾波器對(duì)差頻信號(hào)的選擇性而形成的，其選擇性不可能無限高，故菱形頻標(biāo)總要占有一定的寬度，只有在特性曲線上占有的寬度相對(duì)較窄時(shí)，才能形成相對(duì)很細(xì)的可分辨的頻標(biāo)，否則頻標(biāo)相互靠近、連接、甚至局部疊加，難以確定頻率值。故菱形頻標(biāo)適于高頻測量。

　　BT-3C型頻率特性測試儀采用差頻法產(chǎn)生菱形頻標(biāo)，為了提高頻標(biāo)的準(zhǔn)確度，采用頻率分別為1MHz和10MHz的晶體振蕩器產(chǎn)生菱形頻標(biāo)。

　　6、針形頻標(biāo)

　　在低頻掃頻儀中常用針形頻標(biāo)，其產(chǎn)生方法與菱形頻標(biāo)相似。利用菱形差頻信號(hào)觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器，使之輸出一個(gè)窄脈沖，窄脈沖經(jīng)整形后再與幅頻特性曲線在Y放大器中疊加，最后出現(xiàn)在幅頻特性曲線上。窄脈沖的寬度可由單穩(wěn)觸發(fā)器調(diào)節(jié)得很窄，所以產(chǎn)生的頻標(biāo)形似細(xì)針，稱之為針形頻標(biāo)，適用于低頻測量。例如，BT-4型低頻頻率特性測試儀即采用針形頻標(biāo)。

　　三、掃頻儀的功能及作用

　　掃頻儀一般由掃描鋸齒波發(fā)生器、掃頻信號(hào)發(fā)生器、寬帶放大器、頻標(biāo)信號(hào)發(fā)生器、X軸放大、Y軸放大、顯示設(shè)備、面板鍵盤以及多路輸出電源等部分組成。其基本工作過程是通過電源變壓器將50Hz市電降壓后送入掃描鋸齒波發(fā)生器，就形成了鋸齒波，這個(gè)鋸齒波一方面控制掃頻信號(hào)發(fā)生器，對(duì)掃頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻，另一方面該鋸齒波送到X軸偏轉(zhuǎn)放大器放大后，去控制示波器X軸偏轉(zhuǎn)板，使電子束產(chǎn)生水平掃描。由于這個(gè)鋸齒波同時(shí)控制電子束水平掃描和掃頻振蕩器，因此電子束在示波管熒光屏上的每一水平位置對(duì)應(yīng)于某一瞬時(shí)頻率。

　　從左向右頻率逐漸增高，并且是線性變化的。掃頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的掃頻信號(hào)送到寬帶放大器放大后，送入衰減器，然后輸出掃頻信號(hào)到被測電路。為了消除掃頻信號(hào)的寄生調(diào)幅，寬帶放大器增設(shè)了自動(dòng)增益控制器（AGC）。寬帶放大器輸出的掃頻信號(hào)送到頻標(biāo)混頻器，在頻標(biāo)混頻器中與1MHz和10MHz或50MHz晶振信號(hào)或外頻標(biāo)信號(hào)進(jìn)行混頻。產(chǎn)生的頻標(biāo)信號(hào)送入Y軸偏轉(zhuǎn)放大器放大后輸出給示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板。掃頻信號(hào)通過被測電路后，經(jīng)過Y軸電位器、衰減器、放大器放大后送到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板，得被測電路的幅頻特性曲線。