示波器(Cathode ray oscilloscope,CRO)是直接观察和测量电压信号的通用仪器,具 示波器 有十分广泛的用途.示波器的关键部件是示波管,示波管内电子射线的惯性很小,可用来观 测上百兆赫的高频信号;输入通道放大器的增益很高,可观测毫伏量级的微弱信号;多踪示 波器可以比较几个信号之间的波形,相位,频率,幅度等关系;配合相应的传感器,可把各 种非电量转化成电压量,用示波器进行观测.随着现代数字技术的引入,示波器的性能更加 优良.
示波管是一个漏斗状的多极真空管,内含电子枪,偏转板和萤光屏三大部件,如图 3.5.1 所示.电视机和计算机监视器的显像管也属于这类器件. 电子枪发出高速电子束,射到萤光屏上激发萤光粉产生一个光点.水平偏转板 X1X2 上自 动加有锯齿波扫描电压 UX,迫使电子束沿 X 方向周期性偏转,表现为光点在萤光屏上自左向 右匀速移动.由于萤光粉的余辉效应和人眼的视觉暂留效应,我们将看到一条稳定的水平亮 线,称为扫迹(Trace),它为我们建立了一条时间 t 轴.再给垂直偏转板 Y1Y2 加上待观测电 压 UY(多为交流电),迫使电子束同时沿 Y 方向偏转,表现为扫迹发生上下弯曲,逼真地刻 画出电压幅值随时间变化的规律,我们就看到了 UY 的波形,此波形的幅值就是 交流电信号 UY 的电压幅值.因此,萤光屏的 Y 轴是表达电压量值 UY 的,扫迹波形就是 UY—t 曲线.当 UY 是直流时,水平扫迹将向上(或向下)平移一个确定高度(直流电压值). 增大电子束的速度,可提高扫迹辉度(INTEN)即亮度;恰当调节电子枪内的电场强度, 可将电子束良好聚焦(FOCUS),使扫迹细锐,波形清晰.辉度和聚焦都是通过滑动变阻器来 调节的,这些变阻器体积较小,做成转轴结构,称作电位器,其转轴伸出仪器面板并装 有旋钮,供手动调节.辉度不可调得太亮,光点也不可停在一点上,否则使萤光屏加速老化.
二,同步扫描原理 只在 Y 偏转板加上交变电压 UY,光点只沿 Y 方向往复移动,扫迹是一段稳定竖线,其长 度显示 UY 的峰-峰值 UP-P.此时若在 X 偏转板加上锯齿波电压 UX,UX 上升沿的持续时间 tf 为正 程扫描时间,此期间 UX 随 t 正比增大,迫使光点自左向右匀速移动,同时仍保持沿 Y 方向按 UY 的规律移动,两种运动合成的结果便把 UY 的一段波形(可以含 n 个周期)自左向右展开在 萤光屏上.
UX 下降沿的持续时间 tr 为逆程扫描时间,tr tf,UX 在 tr 期间迅速减小到初始值,迫使光 点迅速返回左端起始位置.为防止逆程扫迹扰乱波形,有专门电路在 tr 期间令电子枪停止发 射,屏上便不会出现逆程扫迹,称为逆程消隐.下一个正程 tf 到来时,又重复以上过程.
待观察的 UY 信号对于时间轴来说,是一条无穷长波列.扫描过程就是逐次从这条波列上 剪下等长(含有 n 个周期)的一段,贴在萤光屏上.如果每个正程扫描都从 UY 的 n 个周期以 后的同一相位点开始,则每次的扫迹都与上次重合,由于视觉暂留和余辉效应,就可看到一 段含有 n 个稳定周期的 UY 波形.可见显示稳定波形的条件是 或 ,n=1,2,… (3.5.1)
如果 TX 比 nTY 小Δt,每次的扫迹都比上次左移一点,由于视觉暂留会产生动画效果,感到是 一列行波向左移动.当Δt 增大到不能维持动画效果时(典型状态Δt= ),各次扫迹交 错迭加呈网状;继续增大到Δt= ,图形再次达到稳定,屏上波形减少一个周期.TX 比 nTY 大Δt 的情况可按上述分析类推.
至此似乎可以实现稳定示波了,实际却不是这样.从物理光学我们得知,任何两个独立 光源都不具有相干性;在示波器中,锯齿波 UX 是由示波器内的振荡电路产生的,本机振荡器 产生的锯齿波 UX 和外来的待测信号 UY 同样不具有相干性,虽然震荡器的频率 fx(周期 TX)可 以由微调扫速 VARIABLE 旋钮改变,但是只能暂时满足稳定波形的条件,由于 UX 波源和 UY 波 源内各自都存在随机变化,TX,TY 的随机漂移很快便积累到足以破坏稳定波形的条件,屏上波 形由滚动变得错乱.为此,示波器内专门设置了同步电路,该电路将待测信号 UX 经过必要的 波形变换后作为同步信号,强迫 UX 的频率随时与之同步,实现了稳定波形条件的持续成立. 此时 UX,UY 便成为相干波源,同步信号仿佛是 UX 振荡电路的定时助推器. 同步扫描方式用于显示正弦波,三角波,对称方波等类信号效果很好;显示窄脉冲波形 却不理想,为此必须采取触发扫描方式.在这种工作方式下,UX 振荡器平时并不振荡.UY 脉 冲到来时,电路把 UY 脉冲经过适当的波形变换作为触发信号,启动 UX 振荡器产生一个周期的 锯齿波,完成一次扫描,然后恢复到等待状态.由于每次扫描的起点均由触发信号控制,每 次的扫迹必定重合.可见触发信号相当于开启 UX 振荡器的钥匙,这种工作方式在一定意义上 降低了对稳定波形的条件的依赖程度.在等待状态,电路自动将电子束消隐,避免静止的强 光点灼伤萤光屏.所以在触发扫描工作方式下看不到水平扫迹.
同步信号和触发信号的幅度不是任意的,太大太小都不能正常扫描,在 AUTO 状态下表现为 UY 波形滚动,在 NORM 状态下表现为扫迹熄灭.此时应转动 SWEEP MODE 开关上方的 LEVEL(电 平)旋钮,使同步信号或触发信号幅度恰当,恢复正常示波.必须指出,同步信号和触发信 号在萤光屏上是看不见波形的,只能根据 UY 波形显示的好坏来分析它们是否正常. 常用示波器采用中余辉萤光粉,当扫描速度很低(例如显示工频 50Hz 波形)时,扫迹的 余辉时间不足以弥合视觉暂留空档,我们将会感到整个扫迹出现周期性闪烁,但此时仍能调 节各次扫迹在原来位置出现,满足稳定波形条件的要求.我们要把扫迹闪烁和波形不稳定这 两种现象区分开来. 三,信号输入 下边讨论如何把 UY 信号输入到示波器中. 以上论述为稳定显示 UY 波形做好了必要的铺垫, 图 3.5.3 给出了示波器电路方框图.方框图是表达各类系统的重要手段,在描述复杂电路时 首先要画出电路框图,它能够直观简明地揭示电路整体功能和各部分之间的主从,因果,逻 辑顺序等关系,以及揭示信号在其中的流动路线,避免纠缠在数目繁多的具体电子元件中. 1.放大与衰减 示波管 X,Y 偏转板的偏转因数约为每厘米几十伏,要使波形占满萤光屏,需给偏转板加 上数十伏甚至数百伏电压.但是扫描电路产生的锯齿波 UX 和某些待测信号 UY 往往只有数伏甚 至数毫伏,必须通过水平放大器,垂直放大器(含前置放大器和主放大器)放大后送往示波 管;另一方面待测信号的允许上限又高达 250V,此时又应将 UY 衰减一定倍数才能正常显示波 形.放大器的增益,衰减器的衰减比都是可调的,在示波器面板上合并体现为调节扫迹的偏 转因数.
示波器的面板上设有偏转因数调节旋钮来控制外信号的放大或衰减,在示波器的探头上 还设有衰减开关,也可使信号衰减.通过对信号的放大或衰减可使示波器显示合适观测的波 形. 2.工作方式 双踪示波器面板的有 CH1,CH2 两个区,之间有一个 VERT MODE(Y 向工作方式)选择开 关,它有以下 4 档:①CH1 为单踪显示;②CH2 也为单踪显示;③DUAL 为双踪显示,一只电子 枪显示两列波形,需要电子束分身有术,这个分身术是靠工作方式控制电路中 的电子开关实现的,电子开关令萤光屏一会显示 UY1,一会显示 UY2,切换速度很快,因视觉暂 留效应我们便同时看到了 UY1,UY2 两列波形;④ADD 为代数和显示,将通道 CH2 右上角的 极性按钮按入(INV),UY2 就被反向,屏上显示 UY1-UY2;将按钮弹出(NORM),UY2 复原,屏幕 显示 UY1UY2. 选定 Y 向工作方式后,还应关注面板右下角的 SOURCE-X MODE(触发信号源)开关,令 其档位与所要稳定示波的通道一致,例如要稳定显示 CH1 的信号,则要把 SOURCE-X MODE 拨至 CH1,确保触发电路能得到期望的信号源.当使用外部触发信号时需将外部信号电缆头插入右 下角的 EXT TRIG(外触发)插座,并将 SOURCE-X MODE 开关打到 EXT 档. 四,X—Y 显示 将 SEC/DIV 旋钮反时针旋到底,指向 X—Y 档,Y MODE 设到 DUAL 档,X MODE 设到 CH2 档, 示波器进入 X—Y 显示状态.此时相当于将图 3.5.3 中开关 K0 向上闭合,水平偏转板 X1X2 得到 的信号不再是锯齿波,代之以通道 CH2 输入的 UY2.此时,萤光屏上将给出 UY1 与 UY2 组成的利萨 如图形.当 UY1,UY2 都是正弦波时,利萨如图形就是两个简谐振动正交迭加后的运动轨迹.最 简单的情况是 fY1=fY2,随着二者相位差的缓慢变化,图形在斜线—椭圆—圆之间循环演进. 当 fY1:fY2=有理数(简单整数比)时,图形成为稳定的闭合曲线.观察图形的横边,竖边, 各有 m 个,n 个向外突出的峰包,我们称之为在 Y 方向有 m 个极值点或切点,在 X 方向有 n 个极值点或切点,如图 3.5.4 所示.显然图形与信号频率存在以下关系:
利萨如图形提供了一种比较两个信号频率的简便方法.令一个未知信号与已知信号构成 利萨如图形,就可根据(3.5.2)式求得未知频率.
2.打开电源将 0.5Vp-p,1kHz 的标准信号输入示波器,并对示波器定标. (1)打开电源开关,并确认开关上方的电源指示灯亮,约 20 秒钟后,示波器屏幕上将出现一扫线 秒钟后还没有扫线出现,则按上表所示再检查开关及控制旋钮定位置. (2)调节辉度和聚焦旋钮,使扫线亮度适当,且最清晰. (3)使扫线与水平刻度线V 校准信号加到探头上. (5)将 AC-⊥-DC 开关置AC.标准波形将显示在屏幕上. (6)调节聚焦旋钮,使波形达到最清晰的程度. (7)为便于观察信号,调节v/cm和t/cm开关到适当的位置,使显示出来的波形幅度适中, 周期适中.
位移控制旋钮于适当的位置,使显示的波形对准刻度,以便
3.交流信号的观察和测量. (1)数据记录. 电压(Vp-p)值 分度值 正弦波 三角波 方 波 (2)画出三种交流信号波形各两个周期. 4.测量干电池电动势. 5.按下图连接线kHz 正弦波,测量 Uc,URC 的大小及它们的位相差. 格数 测量值 周期(T)值 分度值 格数 测量值 信号源输 出电压值 信号源输 出周期值
1, 勿使信号发生器输出端短路,以免烧坏仪器.(相当于电源短路) 2, 观察波形时,波形幅度不能超出示波器显示屏范围., 3, 实验过程中,光点强度不能太高,短时间不使用时,应将辉度关掉. 4, 关闭示波器前,须将一,二通道接地,将辉度调到最小. 5,双踪示波器的两通道地线的接法有等位要求.
6.示波器开机前,逐一分析各调节钮的功能,分别将它们调到安全合理的初设档位上. 工作方式档位应与使用目的相吻合,量程,衰减档位就大不就小,增益档位(如亮度,扫描 扩展以及信号发生器的输出调节等)就低不就高,聚焦,扫描速度,触发电平,位移,信号 发生器的频率微调等调节钮应置于中间档位.确认各类输入,输出接插件连接齐全后,方可 通电开机. 7.示波器开机后,应仔细观察现象,认真分析原因,选准应该调节的机件,遵循分析 →试调→观察无反应→将试调机件复位→有反应→分析→修改调节的工作程序,轻调慢转, 切不可随意试碰,一转到底,或者盲目改动工作方式,聚焦等与当前现象无关的机 件,导致更远地偏离期望状态,甚至损坏仪器.更不应养成揪扯拍打,牢骚抱怨等不良习惯. 旋钮转到极限位置后不应用力再拧,以免与转轴打滑,造成标记错位,甚至拧断内部导线, 损坏内部器件.多数电子仪器开机后需要预热一定时间,使用间隙不必关机.实验完毕应将 各有关调节钮恢复到安全合理的初设档位,方可关断电源,以免下次开机出现故障. 万用表的使用技巧 一,指针表和数字表的选用: 1,指针表读取精度较差,但指针摆动的过程比较直观,其摆动速度幅度有时也能比较客观地 反映了被测量的大小(比如测电视机数据总线(SDL)在传送数据时的轻微抖动);数字表读 数直观,但数字变化的过程看起来很杂乱,不太容易观看.电脑*维修-知.识_网(w_ww*dnw_xzs*co_m) 2,指针表内一般有两块电池,一块低电压的 1.5V,一块是高电压的 9V 或 15V,其黑表笔相 对红表笔来说是正端.数字表则常用一块 6V 或 9V 的电池.在电阻档,指针表的表笔输出电
流相对数字表来说要大很多,用 R×1Ω 档可以使扬声器发出响亮的哒声,用 R×10kΩ 档甚至可以点亮发光二极管(LED).电脑*维修-知.识_网(w_ww*dnw_xzs*co_m) 3,在电压档,指针表内阻相对数字表来说比较小,测量精度相比较差.某些高电压微电流的 场合甚至无法测准,因为其内阻会对被测电路造成影响(比如在测电视机显像管的加速级电 压时测量值会比实际值低很多).数字表电压档的内阻很大,至少在兆欧级,对被测电路影 响很小.但极高的输出阻抗使其易受感应电压的影响,在一些电磁干扰比较强的场合测出的 数据可能是虚的.电脑*维修-知.识_网(w_ww*dnw_xzs*co_m) 4,总之,在相对来说大电流高电压的模拟电路测量中适用指针表,比如电视机,音响功放. 在低电压小电流的数字电路测量中适用数字表,比如 BP 机,手机等.不是绝对的,可根据情 况选用指针表和数字表.电脑*维修-知.识_网(w_ww*dnw_xzs*co_m) 二,测量技巧(如不作说明,则指用的是指针表): 1,测喇叭,耳机,动圈式线Ω 档,任一表笔接一端,另一表笔点触另一端,正 常时会发出清脆响量的哒声.如果不响,则是线圈断了,如果响声小而尖,则是有擦圈 问题,也不能用.电脑*维修-知.识_网(w_ww*dnw_xzs*co_m) 2,测电容:用电阻档,根据电容容量选择适当的量程,并注意测量时对于电解电容黑表笔要 接电容正极.①,估测微波法级电容容量的大小:可凭经验或参照相同容量的标准电容,根 据指针摆动的最大幅度来判定.所参照的电容不必耐压值也一样,只要容量相同即可,例如 估测一个 100μF/250V 的电容可用一个 100μF/25V 的电容来参照, 只要它们指针摆动最大幅 度一样,即可断定容量一样.②,估测皮法级电容容量大小:要用 R×10kΩ 档,但只能测到 1000pF 以上的电容.对 1000pF 或稍大一点的电容,只要表针稍有摆动,即可认为容量够了. ③,测电容是否漏电:对一千微法以上的电容,可先用 R×10Ω 档将其快速充电,并初步估 测电容容量,然后改到 R×1kΩ 档继续测一会儿,这时指针不应回返,而应停在或十分接近 ∞处,否则就是有漏电现象.对一些几十微法以下的定时或振荡电容(比如彩电开关电源的 振荡电容),对其漏电特性要求非常高,只要稍有漏电就不能用,这时可在 R×1kΩ 档充完 电后再改用 R×10kΩ 档继续测量,同样表针应停在∞处而不应回返.电脑*维修-知.识_网
3,在路测二极管,三极管,稳压管好坏:因为在实际电路中,三极管的偏置电阻或二极管, 稳压管的周边电阻一般都比较大,大都在几百几千欧姆以上,这样,我们就可以用万用表的 R×10Ω 或 R×1Ω 档来在路测量 PN 结的好坏.在路测量时,用 R×10Ω 档测 PN 结应有较明 显的正反向特性(如果正反向电阻相差不太明显,可改用 R×1Ω 档来测),一般正向电阻在 R×10Ω 档测时表针应指示在 200Ω 左右,在 R×1Ω 档测时表针应指示在 30Ω 左右(根据 不同表型可能略有出入).如果测量结果正向阻值太大或反向阻值太小,都说明这个 PN 结有 问题,这个管子也就有问题了.这种方法对于维修时特别有效,可以非常快速地找出坏管, 甚至可以测出尚未完全坏掉但特性变坏的管子. 比如当你用小阻值档测量某个 PN 结正向电阻 过大,如果你把它焊下来用常用的 R×1kΩ 档再测,可能还是正常的,其实这个管子的特性 已经变坏了,不能正常工作或不稳定了.电脑*维修-知.识_网(w_ww*dnw_xzs*co_m) 4,测电阻:重要的是要选好量程,当指针指示于 1/3～2/3 满量程时测量精度最高,读数最 准确. 要注意的是, 在用 R×10k 电阻档测兆欧级的大阻值电阻时, 不可将手指捏在电阻两端, 这样人体电阻会使测量结果偏小.电脑*维修-知.识_网(w_ww*dnw_xzs*co_m)
5 ,测稳压二极管:我们通常所用到的稳压管的稳压值一般都大于 1.5V,而指针表的 R×1k 以下的电阻档是用表内的 1.5V 电池供电的,这样,用 R×1k 以下的电阻档测量稳压管就如同 测二极管一样,具有完全的单向导电性.但指针表的 R×10k 档是用 9V 或 15V 电池供电的, 在用 R×10k 测稳压值小于 9V 或 15V 的稳压管时,反向阻值就不会是∞,而是有一定阻值, 但这个阻值还是要大大高于稳压管的正向阻值的.如此,我们就可以初步估测出稳压管的好 坏.但是,好的稳压管还要有个准确的稳压值,业余条件下怎么估测出这个稳压值呢?不难, 再去找一块指针表来就可以了.方法是:先将一块表置于 R×10k 档,其黑,红表笔分别接在 稳压管的阴极和阳极, 这时就模拟出稳压管的实际工作状态, 再取另一块表置于电压档 V×10V 或 V×50V(根据稳压值)上,将红,黑表笔分别搭接到刚才那块表的的黑,红表笔上,这时 测出的电压值就基本上是这个稳压管的稳压值.说基本上,是因为第一块表对稳压管的 偏置电流相对正常使用时的偏置电流稍小些,所以测出的稳压值会稍偏大一点,但基本相差 不大.这个方法只可估测稳压值小于指针表高压电池电压的稳压管.如果稳压管的稳压值太 高,就只能用外加电源的方法来测量了(这样看来,我们在选用指针表时,选用高压电池电 压为 15V 的要比 9V 的更适用些).电脑*维修-知.识_网(w_ww*dnw_xzs*co_m) 6 ,测三极管:通常我们要用 R×1kΩ 档,不管是 NPN 管还是 PNP 管,不管是小功率,中功 率,大功率管,测其 be 结 cb 结都应呈现与二极管完全相同的单向导电性,反向电阻无穷大, 其正向电阻大约在 10K 左右.为进一步估测管子特性的好坏,必要时还应变换电阻档位进行 多次测量,方法是:置 R×10Ω 档测 PN 结正向导通电阻都在大约 200Ω 左右;置 R×1Ω 档 测 PN 结正向导通电阻都在大约 30Ω 左右, (以上为 47 型表测得数据,其它型号表大概略有 不同,可多试测几个好管总结一下,做到心中有数)如果读数偏大太多,可以断定管子的特 性不好. 还可将表置于 R×10kΩ 再测, 耐压再低的管子 (基本上三极管的耐压都在 30V 以上) , 其 cb 结反向电阻也应在∞,但其 be 结的反向电阻可能会有些,表针会稍有偏转(一般不会 超过满量程的 1/3,根据管子的耐压不同而不同).同样,在用 R×10kΩ 档测 ec 间(对 NPN 管) ce 间 或 (对 PNP 管) 的电阻时, 表针可能略有偏转, 但这不表示管子是坏的. 但在用 R×1kΩ 以下档测 ce 或 ec 间电阻时,表头指示应为无穷大,否则管子就是有问题.应该说明一点的 是,以上测量是针对硅管而言的,对锗管不适用.不过现在锗管也很少见了.另外,所说的 反向是针对 PN 结而言,对 NPN 管和 PNP 管方向实际上是不同的.电脑*维修-知.识_网
现在常见的三极管大部分是塑封的,如何准确判断三极管的三只引脚哪个是 b,c,e?三极 管的 b 极很容易测出来,但怎么断定哪个是 c 哪个是 e?这里推荐三种方法:第一种方法: 对于有测三极管 hFE 插孔的指针表,先测出 b 极后,将三极管随意插到插孔中去(当然 b 极 是可以插准确的),测一下 hFE 值,然后再将管子倒过来再测一遍,测得 hFE 值比较大的一 次,各管脚插入的位置是正确的.第二种方法:对无 hFE 测量插孔的表,或管子太大不方便 插入插孔的,可以用这种方法:对 NPN 管,先测出 b 极(管子是 NPN 还是 PNP 以及其 b 脚都 很容易测出,是吧?),将表置于 R×1kΩ 档,将红表笔接假设的 e 极(注意拿红表笔的手 不要碰到表笔尖或管脚),黑表笔接假设的 c 极,同时用手指捏住表笔尖及这个管脚,将管 子拿起来,用你的舌尖舔一下 b 极,看表头指针应有一定的偏转,如果你各表笔接得正确, 指针偏转会大些,如果接得不对,指针偏转会小些,差别是很明显的.由此就可判定管子的 c,e 极.对 PNP 管,要将黑表笔接假设的 e 极(手不要碰到笔尖或管脚),红表笔接假设的 c 极,同时用手指捏住表笔尖及这个管脚,然后用舌尖舔一下 b 极,如果各表笔接得正确, 表头指针会偏转得比较大.当然测量时表笔要交换一下测两次,比较读数后才能最后判定. 这个方法适用于所有外形的三极管,方便实用.根据表针的偏转幅度,还可以估计出管子的 放大能力,当然这是凭经验的.第三种方法:先判定管子的 NPN 或 PNP 类型及其 b 极后,将 表置于 R×10kΩ 档,对 NPN 管,黑表笔接 e 极,红表笔接 c 极时,表针可能会有一定偏转,
对 PNP 管,黑表笔接 c 极,红表笔接 e 极时,表针可能会有一定的偏转,反过来都不会有偏 转.由此也可以判定三极管的 c,e 极.不过对于高耐压的管子,这个方法就不适用了.电脑*
对于常见的进口型号的大功率塑封管,其 c 极基本都是在中间(我还没见过 b 在中间的). 中,小功率管有的 b 极可能在中间.比如常用的 9014 三极管及其系列的其它型号三极管, 2SC1815,2N5401,2N5551 等三极管,其 b 极有的在就中间.当然它们也有 c 极在中间的. 所以在维修更换三极管时,尤其是这些小功率三极管,不可拿来就按原样直接安上,一定要 先测一下.LD乐动 乐动体育LD乐动 乐动体育LD乐动 乐动体育