掃頻儀原理及應(yīng)用_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、掃頻儀使用技巧在電子測(cè)量中,經(jīng)常遇到對(duì)網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性和傳輸特性進(jìn)行測(cè)量的問題,其中傳輸特性包括增益和衰減特性、幅頻特性、相頻特性等。用來測(cè)量前述特性的儀器我們稱為頻率特性測(cè)試儀,簡(jiǎn)稱掃頻儀。它為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整,校準(zhǔn)及故障的排除提供了極大的方便。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

2、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(cè)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(cè)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(cè)電

3、路的幅頻特性曲線。早期頻率特性的測(cè)量用逐點(diǎn)測(cè)繪的方法來實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)測(cè)量過程中,應(yīng)保持輸入到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的幅度不變,記錄不同頻率下相應(yīng)輸出的電壓,根據(jù)所得到的數(shù)據(jù),就可以在坐標(biāo)紙上描繪出該網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性曲線。顯然,這種方法不僅操作繁鎖、費(fèi)時(shí),而且有可能因測(cè)量頻率間隔不夠密而漏掉被測(cè)曲線上的某些細(xì)節(jié),使得到的曲線不夠精確。掃頻測(cè)量法是將等幅掃頻信號(hào)加至被測(cè)電路輸入端,然后用示波器來顯示信號(hào)通過被測(cè)電路后振幅的變化。由于掃頻信號(hào)的頻率是連續(xù)變化的,在示波器屏幕上可直接顯示出被測(cè)電路的幅頻特性。掃頻信號(hào)加至被測(cè)電路,檢波探頭對(duì)被測(cè)電路的輸出信號(hào)進(jìn)行峰值檢波,并將檢波所得信號(hào)送往示波器Y軸電路,該信號(hào)的

4、幅度變化正好反映了被測(cè)電路的幅頻特性,因而在屏幕上能直接觀察到被測(cè)電路的幅頻特性曲線。為了標(biāo)出X軸所代表的頻率值,需另加頻標(biāo)信號(hào)。該信號(hào)是由作為頻率標(biāo)記的晶振信號(hào)與掃頻信號(hào)混頻而得到的。下面以產(chǎn)品BT3型掃頻儀為例對(duì)各部分加以說明。(一)對(duì)掃頻信號(hào)源的要求掃頻信號(hào)發(fā)生器是掃頻儀的心臟。實(shí)際上它就是頻率可控的正弦振蕩器,其工作大原理和調(diào)頻振蕩器相似,但掃頻振蕩器的掃頻寬度遠(yuǎn)大于調(diào)頻振蕩器的頻偏,前者中心頻率變動(dòng)范圍也比后者大得多。掃頻振蕩器除具有一般正弦振蕩器所具有的工作特性外,還需滿足如下要求:1中心頻率范圍寬,且可連續(xù)調(diào)節(jié)。中心頻率是指掃頻信號(hào)從低頻到高頻之間中心位置的頻率。不同測(cè)試對(duì)象對(duì)中

5、心頻率有不同頻段要求,如高頻段、中頻段和音頻段等。2掃頻寬度(常叫頻偏)要寬,并可任意調(diào)節(jié)。頻偏是指調(diào)頻波中的瞬時(shí)頻率和中心頻率之間的差值。顯然,頻偏應(yīng)能覆蓋被測(cè)電路的通頻帶,以便測(cè)繪該電路完整的頻率特性曲線。如測(cè)試電視接收的圖象中頻通道,要求頻偏達(dá)±5MHz,測(cè)試伴音中頻通道時(shí),頻偏只需0.5MHz。3寄生調(diào)幅要小。理想的調(diào)頻波應(yīng)是等幅波。只有在掃頻信號(hào)幅度保持恒定不變的情況下,被測(cè)電路輸出信號(hào)的包絡(luò)才能表征該電路的幅頻特性曲線,否則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)果。4良好的掃頻線性度。當(dāng)掃頻信號(hào)的頻率和調(diào)制信號(hào)間成直線關(guān)系時(shí),示波管的水平軸則變成線性的頻率軸,這時(shí)幅頻特性曲線上的頻率標(biāo)尺將均勻分布

6、,便于觀察,否則導(dǎo)致曲線畸變。(二)BT-3型頻率特性圖示儀的主要技術(shù)指標(biāo):1中心頻率(指掃描基線為100mm,在最大頻偏時(shí),對(duì)準(zhǔn)熒光屏中心刻度線的頻率):在1MHz300MHz內(nèi)可以連續(xù)調(diào)節(jié),分三個(gè)波段實(shí)現(xiàn)。2有效掃頻寬度:±0.5MHz±7.5MHz可連續(xù)調(diào)節(jié)。3寄生調(diào)幅系數(shù):±7.5%。4掃頻線性度:在頻偏±7.5MHz時(shí),應(yīng)20%。5輸出掃頻信號(hào)電壓:0.1V(應(yīng)接75匹配負(fù)載,輸出衰減置于0dB)。6輸出電壓調(diào)節(jié)方式:步進(jìn)衰減(粗):0/10/20/30/40/50/60dB;步進(jìn)衰減(細(xì)):0/2/3/4/6/8/10dB。7檢波探測(cè)器的輸入

7、電容:5pF(最大允許直流電壓300V)。(三)磁調(diào)制所謂磁調(diào)制,就是用磁芯線圈作為振蕩器的回路電感,利用加在磁芯勵(lì)磁線圈上的調(diào)制電流來改變磁芯線圈電感量,從而達(dá)到掃(調(diào))頻的目的(或說達(dá)到振蕩器所需頻偏的目的)。在線性掃頻條件下,掃頻振蕩器的瞬時(shí)頻率變化規(guī)律與調(diào)制線圈中的調(diào)制電流變化規(guī)律成線性關(guān)系。為了把示波管屏幕的水平坐標(biāo)變換成線性的頻率坐標(biāo),要求調(diào)制電流波形必須與掃描電壓波形完全相同。在感性負(fù)載的勵(lì)磁線圈中產(chǎn)生正弦形電流要比其它波形電流方便得多。所以,磁調(diào)制采用正弦波調(diào)制信號(hào),直接取自50Hz交流市電。通過電位器調(diào)節(jié)輸入的50Hz市電信號(hào)幅度,可調(diào)節(jié)掃頻信號(hào)頻偏大小。(四)掃頻振蕩器BT

8、3型超高頻掃頻儀的中心頻率調(diào)節(jié)范圍為1300MHz,分三個(gè)波段來實(shí)現(xiàn)。1第波段:中心頻率為175MHz由于相對(duì)掃頻寬度太大,掃頻線性度、寄生調(diào)幅的矛盾尤為突出,一般掃頻器難以保證。故掃頻信號(hào)通過差頻法獲得。定頻振蕩器,電容三點(diǎn)式振蕩器。所謂定頻,就是其振蕩頻率為某一恒定值,沒有掃頻信號(hào)。借助蝶形電容的調(diào)節(jié),振蕩頻率可在290MHz215MHz范圍內(nèi)變化(面板上的“中心頻率”旋鈕)。調(diào)(掃)頻振蕩器也是三點(diǎn)式電路,振蕩頻率為290MHz。由于振蕩線圈L是繞在電流調(diào)制器的高頻磁芯上,因而在調(diào)制電流作用下,將得到頻偏±7.5MHz的掃頻信號(hào)。掃頻、定頻兩信號(hào)經(jīng)混頻管的非線性作用后,由低通濾

9、波器取出其差頻信號(hào)。經(jīng)寬頻帶放大器予以放大,使輸出信號(hào)幅度大于0.1V。從而得到中心頻率在1MHz75MHz內(nèi)連續(xù)可調(diào),而頻偏為±7.5MHz的掃頻信號(hào)了。2第波段:中心頻率為75MHz150MHz此波段是普通的磁掃頻器。由繞在高頻磁芯上的L實(shí)現(xiàn)掃頻振蕩,中心頻率的連續(xù)調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)振蕩回路蝶形電容實(shí)現(xiàn)。3第波段為:中心頻率為150MHZ300MHz為了獲得中心頻率更高的掃頻信號(hào),第波段采用了推挽式倍頻電路,得到第波段的二次諧波,使中心頻率可在150MHZ300MHz范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。(五)回掃圖形的消隱BT3型掃頻儀中,用50Hz正弦波作為掃頻振蕩器的調(diào)制信號(hào)和示波管的水平掃描信號(hào),其

10、掃描正程和逆程時(shí)間相同。在調(diào)制(掃描)信號(hào)的上升段,示波管電子束自左向右描繪頻率特性曲線(正程);在信號(hào)的下降段,電子束按理應(yīng)當(dāng)自右向左沿著同一軌跡返回(逆程),掃描出同樣的頻率特性曲線,為什么還要將回掃圖形消隱掉呢?這是由于磁滯材料特有的“磁滯回線”引起的,即當(dāng)調(diào)制電流由大到小變化時(shí),瞬時(shí)振蕩頻率將不再沿原來的曲線減小,而是沿新的曲線減小,也就是說,通過被測(cè)網(wǎng)絡(luò)后,在熒光屏上將得到不能完全重合的兩條頻率特性曲線,給觀測(cè)帶來不便。實(shí)用掃頻儀都采用令回掃期掃頻振蕩器停振的辦法。即來自電源變壓器次級(jí),未經(jīng)移相的電壓加到負(fù)脈沖形成電路,形成的負(fù)脈沖加到掃頻振蕩器,使其在回掃期無掃頻信號(hào)輸出,因而電子

11、束將僅在水平掃描信號(hào)作用下,沿水平軸返回,在熒光屏上顯示出一條零電平的水平基線。這種方法不僅去掉了多余的回掃曲線,同時(shí)這條水平基線正好用作被測(cè)頻率特性曲線的參考基線(零值線),給觀測(cè)帶來方便。(六)頻標(biāo)電路為了充分發(fā)揮使用掃頻儀的簡(jiǎn)便,迅速和直觀的優(yōu)點(diǎn),還必須在被顯示的頻率特性曲線上附加頻率標(biāo)記,即利用“頻標(biāo)”來確定曲線上任一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的頻率值。BT3型掃頻儀采用差頻的方法來獲得頻標(biāo)。工作原理可用圖6-3予以說明。暫不考慮諧波發(fā)生器,在頻標(biāo)混頻器里象一切非線性電路工作一樣,頻率穩(wěn)定度很高的1MHz(或10MHz)晶振信號(hào)和掃頻信號(hào)混頻,結(jié)果將產(chǎn)生差頻輸出。掃頻信號(hào)的頻率在fmin到fmax范圍內(nèi)

12、反復(fù)掃變,當(dāng)掃頻信號(hào)的頻率自fmin向晶振頻率接近時(shí),頻差越來越??;當(dāng)頻率掃變到等于晶振頻率時(shí),產(chǎn)生零拍差頻;而當(dāng)掃頻信號(hào)頻率向fmax接近時(shí),則頻差越來越大。差頻信號(hào)波形在晶振頻率處是中間疏兩邊越來越密。這個(gè)波形經(jīng)帶通濾波器后,差頻信號(hào)的高頻成分被濾掉,只有在晶振頻率附近,差頻信號(hào)的低頻成分保留下來,而且離開晶振頻率愈遠(yuǎn)的差頻信號(hào)幅度衰減愈大。這部分被保留下來的差頻信號(hào)形狀如同一個(gè)菱形,常被叫做“菱形頻標(biāo)”。圖6-3中(3)是迭加在被測(cè)網(wǎng)絡(luò)頻率特性曲線上的菱形頻標(biāo),它指出曲線在該點(diǎn)的頻率就是晶振信號(hào)的頻率。頻標(biāo)的“菱形”是差頻信號(hào)通過濾波器后的包絡(luò)形狀。圖(4)是放大了的菱形頻標(biāo)波形圖。不難

13、設(shè)想,改變晶體振蕩器的頻率,菱形頻標(biāo)的位置將在被測(cè)頻率特性曲線上相應(yīng)移動(dòng),外接頻標(biāo)正是按此原理工作的。當(dāng)測(cè)量寬頻帶電路時(shí),需要在被測(cè)頻率特性曲線上出現(xiàn)具有單位頻率間隔的一系列頻標(biāo),即所謂的“頻率標(biāo)尺”,通常多用十進(jìn)制的頻率標(biāo)志,使我們能方便地度量出被測(cè)頻率特性曲線的頻率范圍。頻率標(biāo)尺的形成是以差頻方法為基礎(chǔ),僅僅增加了諧波發(fā)生器。晶體振蕩器輸出的1MHz(或10MHz)信號(hào),經(jīng)諧波發(fā)生器后,將產(chǎn)生1MHz、2 MHz、3 MHz、一系列倍頻信號(hào),每當(dāng)掃頻信號(hào)頻率掃經(jīng)上述任一頻率時(shí),都同樣要產(chǎn)生差拍信號(hào),進(jìn)而形成一系列菱形頻標(biāo)。二、BT-3型整機(jī)電路概述圖6-4是BT-3型掃頻儀的原理方框圖。在

14、對(duì)儀器各單元電路分析的基礎(chǔ)上,現(xiàn)對(duì)整機(jī)電路工作原理作如下概述。當(dāng)“波段”開關(guān)指向“”波段時(shí),掃頻振蕩器工作,中心頻率為290MHz,在調(diào)制電流放大器輸出的50Hz正弦形調(diào)制電流作用下,借助“頻率偏移”旋鈕的調(diào)節(jié),掃頻信號(hào)頻偏可在±0.5±7.5MHz范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。為了消除磁滯回線的不良影響,在調(diào)制電流自最大值到最小值的變化期間,由截止脈沖形成電路產(chǎn)生的截止負(fù)脈沖,令掃頻振蕩器在回掃期間停止振蕩,使得示波管的熒光屏上出現(xiàn)零電平的水平基線。掃頻信號(hào)和定頻振蕩信號(hào)均被送往混頻器。調(diào)節(jié)面板上“中心頻率”園盤旋鈕,定頻振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)頻率在290215MHz范圍內(nèi)連續(xù)變化,經(jīng)混頻器

15、,得到175MHz的掃頻信號(hào)。再經(jīng)低通濾波器和寬頻帶放大器對(duì)掃頻信號(hào)進(jìn)一步加工,通過對(duì)粗、細(xì)“輸出衰減”的組合選擇,可得到所需電平的掃頻信號(hào)輸出。當(dāng)“波段”開關(guān)指向“”時(shí),掃頻振蕩器工作,調(diào)節(jié)“中心頻率”旋鈕可直接輸出75150MHz的掃頻信號(hào)?!安ǘ巍遍_關(guān)指向“”時(shí)倍頻器工作,調(diào)節(jié)“中心頻率”旋鈕,直接輸出150MHz300MHz掃頻信號(hào)。在三個(gè)波段分別工作期間,自動(dòng)幅度控制電路均工作,檢波器對(duì)輸送到衰減器上的掃頻信號(hào)取樣,被作為AGC控制信號(hào),保證輸出的掃頻信號(hào)寄生調(diào)幅符合±7.5%的技術(shù)指標(biāo)?!邦l標(biāo)選擇”指向“1MHz”或“10MHz”時(shí),相應(yīng)的晶體振蕩器和兩級(jí)諧波發(fā)生器工作,

16、產(chǎn)生一系列的諧波信號(hào),在混頻器中產(chǎn)生一系列差頻信號(hào),再經(jīng)頻標(biāo)形成及放大電路形成菱形頻標(biāo)信號(hào)?!邦l標(biāo)幅度”旋鈕可調(diào)節(jié)熒光屏上菱形頻標(biāo)幅度,以利觀察。接到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)輸出端的檢波輸入電纜探頭,將網(wǎng)絡(luò)輸出的掃頻信號(hào)的包絡(luò)取出,自“Y軸輸入”端口引入掃頻儀,適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)“Y軸衰減”和“Y軸增益”旋鈕,可在示波管熒光屏上得到合適幅度的頻率特性曲線。包絡(luò)信號(hào)由Y軸通道G301左半管放大,頻標(biāo)信號(hào)被直接送到G301右半管放大。這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)混合放大后,輸出一對(duì)互補(bǔ)信號(hào)。在送給一對(duì)Y軸偏轉(zhuǎn)板前,可由“影象極性”開關(guān)來改變屏幕上所顯示曲線的正負(fù)極性。G303是掃描基線箝位管。調(diào)節(jié)“Y軸位置”旋鈕,可使掃描基線沿Y軸方向

17、上、下移動(dòng)。示波管的水平偏轉(zhuǎn)系統(tǒng),由于未采用鋸齒波掃描,被大大簡(jiǎn)化了。X軸偏轉(zhuǎn)板信號(hào)是直接來自相移網(wǎng)絡(luò)的一對(duì)互補(bǔ)的50Hz正弦信號(hào)?!白鴺?biāo)亮度”旋鈕用來控制熒光屏四個(gè)角的指示燈,左旋旋鈕,兩個(gè)對(duì)角的黃燈亮,使透明坐標(biāo)測(cè)量板上的標(biāo)尺刻度易于觀察;右旋旋鈕,另兩個(gè)對(duì)角的紅燈亮,有利于圖象拍攝。三、掃頻儀的使用(一)面板裝置BT-3型掃頻儀的面板如圖6-5所示。1顯示部分 (1)電源、輝度旋鈕 該控制裝置是一只帶開關(guān)的電位器,兼電源開關(guān)的輝度旋鈕兩種作用。順時(shí)針旋動(dòng)此旋鈕,即可接通電源,繼續(xù)順時(shí)針旋動(dòng),熒光屏上顯示的光點(diǎn)或圖形亮度增加。使用時(shí)亮度宜適中。 (2)聚焦旋鈕 調(diào)節(jié)屏幕上光點(diǎn)細(xì)小圓亮或亮線

18、清晰明亮,以保證顯示波形的清晰度。(3)坐標(biāo)亮度旋鈕 在屏幕的4個(gè)角上,裝有4個(gè)帶顏色的指示燈泡,使屏幕的坐標(biāo)尺度線顯示明暸。旋鈕從中間位置向順時(shí)針方向旋動(dòng)時(shí),熒光屏上兩個(gè)對(duì)角位置的黃燈亮,屏幕上出現(xiàn)黃色的坐標(biāo)線;從中間位置逆時(shí)針方向旋動(dòng)時(shí),另兩個(gè)對(duì)角位置的紅燈亮,顯示出紅色的坐標(biāo)線。黃色坐標(biāo)線便于觀察,紅色坐標(biāo)利于攝影。(4)Y軸位置旋鈕 調(diào)節(jié)熒光屏上光點(diǎn)或圖形在垂直方向上的位置。(5)Y軸衰減開關(guān) 有1,10,100 三個(gè)衰減檔級(jí)。根據(jù)輸入電壓的大小選擇適當(dāng)?shù)乃p檔級(jí)。(6)Y軸增益旋鈕 調(diào)節(jié)顯示在熒光屏上圖形垂直方向幅度的大小。(7)影象極向開關(guān) 用來改變屏幕上所顯示的曲線波形正負(fù)極性。

19、當(dāng)開關(guān)在“+”位置時(shí),波形曲線向上方向變化(正極性波形);當(dāng)開關(guān)在“一”位置時(shí),波形曲線向下方向變化(負(fù)極性波形)。當(dāng)曲線波形需要正負(fù)方向同時(shí)顯示時(shí),只能將開關(guān)在“+”和“一”位置往復(fù)變動(dòng),才能觀察曲線波形的全貌。(8)Y軸輸入插座 由被測(cè)電路的輸出端用電纜探頭引接此插座,使輸入信號(hào)經(jīng)垂直放大器,便可顯示出該信號(hào)的曲線波形。2掃描部分(9)波段開關(guān) 輸出的掃頻信號(hào)按中心頻率劃分為三個(gè)波段(第I波段1MHz75MHz、第II波段75MHz150MHz、第III波段150MHz300MHz)可以根據(jù)測(cè)試需要來選擇波段。(10)中心頻率度盤 能連續(xù)地改變中心頻率。度盤上所標(biāo)定的中心頻率不是十分準(zhǔn)確的

20、,一般是采用邊調(diào)節(jié)度盤,邊看頻標(biāo)移動(dòng)的數(shù)值來確定中心頻率位置。(11)輸出衰減(dB)開關(guān) 根據(jù)測(cè)試的需要,選擇掃頻信號(hào)的輸出幅度大小。按開關(guān)的衰減量來劃分,可分粗調(diào)、細(xì)調(diào)兩種。粗調(diào):0dB,10dB,20dB,30dB,40dB,50dB,60dB,細(xì)調(diào):0dB,2dB,3dB,4dB,6dB,8dB,10dB。粗調(diào)和細(xì)調(diào)衰減的總衰減量為70dB。(12)掃頻電壓輸出插座 掃頻信號(hào)由此插座輸出,可用75匹配電纜探頭或開路電纜來連接,引送到被測(cè)電路的輸入端,以便進(jìn)行測(cè)試。3頻標(biāo)部分(13)頻標(biāo)選擇開關(guān) 有l(wèi)MHz、l0MHz和外接三檔。當(dāng)開關(guān)置于1MHz檔時(shí),掃描線上顯示lMHz的菱形頻標(biāo);置

21、于10MHz檔時(shí),掃描線上顯示10MHz的菱形頻標(biāo);置于外接時(shí),掃描線上顯示外接信號(hào)頻率的頻標(biāo)。(14)頻標(biāo)幅度旋鈕 調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度大小。一般幅度不宜太大,以觀察清楚為準(zhǔn)。(15)頻率偏移旋鈕 調(diào)節(jié)掃頻信號(hào)的頻率偏移寬度。在測(cè)試時(shí)可以調(diào)整適合被測(cè)電路的通頻帶寬度所需的頻偏,順時(shí)針方向旋動(dòng)時(shí),頻偏增寬,最大可達(dá)±7.5MHz以上,反之則頻偏變窄,最小在±0.5MHz以下。(16)外接頻標(biāo)輸入接線柱 當(dāng)頻標(biāo)選擇開關(guān)置于外接頻標(biāo)檔時(shí),外來的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)由此接線柱引入,這時(shí)在掃描線上顯示外頻標(biāo)信號(hào)的標(biāo)記。(二)使用方法與技巧1測(cè)試探頭的選擇本儀器配有檢波輸入、開路輸入、匹配輸

22、出和開路輸出四根測(cè)量用電纜探頭。電纜線的阻抗為75,它們的一端都有插頭,接到掃頻儀的“Y軸輸入”或“掃頻電壓輸出”插座上;另一端則不相同。各種電纜探頭電路如圖6-6所示。這些探頭的用途各不相同,使用時(shí)應(yīng)予以區(qū)別。圖6-6 各種電纜探頭電路輸入電纜探頭的選擇:當(dāng)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出端有檢波器時(shí)(如電視接收機(jī)的圖象中放),應(yīng)選用開路輸入電纜探頭。若被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出端不帶檢波器(如電視接收機(jī)的視放級(jí)),必須使用帶檢波探頭的輸入電纜。輸出電纜探頭的選擇:被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗為75,應(yīng)選用開路輸出電纜探頭;被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗為高阻抗,則應(yīng)選用匹配輸出電纜探頭。否則,由于不匹配,將使掃頻儀的輸出減小,并帶來誤差。2

23、測(cè)試前的檢查(l)測(cè)試準(zhǔn)備 儀器接通電源,預(yù)熱10分鐘后,調(diào)好輝度和聚焦,便可對(duì)儀器進(jìn)行檢查。(2)頻標(biāo)的檢查將頻標(biāo)選擇開關(guān)置于1MHz或10MHz檔。掃描基線上應(yīng)呈現(xiàn)若干個(gè)菱形頻標(biāo)信號(hào),調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度旋鈕,可以均勻地改變頻標(biāo)的大小。(3)頻偏的檢查 將頻率偏移旋鈕由最小旋到最大時(shí),熒光屏上呈現(xiàn)的頻標(biāo)數(shù),應(yīng)滿足±0.5MHz±7.5MHz連續(xù)可調(diào)。(4)輸出掃頻信號(hào)頻率范圍的檢查圖6-7 輸出掃頻信號(hào)寄生調(diào)幅的檢查儀器的掃頻信號(hào)頻率覆蓋范圍(中心頻率覆蓋范圍),應(yīng)達(dá)到lMHz300MHz,三個(gè)波段的銜接應(yīng)有適當(dāng)余量。檢查時(shí)將儀器輸入端接入檢波輸出電纜,儀器輸出端接上75匹配電

24、纜,直接連接這兩根電纜探頭,Y軸增益調(diào)整得當(dāng),屏幕上即顯示出理想的矩形曲線(由于等幅的掃頻信號(hào)經(jīng)檢波后的輸出為一直流電壓,因此在屏幕上顯示出一個(gè)矩形曲線)。這時(shí),將頻標(biāo)增益放在適當(dāng)位置,頻標(biāo)選擇放在10MHz處,在各個(gè)波段上轉(zhuǎn)動(dòng)中心頻率度盤,屏幕上顯示的矩形曲線會(huì)出現(xiàn)一個(gè)凹陷點(diǎn)。這個(gè)凹陷點(diǎn)就是掃頻信號(hào)的零頻率點(diǎn)(這是由于示波器的垂直放大器在零頻率點(diǎn)增益明顯下降造成的)。以此為起點(diǎn)檢查第I波段的頻率范圍;然后再順次檢查第波段和第波段的頻率范圍。檢查時(shí),用10MHz的頻標(biāo),當(dāng)每個(gè)波段在轉(zhuǎn)動(dòng)中心頻率度盤時(shí),其頻標(biāo)通過屏面中心線的個(gè)數(shù)應(yīng)達(dá)到以下要求:第I波段頻標(biāo)為8個(gè),頻率范圍為1MHz75MHz;第

25、波段頻標(biāo)為9個(gè),頻率范圍為75MHz150MHz;第波段頻標(biāo)為15個(gè),頻率范圍為150MHz300MHz。(5)輸出掃頻信號(hào)寄生調(diào)幅的檢查 同頻率范圍的檢查項(xiàng)。將粗、細(xì)衰減均置于0dB檔級(jí),調(diào)節(jié)Y軸增益旋鈕,使屏幕上顯示的矩形具有適當(dāng)?shù)母叨?。在?guī)定的±7.5Mz頻偏下,觀察屏幕上的矩形(如圖6-7所示)。根據(jù)測(cè)得矩形的最大高度A和最小高度B,即可計(jì)算掃頻信號(hào)的寄生調(diào)幅系數(shù)M(%)=(A-B)/(A+B)×100%要求在整個(gè)頻段范圍內(nèi),M±7.5%。按此指標(biāo)分別檢查, 波段。(6)儀器輸出電壓的檢查 在儀器輸出孔上插入終端接有75電阻的電纜,用超高頻毫伏表測(cè)量其電纜

26、輸出電壓,其有效值應(yīng)大于100mV。在沒有超高頻毫伏表時(shí),直接從儀器上亦可檢查,檢查時(shí)將Y軸衰減開關(guān)放在10檔,Y軸增益旋鈕旋至最大,屏幕上矩形高度只要大于20mm,即符合要求。3電路幅頻特性的基本測(cè)試方法在進(jìn)行測(cè)試前檢查的基礎(chǔ)上,進(jìn)行幅頻特性的測(cè)試。(1)根據(jù)被測(cè)電路指標(biāo)規(guī)定的中心頻率值,選擇適當(dāng)?shù)牟ǘ伍_關(guān)檔級(jí)和調(diào)節(jié)中心頻率度盤。(2)按圖6-8所示電路連接被測(cè)電路和掃頻儀。若被測(cè)電路是個(gè)不帶檢波器的四端網(wǎng)絡(luò),將輸出匹配電纜接到儀器的掃頻電壓輸出插座,電纜的另一端接到被測(cè)電路的輸入端,另一端(檢波頭)接被測(cè)電路的輸出端。若被測(cè)電路是帶有檢波器的四端網(wǎng)絡(luò),則不用探測(cè)器,而用輸入電纜線直接將被測(cè)

27、對(duì)象的檢波輸出接到本儀器的Y軸輸入端。(3)選擇適當(dāng)?shù)妮敵鏊p開關(guān)和Y軸增益旋鈕。(4)選擇測(cè)試所需的頻標(biāo)選擇開關(guān)檔級(jí)和適當(dāng)調(diào)節(jié)頻標(biāo)幅度旋鈕。(5)根據(jù)掃頻儀屏幕上所顯示的幅頻特性曲線和面板控制裝置,進(jìn)行定量讀數(shù)。根據(jù)頻標(biāo),可以直接讀出幅頻特性曲線的頻率值。如果測(cè)讀的頻率不在頻標(biāo)上,則可根據(jù)相鄰兩個(gè)頻標(biāo)之間占據(jù)的水平距離進(jìn)行粗略的估算。若須要精確測(cè)量頻率,可采用外接頻標(biāo)信號(hào)。關(guān)于頻標(biāo)的讀法。測(cè)讀頻標(biāo)須先把頻標(biāo)開關(guān)置于10MHz處進(jìn)行粗測(cè)。在此基礎(chǔ)上,轉(zhuǎn)換頻標(biāo)選擇到1MHz進(jìn)行精測(cè)。如嫌測(cè)量精度不夠,可以使用外接連續(xù)頻標(biāo)。當(dāng)波段置于I、頻標(biāo)選擇置于10MHz、頻率偏移調(diào)整到至少能看到兩個(gè)10MH

28、z頻標(biāo)時(shí),屏幕上出現(xiàn)幅度較大間隔均勻的10MHz大頻標(biāo)。當(dāng)中心頻率在“0”附近時(shí),屏幕上有一個(gè)寬度比其余頻標(biāo)寬很多,由若干正弦波形構(gòu)成的菱形頻標(biāo),這就是零MHz的頻標(biāo)。在它右邊的第一個(gè)大頻標(biāo)是l0MHz,第二個(gè)大頻標(biāo)是20MHz依次類推。當(dāng)中心頻率度盤在“75”附近轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),離中心線最近而且始終不會(huì)移動(dòng)到中心線左側(cè)的那個(gè)大頻標(biāo)是80MHz。在相鄰兩個(gè)大頻標(biāo)的中心,有一個(gè)幅度稍低的頻標(biāo)是5MHz頻標(biāo)。例如在20MHz和30MHz中間的則是25MHz。幅度更小的頻標(biāo)已不能作測(cè)讀頻率用。當(dāng)波段置于、頻標(biāo)選擇置于10MHz、頻率偏移調(diào)到適當(dāng)位置時(shí),在中心頻率度盤在“75”附近反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),有一個(gè)在屏幕中心

29、線左側(cè),離中心線最近且始終不能移動(dòng)到中心線右側(cè)的l0MHz大頻標(biāo),它即是70MHz的頻標(biāo)。在它右邊的第一個(gè)大頻標(biāo)是80MHz,第二個(gè)是90MHz。在“150”附近反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)中心頻率度盤,有一個(gè)位于屏幕垂直中心線右側(cè),離中心線最近且始終不能移動(dòng)到中心線左側(cè)的那個(gè)大頻標(biāo)是160MHz的頻標(biāo)。在它左邊的第一個(gè)大頻標(biāo)即是150MHz。在相鄰兩l0MHz大頻標(biāo)的中心,有一個(gè)幅度稍低的頻標(biāo)是5MHz頻標(biāo),例如在80和90MHz之間的則是85MHz。幅度更小的頻標(biāo)已不能再作測(cè)讀之用。當(dāng)波段置于時(shí),其頻標(biāo)讀法與置時(shí)相類似,只不過在垂直中心左側(cè),離中心線最近而始終不能移動(dòng)到中心線右側(cè)的10MHz頻標(biāo)是140MHz

30、,在中心線右側(cè),離中心線最近且始終不能移動(dòng)到中心線左側(cè)的10MHz頻標(biāo)是310MHz。若要用lMHz頻標(biāo)測(cè)讀,須在上述用l0MHz測(cè)讀的基礎(chǔ)上進(jìn)行。把某個(gè)l0MHz的頻標(biāo)記住或做好標(biāo)記,轉(zhuǎn)換頻標(biāo)選擇開關(guān)至1MHz,這時(shí)在原標(biāo)記頻標(biāo)位置出現(xiàn)的lMHz頻標(biāo)即是“某10MHz”頻標(biāo)在它左邊的依次是“某10-1MHz”,“某10-2MHz”(如29、28)等;在它右邊的依次是“某10+1MHz”,“某10+2MHz”(如31、32)等。在相鄰兩個(gè)lMHz頻標(biāo)中間出現(xiàn)的幅度稍低的頻標(biāo)是0.5MHz頻標(biāo)。更小的頻標(biāo)已不能讀數(shù)。根據(jù)輸出衰減旋鈕位置和幅頻特性曲線的高度可測(cè)讀被測(cè)電路的增益。必須先進(jìn)行0dB校

31、正。校正時(shí),將掃頻儀接有75電阻的輸入電纜,直接與檢波頭相連,輸出衰減開關(guān)置于0dB,調(diào)節(jié)Y軸增益旋鈕,使屏幕上顯示的矩形有一定的高度(例如為5格),這個(gè)高度稱為0dB校正線。然后按圖6-8所示接入被測(cè)電路。在保持Y軸增益旋鈕位置不變的情況下,改變輸出衰減開關(guān)的檔級(jí),使顯示的幅頻特性曲線高度處于0dB校正線附近。如果高度正好和校正線等高,則輸出衰減開關(guān)所指分貝刻度即為被測(cè)電路的增益值。如果幅頻特性曲線高度不在0dB校正線上,則可根據(jù)每格的增益倍數(shù)(根據(jù)分貝數(shù)據(jù)算)進(jìn)行粗略的估算。(6)注意事項(xiàng)其一,掃頻儀與被測(cè)電路相連接時(shí),必須考慮阻抗匹配問題。如被測(cè)電路的輸入阻抗為75,應(yīng)采用終端開路的輸出

32、電纜線;如被測(cè)電路的輸入阻抗很大,應(yīng)采用終端接有75的輸出電纜線,否則應(yīng)采用阻抗匹配轉(zhuǎn)換的措施。其二,若被測(cè)電路內(nèi)部帶有檢波器,不應(yīng)再用檢波探頭電纜,而直接用開路電纜與儀器相連。其三,在顯示幅頻特性時(shí),如發(fā)現(xiàn)圖形有異常的曲折,則表示被測(cè)電路有寄生振蕩,在測(cè)試前予以排除。其四,測(cè)試時(shí),輸出電纜和檢波探頭的接地線應(yīng)盡量短些,切忌在檢波頭上加接導(dǎo)線(也不應(yīng)另外加接地線)。四、掃頻儀的測(cè)試應(yīng)用(一)測(cè)試調(diào)諧放大器以一個(gè)中頻放大器為例。它的技術(shù)指標(biāo)如下:中心頻率為30MHz,頻帶寬度為6MHz,增益大于50dB,特性曲線頂部呈雙峰曲線,平坦度小于ldB。測(cè)試步驟和方法如下。1調(diào)整方法開機(jī)預(yù)熱,調(diào)節(jié)輝度、

33、聚焦,使圖形清晰,基線與掃描線重合,頻標(biāo)顯示正常。波段選擇開關(guān)置于I位置,中心頻率為30MHz,頻偏約為±5MHz,掃頻電壓輸出接帶75的匹配電纜,Y軸輸入接檢波器電纜,把以上兩根電纜探頭直接相連。Y軸衰減置于“1”位置,Y軸增益旋至最大位置,調(diào)節(jié)輸出衰減使曲線呈矩形,且其幅度為5大格,記下輸出衰減的分貝數(shù),如為12dB。2測(cè)試電路測(cè)試時(shí),可按圖6-8所示連接電路。但輸出電纜探頭接一個(gè)510pF左右的隔直電容,再接到中頻放大 器的輸入端,引入這個(gè)隔直電容的目的,是防止影響放大器電路的偏置電壓;帶檢波器電纜探頭經(jīng)1K隔離電阻接于中頻放大器的輸出端,有這個(gè)隔離電阻可以減小檢波器的輸入電容

34、對(duì)調(diào)諧頻率的影響。3測(cè)試方法將Y軸衰減置于10檔上(相當(dāng)于衰減20dB),輸出粗調(diào)衰減置于40dB上,再來調(diào)整輸出細(xì)衰減,使波形曲線高度為5大格,記下總分貝數(shù),如為42dB,則該中頻放大器的電壓增益為:電壓總增益=42dB+20dB-l2dB=50dB。調(diào)節(jié)中頻放大器的有關(guān)元件,使波形曲線達(dá)到技術(shù)指標(biāo)如圖6-9所示的頻率特性曲線,調(diào)試時(shí)若出現(xiàn)如圖6-10(a)、(b)所示的特性曲線時(shí),表示電路處于臨振和已振狀態(tài),應(yīng)調(diào)整中頻放大器的工作點(diǎn),消除這種現(xiàn)象。(二)測(cè)試電視接收機(jī)高頻頭掃頻儀是測(cè)試電視接收機(jī)的主要儀器。電視接收機(jī)中的高頻頭、圖象中頻放大器、視頻放大器和伴音放大器、鑒頻器等部分,均可很方

35、便地進(jìn)行調(diào)試,邊調(diào)邊看曲線波形,一直調(diào)整到最佳的工作狀態(tài),現(xiàn)介紹晶體管式獨(dú)立微調(diào)高頻的測(cè)試方法。它的技術(shù)指標(biāo)如下:頻率范圍53MHz230MHz,分12頻道,增益20dB以上,本振頻率微調(diào)范圍±1.5MHz。高頻頭由輸入回路、高頻放大器、本機(jī)振蕩器和混頻器等組成。下面介紹混頻輸出特性、本機(jī)振蕩頻率特性、高頻放大頻率特性和高頻頭總特性曲線的測(cè)試。 1測(cè)試混頻輸出特性進(jìn)行測(cè)試時(shí),掃頻儀面板控制裝置的位置參考如下。中心頻率:34MHz,頻偏:±7.5MHz,輸出衰減器約為:30dB,輸入衰減器:置于“1”位置,Y軸增益:最大。電視機(jī)的頻道選擇器置于空檔位置?;祛l器輸出頻率特性曲線

36、應(yīng)如圖6-11所示。通過調(diào)整混頻輸出變壓器內(nèi)的磁芯、初次級(jí)線圈間的耦合距離或線圈匝數(shù)及稀密程度、以及有關(guān)阻容,達(dá)到圖6-9所示的頻率特性曲線。2測(cè)試本機(jī)振蕩頻率特性測(cè)試方法與前面基本相同。儀器的中心頻率調(diào)到所需位置,第二頻道的本振頻率應(yīng)為94.75MHz,如果本振工作正常,則掃頻儀屏幕上在95MHz左右處將出現(xiàn)一個(gè)小頻標(biāo),并有±1.5MHz左右的微調(diào)范圍。若本振頻率不對(duì),可以改變本振線圈的稀密或匝數(shù),使振蕩的頻率滿足要求。3測(cè)試高頻放大頻率特性這部分包括高頻放大器、輸入回路和高通濾波器等。測(cè)試方法與前面基本相同。首先在第一頻道確定起控點(diǎn),因?yàn)楣ぷ黝l率不一樣,在頻率低端所需起控電流稍大

37、,只要第一頻道的起控電流調(diào)得合適,其他頻道就可正常工作。在AGC直流電壓為+3V時(shí),調(diào)整高放級(jí)電感線圈的電感量或耦合強(qiáng)弱,使高放曲線達(dá)到圖 6-12所示的要求。然后再從212頻道分別調(diào)整到各自的要求。高通濾波器的調(diào)整是在第一通道進(jìn)行的,辦法是改變高通線圈稀密的程度來改變電感量,使截止頻率局限在39MHz40MHz范圍內(nèi)。4測(cè)試總特性曲線高放和混頻輸出曲線調(diào)好后,且各頻道的本振頻率也均合適,即可檢查總特性曲線。一般來說都會(huì)合乎要求。但由于調(diào)整混頻器曲線是在空檔進(jìn)行的,與接入各頻道的情況有些差異,應(yīng)該復(fù)調(diào)一下,使以上三種曲線兼顧,但以總特性曲線為準(zhǔn)??偺匦郧€如圖6-13所示,圖中f p為圖象載頻

38、。輸入回路一般和高放曲線一并調(diào)整,使高放增益最大,并要滿足要求。電子設(shè)計(jì)中經(jīng)常碰到的問題是對(duì)待測(cè)電路(DUT)傳輸特性的測(cè)試,這里所說的傳輸特性包括增益和衰減、幅頻特性、相位特性和時(shí)延特性等,而最常見的就是DUT的幅頻特性。最初,對(duì)于DUT的幅頻特性的測(cè)試是在固定頻率點(diǎn)上逐點(diǎn)進(jìn)行。這種測(cè)試方法繁瑣、費(fèi)時(shí),且不直觀,有時(shí)還會(huì)得出片面的結(jié)果。例如,測(cè)量點(diǎn)之間的諧振現(xiàn)象和網(wǎng)絡(luò)特性的突變點(diǎn)常常被漏掉。DDS(DirectDigitalSynthesis)技術(shù)是1971年3月由美國(guó)學(xué)者J.TIerncy,C.M.Rader和B.Gold提出,這是一種從相位概念出發(fā)直接合成所需要波形的全數(shù)字頻率合成技術(shù),

39、原理框圖如下:圖表   1DDS技術(shù)原理框圖DDS技術(shù)的出現(xiàn)使得我們對(duì)于幅頻特性的測(cè)試變得異常簡(jiǎn)單。我們只需要按照某種規(guī)律不斷的配置“頻率碼K”,就能夠得到一個(gè)頻率隨時(shí)間按照此規(guī)律在一定頻率范圍內(nèi)掃動(dòng)的信號(hào),如此即可對(duì)DUT進(jìn)行快速、定性或定量的動(dòng)態(tài)測(cè)試。因此,對(duì)DUT的調(diào)整、校準(zhǔn)及故障排除提供了極大的便利。北京普源精電(RIGOL)最新推出的DG5000系列函數(shù)/任意波形發(fā)生器采用了DDS直接數(shù)字合成技術(shù),可生成穩(wěn)定、精確、純凈和低失真的輸出信號(hào)。本文僅以DG5000為例來詳細(xì)說明DDS信號(hào)源在掃頻測(cè)試中的具體應(yīng)用。1.DG5000提供1uHz250MHz的掃頻范圍;2.掃頻類型支持“線性掃頻”、“對(duì)數(shù)掃頻”和“步進(jìn)掃頻”;3.掃頻時(shí)間1ms300s,同時(shí)支持“返回時(shí)間”、“起始保持”和“終止保持”的設(shè)置;4.觸發(fā)方式包括“自動(dòng)觸發(fā)”、“外部觸發(fā)”和“手動(dòng)觸發(fā)”;5.支持“標(biāo)記頻率”的設(shè)置,可以輕易表示出掃頻信號(hào)任意點(diǎn)的頻率值。模擬濾波器頻響測(cè)試在近代通信設(shè)備和各類控制系統(tǒng)中,濾波器的應(yīng)用極為廣泛,濾波器的優(yōu)劣直接決定

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