电子测量技术教案市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、6.1扫描仪介绍章节目录6.2扫描仪应用6.3实训1第1页第6章 扫频仪 本章关键点扫频测量法扫频仪组成基本原理框图扫频仪使用技能 2第2页6.1 扫频仪介绍扫频仪又称为频率特征测试仪。它能够直接显示被测电路频率幅度特征。普通示波器只能显示幅度与时间关系曲线。扫频仪把调频和扫频技术相结合（调频信号称为扫频信号），故能显示频率与幅度关系曲线。所以称之为扫频仪。 扫频仪能够用来测定调谐放大器、宽带放大器、各种滤波器、鉴频器、以及其它有源或无源网络频率幅频特征。对于通信、广播电视、雷达导航、卫星地面站等设备调试、及相关电路分析和研究起着主要作用。 3第3页6.1.1 扫频测量法 1点频测量法 点频测

2、量法是对被测设备电路频率幅度特征测试最早方法，按图6-1连接。信号发生器应能满足被测电路频率范围要求及输出一定幅度正弦信号。正弦信号用电缆送至被测电路输入端，在被测电路输出端连接一个高频电压表。机器间连接应该注意阻抗匹配。可用通用二踪示波器分别监视输入和输出信号波形和幅度改变情况。4第4页图6-1 点频测量法原理图5第5页测试时，信号发生器送出信号幅度一直保持不变，从频率低端按一定频率间隔输出信号，信号经过被测电路后，在电压表或示波器上能够逐一得到一个一个数值，把这些数值记下来，一直抵达所需测试频率高端为止。最终把这些数值用坐标纸画出来，坐标横轴表示频率；纵轴表示幅度。坐标上一个点，代表这点频

3、率信号经过被测电路幅度改变值，用平滑曲线连接各点，如图6-2所表示，这就是被测电路频率特征曲线。用点频测量法绘制成曲线，叫静态频率特征曲线。 6第6页图6-2幅频特征曲线 7第7页 用点频测量法测试，频率是不连续，假如在某相邻两点之间频率特征有突变情况，那么在频率特征曲线上反应不出来。所以它存在以下缺点：（1）测量次数多，测试时间长。（2）单点测试比不上扫频测试准确，对含有高品质原因LC谐振回路频率特征，测量结果会有一定差异，如图6-3。 因为LC电路存在着惰性，所以测试结果就不一样，扫频信号是连续改变，扫频测量法测得叫动态频率特征，所得结果和电路正常工作状态相近似。 8第8页图6-3 LC谐

4、振回路频率特征 9第9页图6-4 扫频测量法简明框图 2.扫频测量法 扫频测量法测试简明方框图如图6-4所表示。扫频信号发生器送出扫频信号至被测电路后，在显示器上能够观察到被测电路频率特征曲线。10第10页 图6-5表示调幅信号调制过程波形图。图6-5 调幅信号11第11页图6-6 调频信号图6-6表示调频信号调制过程波形图。12第12页 在调频时，频率由低端到高端周期性地连续改变（在扫频仪中叫扫频)，其频率改变范围称频率偏移，简称频偏。在扫频仪中，希望有较大频偏，并能够连续调整其改变范围。 在频偏中心位置频率，称为中心频率。扫频测量原理简单方框参见图6-7 (a)，图(b)为波形改变过程。

5、扫频振荡器频率f，随时间t 线性地连续改变,而它幅度保持不变。扫频信号经过被测电路时，信号幅度将按被测电路幅度频率特征而改变，到检波器输入端信号不再是等幅波，经检波后信号，再经垂直放大器加于示波管上，显示出被测电路频率特征曲线。 13第13页图6-7 扫频仪原理框图及工作波形 扫描仪框图 测试波形图 14第14页扫频测量法含有下述优点： （1）它优于点频测量，扫频测量是一个半自动测试方法。（2）在测试中,能够快速判断被测电路中某一元器件对频率特征影响，方便对电路进行改进。（3）能够观察各种冲激影响，如脉冲干扰，机械冲击等对被测电路影响。方便对电路采取必要办法。（4）和其它设备相配合，能够对生产

6、过程或产品质量进行自动控制和监测。（5）能够测试电路动态频率特征，没有点频测量间隙，反应较全方面。 15第15页6.1.2 扫频仪组成及框图原理 1扫频仪组成 扫频仪是依据扫频测量法原理设计而成。扫频仪是由扫频信号发生器和示波器组合而成。扫频信号发生器产生按一定规律改变调频等幅波信号。扫频仪主要组成包含扫描电压发生器、X轴放大器、扫频信号发生器、检波探头、Y轴放大器、频标电路示波管及电源电路。 16第16页2扫频仪框图原理 下面分析扫频仪工作原理（如图6-7） （1）扫描电压发生器 X轴扫描电压发生器任务是产生锯齿波电压。锯齿波信号普通由50Hz市电经降压、限幅、整形之后取得。扫描电压发生器作

7、用是使扫描图形在X方向展开。（2）X轴放大器为了得到足够扫描电压幅度，使荧光屏上水平扫描有足够宽度。17第17页(a)扫描仪框图 （3）扫频信号发生器 扫描信号是在扫描电压控制下产生。扫频信号发生器在扫描正程电压作用下，产生伴随扫描信号幅度改变频率而发生改变等幅波调频信号。在扫描电压逆程，电路采取办法使扫描电压发生器向扫频信号发生器输出负脉冲，使扫频信号发生器无输出信号。逆程期屏幕上显示是零基线。（4）扫频信号产生普通有磁调制扫频和变容二极 管扫频两种。18第18页图6-8磁调制扫频 19第19页 磁调制扫频 磁调制扫频法原理图如图6-8所表示，图（6-8a）中L2、C调谐回路谐振频率f0为

8、( 6-1)式（6-1）中L 2为绕在高频磁芯MH上线圈电感量，若能用时基系统产生扫描信号改变L 2，也就改变了谐振频率。由电磁学理论可知，带磁芯线圈电感量与磁芯导磁系数0。成正比： L2=0L (6-2)式（6-2）中L为空芯线圈电感量。因为高频磁芯MH接在低频磁芯ML磁路中，而绕在ML上线圈中电流是交流和直流两部分扫描电流，如图(6-8b)所表示。当扫描电流随时间改变时，使得磁芯有效导磁系数也伴随改变，再由式(6-1)、(6-2)可知，扫描电流改变就造成了L2及谐振频率f0改变，实现了“扫频”。20第20页 变容二极管法 变容二极管法基本思想是用变容二极管充当振荡回路中电容，用扫描锯齿波电

9、压去控制变容二极管两端电压，使其容量随之发生改变，从而使振荡频率随扫描锯齿波电压改变而改变，而实现调频。图6-9 扫频法原理图 21第21页图6-9(a)为BT3C频率特征测试仪扫频振荡器电路。 图6-9(b)是等效电路。振荡电路是一个改进型电容三点式振荡电路。因为电感L固定，其振荡频率主要由变容二极管结电容决定。变容二极管结电容可表示为 式（6-3）式（6-3）中，Uj为二极管PN结接触电位差，对于硅材料，Uj=(0.60.7)V；n为电容指数。在扫频仪中变容二极管普通采取超突变结，超突变结，nl5。式（6-3）中，Uj为二极管PN结接触电位差，对于硅材料，Uj=(0.60.7)V；n为电容

10、指数。在扫频仪中变容二极管普通采取超突变结，超突变结，nl5。22第22页扫描锯齿波电压加至两变容管V1与V2中点，控制结电容改变，使扫频振荡器频率随锯齿波电压改变而改变。锯齿波电压幅度大小能够改变扫频宽度，即改变扫频振荡器频偏。改变锯齿波改变速率可改变扫频速度。23第23页 扫频仪取得宽频率覆盖方法 扫频仪工作频率范围很宽，波段覆盖系数很大，同时要求在频段内高、低端频率点都能产生相同频偏。这是普通波段式高频信号发生器所难以到达。通常需采取外差式电路来实现。 扫频仪扫频信号产生电路方框图如图6-10所表示。图中f1可在波段内工作，f2为固定频率振荡器频率。为了取得所需频偏，通常在较高频率f1上

11、进行调频，然后使该调频信号与f2差频，以产生所需扫频信号。 从上面分析可知，光点水平位移位置与X轴上所加电压有确定对应关系，而扫频信号瞬时频率与扫描电压又有一一对应关系，故X轴对应地成为频率坐标轴。24第24页图6-10 扫频仪扫频信号产生电路 25第25页 扫频信号主要工作特征 有效扫频宽度 所谓有效扫频宽度，就是指在扫频线和振幅平稳性能符合要求前提下，一次扫频能到达最大频率覆盖范围。一次扫频时能取得最高fmax和最低fmin瞬时频率之差就是有效扫频宽度，用 表示。中心频率 中心频率是指在线性扫频时，频率改变是均匀，称为频偏。中心频率为： 式（6-4）中心频率范围指f0改变范围，也就是扫频仪

12、工作频率范围。 即 称为相对扫频宽度。26第26页 扫频线性 所谓扫描线性，就是指扫频信号瞬时频率改变和调制电压瞬时值改变之间吻合程度，吻合程度越高，扫频线性越好。检验扫频线性好坏通常将频偏（频率范围）调到最大（15MHz），测出最低、最高频率与中心频率f0A、B距离，如图6-11所表示，那么扫频线性误差r为： 式（6-5） 我们把远小于信号瞬时值扫频信号叫做窄带扫频，和瞬时频率相比拟叫做宽带扫频。27第27页普通要求r小于10%。 图6-11 调频非线性系数检验 28第28页振幅稳定性 所谓振幅稳定性，就是指在幅频特征测试中，扫频仪输出扫频信号幅度改变情况。理想情况下，扫频仪输出扫频信号幅度

13、恒定不变。通惯用寄生调幅系数M来表示扫频信号幅度平稳性，寄生调幅系数越小，表示振幅平稳性越高。寄生调幅系数检验，调整扫频宽度，在有效面积内，使扫频宽度为15MHz，旋转中心频率旋钮找一扫频线落差最大地方，把最高点和最低点高度分别记A、B，如图6-12所表示。29第29页图6-12 寄生调幅系数检验 30第30页那么M为： M= 频标 所谓频标是出现在幅频特征曲线上频率标识。应有几个频率标识，必要时可外接频标。后面要介绍频标产生。31第31页（4）被测电路被测电路是扫频仪所要测试对象，不属于扫频仪组成部分。把它画在图中是为了分析方便。扫频信号加至被测电路，检波探头（假如被测电路具备检波功效，用非

14、检波探头，幅频特征响应信号直接送Y轴电路。）对被测电路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，该信号幅度改变恰好反应了被测电路幅频特征，因而在屏幕上能直接观察到被测电路幅频特征曲线。32第32页（5）探头扫频仪随机带有两条输出电缆（即两个输出探头）和两条输入电缆（即两个输入探头），输出探头有开路探头和匹配探头，输入探头有检波探头和非检波探头。要依据被测电路输入阻抗和电路功效选择探头。被测电路输入阻抗为75时，用开路探头，不然用匹配探头；被测电路本身若有检波级时，用非检波探头，不然用检波探头。33第33页（6）Y轴放大电路用于放大检波探头输出待测电路幅频特征响应信号。（7）频标

15、电路为了标出X轴所代表频率值，需另加频标信号。该信号是由作为频率标准晶振信号与扫频信号混频而得到，产生间隔为1MHz或10MHz频标信号。其原理如图6-13所表示。 34第34页图6-13 频标产生电路 35第35页图6-13中，晶体振荡器产生频率fL为1MHz或10MHz频标信号。经过谐波发生器深入得到fLN倍(N为正整数)频标信号。将NfL与扫频信号(设其频率改变范围为fminfmax)一同加到混频器，产生频率为(fminfmax)NfL输出信号。如N为某数值恰好使NfL落在扫频信号频率改变范围内，则该输出信号便是一个以零频率为中心调频信号。经过窄带滤波器调频信号包络便反应了窄带滤波器幅频

16、特征。36第36页图6-14 菱形频标显示图 37第37页 一个35MHz频标信号(即NfL=351MH)与fminfmax=34.835.2MHz扫频信号混频，经过窄带滤波器垂直放大器加到示波管垂直偏转板上，在扫频信号为35MHz时,示波管屏幕上就会显示一个靠近菱形调频波形。 假如在垂直偏转板上同时作用着反应被测电路幅频特征检波电压，那么菱形频标波形就显示在幅频特征曲线35MHz那一点上，如图(6-14a)所表示。图(6-14b)为零频标标志。38第38页 扫频仪产生扫频信号是一个专门用来检测电路频率特征、在其频率范围内频率按线性规律不停改变等幅信号。 在扫频仪内部有个产生扫频信号发生器，把

17、它产生扫频信号输入到某放大器、鉴频器或吸收回路等电路中去目标，就是为了检验这些电路频率特征。 电路频率特征好坏是非常主要，像收录机、电视机电路频率特征好坏直接影响到声音、图像质量，或直接影响到有没有声音、图像。 用扫频信号来检测这类“软故障”就是非常科学方法，检测结果经过屏幕显示出电路频率特征曲线来，对电路是否调好了、是否符合设计要求、是否有故障就一目了然了。 6.2 扫频仪应用39第39页6.2.1 使用扫频仪注意事项 1熟悉所使用扫频仪性能指标(BT-3C型)（1）扫频中心频率： 1300450MHz连续可调。（2）扫频宽度：最大扫频宽度30MHz 最小扫频宽度1MHz（3）扫频线性误差：

18、10，扫频宽度30MHz时（4）寄生调幅系数：8，扫频宽度30MHz时（5）频率标志：有1MHz、10MHz、50MHz及外接四 种。（6）输出电压：0.5Vrms(有效值)40第40页（7）输出衰减：细衰减1dB9，1dB步进。 误差0.5dB 粗衰减l0dB7，l0dB步进。 误差(0.2+0.03A)dB，A为标称衰减值。（8）输出阻抗：75（9）Y轴偏转因数10mVcm（10）检波探头：输出电容5PF 直流耐压300V（11）75检波器：频率范围：1500MHz 灵敏度l0mV50mV(射频信号) （12） 示波管屏幕有效面积: l00mm80mm（13） 扫描基线长度：110mm（1

19、4） 使用电源：电压220V+l041第41页本仪器还具备以下三项辅助功效：（1）仪器能够输出+12V(0.5)直流电压，供测试过程中使用。（2）仪器可输出0+6V可调AGC电压，供电视高频调谐器测试用。（3）仪器能够输出稳幅单频信号，亦可作为普通信号发生器使用。42第42页2熟悉所使用扫频仪面板结构(如图6-15) 图6-15 BT-3C面板结构 43第43页 （1）电源辉度电源开、关、辉度调整。 （2）聚焦调整聚焦，可使扫描线清楚。 （3）Y移位调整Y移位，可使扫描线上、下移动。 （4）Y增益-拉出Y直流输入，按入为Y交流输入，可调整Y输入信号大小。 （5）衰减可使Y输入信号按1、10、1

20、00倍衰减。 （6）Y输入被测信号可由此输入Y放大器。 （7）影像开关可使显示图形上、下倒向。 44第44页（8）工作方式开关可使信号源输出为扫频信号或连续点频信号。 （9）扫频宽度可调整扫频言号频偏大小。 （10）粗衰减10dB 7，10dB步进，调整输出信号大小。（11）中心频率可使中心频率在1300450MHz内连续调整。（12）细衰减1dB9，1dB步进，调整输出信号大小。（13）频标幅度可凋节频标信号大小。（14）扫频输出扫频信号可由此输出。45第45页（15）外频标入外部信号可由此输入，可检验外部信号频率，或本机输出信号频率。（16）频标选择开关可使频标显示分别在外频标，1MHz和

21、10MHz频标。50MHz频标。（17）萤光屏显示器。（18）+12V输出+12V电压，0.5A，供测试设备用。（19）接地机壳接地处。（20）FU220V，1A保险丝。（21）电源插座电网电压输入插座。（22）AGCAGC电压输出，供测试调谐器用。（23）AGC控制AGC电压可在06V之间调整。46第46页3使用前安装和检验（1）安装 接上电源线，把75检波器接至扫频输出端 ，用Q9视频电缆把检波器与Y输入 连接起来，便可进行开机。（2）开机基本调整 电源开关 右旋到底，电源开，坐标灯亮，Y增益旋钮 置DC，衰减 置1，影像开关 置+，工作方式开关 置扫频，扫频宽度 右旋到底，衰减器 和(

22、置0dB，频标幅度 右旋到底，频标选择开关 置l、10或50，调整Y移位和Y增益，使扫频和基线均出现在屏幕 有效面积之内，调整聚焦 使扫描线和频标均清楚，便可进行检验主要技术指标。 1214614578910131617247第47页（3）检验主要技术指标 为了得到正确测试结果，除对新到仪器主要技术指标进行检验外，巳投入使用仪器也应定时进行检验，若有不合格者，需进行维修和调整。 （4）扫频中心频率检验 把频标选择开关置50，把中心频率旋钮从左至右迟缓旋转，经过屏幕中心50MHz大频标应有69个。（5）扫频宽度检验把频标选择开关置1.10，扫频宽度旋钮右旋到底，再将中心频率旋钮从左至右迟缓旋转，

23、检验最大扫频宽度大于30MHZ，然后再把扫频宽度旋钮左旋到底，最小扫频宽度小于1MHz。48第48页（6）扫频线性误差检验旋转中心频率旋钮，找一线性最差地方，调整扫频宽度旋钮，使扫频为30MHz(在有效面积之内)，把左、右两边15MHz距离分别记作A、B，则经过计算扫频线性误差r应小于10%。49第49页（7）寄生调幅系数检验 调整扫频宽度，在有效面积之内，使扫宽为30MHz，旋转中心频率旋钮找一扫频线落差最大地方，把最高点和最低点高度分别记A、B，则寄生调幅系数M经过公式计算：其结果M应小于8（8）输出电压检验 把75负载接至BT一3C扫频输出端，衰减器置0dB，工作方式开关置点频，将HFj

24、一8测量范围置1V，将探头插入75负载中，旋转中心频率旋钮，其输出电压幅度应大于0.5Vrms。 50第50页4使用注意事项 （1）使用者在不熟悉本仪器面板各旋钮、开关功效时，应仔细阅读本说明书，然后才能开机使用。 （2）被测设备输入端不允许有直流电位。不然，会造成仪器不能正常工作，严重者会损坏仪器。（3）仪器输出阻抗与被测件输入阻抗必须匹配。不然，会造成反射，使测量不准确。（4）射频连接电缆应尽可能地短，防止无须要地损耗。 （5）仪器输出信号过大，会使有源器件饱和，测出则是失真图形曲线。可利用衰减器适当地改变输出信号大小，观察特征曲线改变情况给予确定。51第51页6.2.2 测量幅频特征 1

25、测量增益（1）零分贝(dB)校正将扫频输出射频电缆与Y轴输入检波探头直接相连接，将“输出衰减“两个旋钮都置于0dB处，将“Y轴衰减“置于“1”；然后再调出扫频线，调“Y轴增益”，使扫频线与扫描基线之间距离为整数刻度(普通为5格)，如图6-16所表示。52第52页图6-16 0dB校正 若这个整数距离为5格，这5格高度就表示“0dB”。这个表示“0dB”5格调好后，“Y轴增益”旋钮就不能再动了。 53第53页（2）测量电路增益依据实际电路选取探头，按图6-17连接电路，先将输出衰减置于较大位置（如60dB），使屏幕上出现曲线在5格范围内，再配合调整输出粗衰减和细衰减，使曲线高度恰好是5格，即曲线

26、高度（增益）也成了0dB，而实际上它增益是表达在输出粗衰减和细衰减上，这时被测电路增益为输出粗衰减dB数加输出细衰减dB数。假如调整输出粗衰减和细衰减，曲线高度依然超出5格，这时能够调整Y轴衰减至10或100，再调整输出粗衰减和细衰减使曲线高度恰好是5格。增益计算除了考虑输出衰减还要考虑Y轴衰减数，不过要注意单位统一。54第54页图6-17 扫频仪与被测电路连接 55第55页测量带宽 对于宽带电路，这里指“宽带”是相对而言，比如说，电视机中中放电路、视放电路，都能够称为宽带放大器。有仪器或设备，要求有更宽频带，如0-100MHz。 宽带放大器带宽能够表示为：式中：f H是高频端半功率点所对应频

27、率、f L为低频端半功率点所对应频率。 若低端频率很低，则其带宽为56第56页 测量方法能够直接用扫频仪内频标方便地显示和读出频率特征曲线宽度，有时为了更准确地测量，也使用外频标。 对于窄带调谐电路，如图6-18所表示，曲线最高点是谐振频率f0，最高点下降3dB处频带宽度为调谐电路带宽。 详细测量方法是使扫频仪输出衰减置于3dB处，调整Y增益，使图形峰点与屏幕上某一水平刻度线(虚线AA)相切，然后使扫频信号输出电压增加3dB，则曲线与虚线AA相交，两交点所对应频率即为上、下频率f 和f 。则带宽为BBBW = f H-f Lf Hf L57第57页图6-18 带宽测量图58第58页 如图6-1

28、9显示是调谐回路幅-频特征曲线所表示。为了求得被测调谐回路Q值，可采取外接频标方式来测试。调整外接信号发生器频率，使其频标点分别处于图6-19中a、b、c三点上，再分别读出外接信号发生器相对应频率值f1、f0、f2，则依据回路Q值定义，得出 Q测量回路Q值59第59页图6-19 回路Q值测量图 60第60页6.2.3 测量高频阻抗 1测量输入阻抗 如图（6-20a）所表示，将扫频仪扫频输出端经过电缆接无感电位器RPl再与网络输入端相连，网络输出端并联上无感电位器RP2，扫频仪Y轴输入与被测网络输出连接。 测量原理是调整网络输入端串接电阻，使它恰好与网络输入阻抗相等，短接串联电阻时，网络输入端加上全