1、第三章第三章 信號發生器信號發生器 掃頻信號發生器掃頻信號發生器 陳元威（093411118） 掃頻信號發生器的定義和用途掃頻信號發生器的定義和用途 掃頻信號發生器是一種輸出信號的頻率隨時間在一定范圍內反復變化正弦信號發生器，它是頻率特性測試儀（掃頻儀）的核心，主要用于直接測量各種網絡的頻率響應特性。3.5.13.5.1線性電路幅頻特性的測量線性電路幅頻特性的測量 正弦穩態下的系統函數或傳輸函數N( j)反映了該系統激勵與響應間的頻率關系， 即 )(jioioe )()j ()j ()j (NUUUUN 點頻法 掃頻法測量方法：1. 1. 點頻法測量幅頻特性點頻法測量幅頻特性 所謂點頻法就是“

2、逐點”測量幅頻特性或相頻特性的方法 圖3.5-1點頻法測量系統的幅頻特性 ui為正弦信號源， 接于被測電路輸入端， 由低到高不斷改變信號源頻率， 信號電壓不應超過被測電路的線性工作范圍， 用測量儀器在各個頻率點上測出輸出信號與輸入信號的振幅比(幅頻特性)和相位差(相頻特性)。 以f為橫坐標， 以振幅比(或相位差)為縱坐標， 就可以逐點描繪出電路的頻率特性曲線。 點頻法存在的問題：點頻法存在的問題： 1）逐點測量，操作繁瑣費時； 2）頻率離散而不連續，非常容易遺漏掉某些特性突變點； 這種快速、 直觀的測量方法就是掃頻法測量的基本思想。 提供頻率可自動連續變化的正弦波信號源稱為掃頻信號源或掃頻振蕩

3、器。掃頻法測量的基本思想掃頻法測量的基本思想 在測試過程中，使信號源輸出信號的頻率按特定規律自動連續并且周期性重復，利用檢波器將輸出包絡檢出送到示波器上顯示，以得到被測電路的幅頻特性曲線。2. 掃頻法測量幅頻特性 在原理框圖中， 除被測網絡外， 其余部分通常都安裝于稱為頻率特性測試儀(也稱掃頻儀)的同一儀器中。 掃頻信號發生器實際上是頻率可控的正弦振蕩器， 如壓控振蕩器(VCO)， 它的振蕩頻率受掃描電壓us控制。 若掃描電壓為三角波(圖b)， 則掃頻信號發生器的瞬時頻率在掃描正程期間將隨掃描電壓的線性增加由fmin線性地變到fmax， 在回掃期間， 又由fmax線性地變到fmin， 如此周期

4、性反復， 而掃描信號的幅度則始終保持不變。 常用的掃描信號還有鋸齒波和對數型波等。二極管峰值檢波電路+- -ui+- -uiVDRCui+- -CrduD= ui- - uoi充充i放放id當輸入信號ui(t)為調幅波時，那么載波正半周時二極管正向導通，輸入電壓通過二極管對電容C充電，充電時間常數為rdC。因為rdC較小，充電很快，電容上電壓建立的很快,輸出電壓uo(t) 很快增長 。ui(t)達到峰值開始下降以后，隨著ui(t)的下降，當ui(t)= uo(t)，即uD= ui-uo=0時，二極管VD截止。C把導通期間儲存的電荷通過R放電。因放電時常數RC較大，放電較緩慢。 振幅不變而頻率在

5、一定范圍內連續變化的正弦信號加到被測網絡(例如調諧放大器)的輸入端。 由于調諧放大器的增益隨頻率而變， 因此其輸出信號uo的振幅也將隨頻率而改變， uo的包絡就反映了該放大器的幅頻特性(圖d)。 uo經峰值檢波器檢出輸出信號的包絡 (圖e) 將經峰值檢波器檢出輸出信號的包絡 uo 送至示波管的垂直偏轉系統， 同時掃描信號us加到示波管的水平系統作為掃描時基信號。 由于掃頻信號ui的瞬時頻率和水平掃描電壓us的瞬時值一一對應， 因此示波管的水平軸成為線性的頻率坐標軸。 這樣在us和 uo 的共同作用下， 示波管熒光屏上就直接顯示出該調諧放大器的幅頻特性。 與點頻法相比，與點頻法相比， 掃頻法具有

6、以下優點：掃頻法具有以下優點：(1) 可實現網絡的頻率特性的自動或半自動測量。(2) 由于掃頻信號的頻率是連續變化的， 因此所得到的被測網絡的頻率特性曲線也是連續的， 不會出現由于點頻法中的頻率點離散而遺漏掉人們感興趣的某些“細節”問題。 (3) 點頻法是人工逐點改變輸入信號的頻率， 速度慢， 得到的是被測電路穩態情況下的頻率特性曲線。 掃頻測量法是在一定掃描速度下獲得被測電路的動態頻率特性。 掃頻法更符合被測電路的應用實際。3.5.2掃頻儀的基本構成掃頻儀的基本構成1. 掃頻儀的基本方框圖掃頻儀的基本方框圖 時基系統產生一個掃描信號， 由該信號控制一個可調諧的連續振蕩源以產生頻率隨時間變化的

7、正弦信號， 頻率變化的規律就取決于掃描信號。 若掃描信號是鋸齒波或三角波(這是最常用的情況)， 則掃頻規律呈線性， 或者說掃頻振蕩器輸出正弦信號的瞬時頻率隨時間線性增加或降低。 有些場合也使用對數型掃描信號， 則掃頻規律呈現對數性。 掃頻信號施加于被測網絡輸入端， 輸出響應經檢波， 包絡上加上頻標信號， 就可在示波管熒光屏上的頻率特性曲線上找到對應的頻率。 掃頻振蕩器是掃頻儀的主要部分， 實際上它是一個調頻振蕩器， 在時基系統產生的掃描信號(即調頻的調制信號)的作用下， 產生頻率隨時間按一定規律變化的掃頻振蕩， 并利用電平限制電路及自動幅度控制電路以確保輸出振幅平穩的掃頻信號， 通過輸出控制電

8、路來控制系統的輸出。 時標系統用來產生頻率標記(簡稱頻標)信號， 以便在示波管熒光屏上確定掃頻信號發生器的瞬時頻率和掃頻寬度。2. 2. 掃頻振蕩器的工作原理掃頻振蕩器的工作原理實現掃頻振蕩的方法很多， 常用的有磁調電感法、 變容二極管法以及微波波段使用的返波管法、 YIG諧振法等。 1) 1) 磁調電感法磁調電感法圖3.5-4磁調電感法原理圖 L2、 C諧振回路的諧振頻率f0為CLf2021 L2為繞在高頻磁芯MH上線圈的電感量。 若能用時基系統產生的掃描信號改變L2， 那么也就改變了諧振頻率。 由電磁學理論可知， 帶磁芯線圈的電感量與磁芯的導磁系數0成正比： L2=m0L (3.5-3)L

9、L02 中，L為空心線圈的電感量。 由于高頻磁芯MH接在低頻磁芯ML的磁路中， 而繞在ML上的線圈中的電流是交流和直流兩部分掃描電流， 如圖(b)所示， 因此當掃描電流隨時間變化時， 磁芯的有效導磁系數0也隨著改變 由此可得：掃描電流的變化就導致了L2及諧振頻率f0的變化， 從而實現了“掃頻”。CLf2021LL022) 2) 變容二極管法變容二極管法 基本原理： 由 可知， 如果能用掃描信號改變諧振電路中電容量C的大小， 那么也能使諧振頻率隨之改變。CLf2021圖3.5-5變容二極管的特性曲線變容二極管的特性可表示為rDUUCC10j Cj0為變容二極管反向電壓為零時的結電容； r為電容變

10、化系數； UD為PN結勢壘電壓； U為加到變容二極管兩端的反向電壓。 若使用突變結的變容二極管， 則r=1/2， 此時電容為DUUCC10jrDUUCC10j Cj0為變容二極管反向電壓為零時的結電容； UD為PN結勢壘電壓； U為加到變容二極管兩端的反向電壓。 因此， 用掃描信號電壓U反向加于變容二極管， 當U隨時間變化時， 電容C也隨之改變， 從而也就改變了諧振頻率， 獲得了掃頻信號。DUUCC10j3.5.33.5.3BT-3BT-3型掃頻儀型掃頻儀1. 掃頻儀的主要性能要求掃頻振蕩器除應具有一般正弦振蕩器所具有的工作特性外， 還有下面幾個主要的性能要求。(1) 中心頻率范圍大且可連續調節。 (2) 掃頻寬度(頻寬)要寬且可任意調節。 (4) 掃描線性度要好。 (3) 寄生調幅要小。2. BT-32. BT-3型頻率特性測試儀型頻率特性測試儀( (掃頻儀掃頻儀) ) BT-3型掃頻儀主要用來測試寬帶放大器、 雷達接收機的高頻放大器、 電視接收機等的各通道頻率特性， 也可用于鑒頻器測試， 是一種較為典型的頻率特性測試儀。 BT-3型掃頻儀主要由掃頻信號發生器、 頻率標尺、 顯示裝置及電源等四部分組成圖3.5-7BT-3型掃頻儀的面板圖 BT-3BT-3型掃頻儀的主要技術性能如下：型掃頻儀的主要技術性能如下：(1) 中心頻率： 在