电子测量与产品检验第3章-单元电路的检测

第3章功能电路特性及参数检测学习目标1、掌握单管放大电路的特性参数及检测方法2、掌握石英晶体振荡电路的特性参数及检测方法3、掌握低频信号发生器、直流稳压电源、电子毫伏表、示波器的使用4、掌握数字电路特性及参数的检测方法。检测用仪器——（一）低频信号发生器低频信号发生器频率范围一般为20Hz～20KHz，故又称音频信号发生器。1.工作原理（1）主振级作用：是产生低频的正弦波信号。它也是低频信号发生器的最重要的电路，通常有差频式的频率形成电路和RC文氏电桥正弦振荡电路。（2）缓冲放大级作用：为了隔离后级对主振级的影响，使主振级工作正常，起到稳定频率，并兼有电压放大的作用，减轻后级功放的负担。（3）衰减器作用：为了适应测试设备的要求，改变输出电压或输出功率大小。衰减器有连续调节和步进衰减。（4）功率放大器作用：为负载提供所需要的功率。（5）阻抗变换器一般输出阻抗可进行8Ω、10Ω、60Ω、600Ω和5kΩ的切换。（6）指示电压表它由分压器、限幅器、射极跟随器、检波器、表头校正电路组成。指示器用磁电式电流表指示，电压数值与指针的偏转角度成正比，在刻度盘上可直接读数。（7）稳压电源为各部分电路提供正常工作所需的稳定直流电压。2.低频信号发生器的使用3.应用实例（1）用函数信号发生器输出一个频率为50KHz、幅值为5Vpp、偏移量为1Vdc的正弦波，占空比为60%的方波波形。3.应用实例（2）用函数信号发生器输出一个载波频率为10KHz、幅值为5Vpp，调制波频率为200Hz的AM波形，调制深度为80%。载波和调制波波形均为Sine。检测用仪器——（二）直流稳压电源1.主要组成一般直流稳压电源是由整流滤波电路、串联型稳压电路、辅助电源和保护电路等部分组成。（1）双路（CH1、CH2）输出可调电源的独立使用（2）双路（CH1、CH2）输出可调电源的串联使用（3）双路（CH1、CH2）输出可调电源的并联使用2.使用说明检测用仪器——（三）电子毫伏表毫伏表是用来测量交流电压大小的交流电子电压表，其指示机构为磁电式微安表头，因此它也叫做模拟式电子电压表，有些毫伏表还可以进行电平的测量。在交流电的测量中，有许多交流电却不能用普通万用表进行电压测量。因为交流电的频率范围很宽，高到数千MHz的高频信号，低到几Hz的低频信号，而万用表则以测50Hz交流电的频率为标准进行设计生产；其次，有些交流电的幅度很小，甚至可以小到毫微伏，再高灵敏度的万用表也无法测量。1、电子毫伏表的工作原理（1）指示电路：由于磁电式微安表头具有灵敏度、准确度高，刻度呈线性，受外磁场及温度的影响小等优点，在毫伏表中被用作指示器，由表头指针的偏转指示出测量结果。（2）放大电路：放大电路用于提高毫伏表的灵敏度，使得毫伏表能够测量微弱信号。毫伏表中所用到的放大电路有直流放大电路和交流放大电路两种，分别用于毫伏表的两种不同的电路结构中。（3）检波电路：由于磁电式微安表头只能测量直流电流，因此在毫伏表中，必须通过各种形式的检波器。将被测交流信号变换成直流信号，让变换得到的直流信号通过表头，才能用磁电式微安表头测量交流信号。2、毫伏表使用注意事项使用前应垂直放置，因为测量精度以表面垂直放置为准。在未接通电源的情况下先进行机械调零。在测量时，选择适当的量程很重要，特别是使用较高灵敏度档位（mV档）。不注意的话，容易使表头指针打坏。接线时，先接上地线夹子，再接另一个夹子。测量完毕拆线时要相反，先拆另一个夹子，再拆地线夹子。这样可避免当人手触及不接地的另一夹子时，交流电通过仪表与人体构成回路，形成数十伏的感应电压，打坏表针。3、例：用双路毫伏表测量放大器的电压放大倍数。12/UUAu检测用仪器——（四）通用电子示波器一、通用模拟示波器1.组成通用电子示波器主要是由阴极射线示波管（CRT）、X轴与Y轴衰减器和放大器、锯齿波发生器、同步电路、和电源等几部分组成。2.波形显示原理示波器能使一个随时间变化的电压波形显示在荧光屏上，是电子束受ux、uy共同作用的结果，也就是基于示波管的线性偏转特性，即电子束（从观测效果看，是屏幕上的光点）在垂直和水平方向上的偏转距离正比于加到相应偏转板上的电压大小。电子束沿垂直和水平两个方向的运动相互独立，打在荧光屏上的亮点位置取决于同时加在两副偏转板上的电压。当两副偏转板上不加任何信号时，光点处于荧光屏的中心位置。当Y轴不加电压时，X轴加一个由本机产生的锯齿波电压ux，就会在荧光屏上形成一条水平扫描线ab。当Y轴加一个正弦信号uy，X轴不加锯齿波信号，则电子束产生的光点只作上下方向上的振动，电压频率较高时则形成一条竖直的亮线cd。当Y轴加一个正弦电压uy，X轴加上锯齿波电压ux，且fx=fy，这时光点的运动轨迹是X轴和Y轴运动的合成。最终在荧光屏上显示出一个完整周期的uy波形。如图所示。3.通用示波器的面板及使用使用示波器时，“辉度”钮不宜开得过亮，不能使光点长期停留在荧光屏一处，因为高速的电子束轰击荧光屏时，只有少部分能量转化为光能，大部分则变成热能。所以不应当使亮点长时间停留在一点上，以免烧坏荧光粉而形成斑点。若暂不使用，可以将“辉度”调暗一些。在送入被测信号电压时，输入电压幅度不能超过示波器允许的最大输入电压。应注意，一般示波器给定的允许最大输入电压值是峰峰值，而不是有效值。低电容探头的电容器C1应定期校正。具体方法：以良好的方波电压通过探头加到示波器，若高频补偿良好，应显示图a）波形。若补偿不足或过补偿，则分别会出现图b）和c）波形，这时可微调C1，直至调到出现良好的方波。在没有方波发生器时，可利用示波器本身的幅值校准电压。a）不需补偿b）补偿不足c）过补偿4.示波器的测量1）电压测量KyDy(V/cm)cm)(HU2）周期、频率测量KxDxABT3）相位差测量22)()(aTxxcmaccmb4）调幅系数m的测量%100mBABA5.示波器的校正6.示波器测量高频信号二、数字存储示波器用途：主要用于测试电路的波形，它是带数据记录功能，一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。检测用仪器——（四）通用电子示波器工作原理工作过程一般分为存储和显示两个阶段。存储工作阶段，模拟输入信号先经过适当地放大或衰减，送入A/D转换器进行数字化处理，将模拟信号转换成离散的数字化信号，最后，数字化信号在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM中。在显示工作阶段，CPU控制存储器，将存储器数据读出经过后处理，产生波形数据和读地址信号送入LCD驱动器，驱动LCD显示波形。技术性能：垂直系统带宽为100MH；输入耦合：直流、交流、接地；输入阻抗为1MΩ±2%，与20pF±3pF并联；探头衰减系数：1X，10X，20X，50X，100X，1000X；最大输入电压：300V峰值（DC+AC峰值）；灵敏度范围（V/div）：2mV/div～5V/div（在输入BNC处）；上升时间（BNC上典型的）：≤3.5ns。水平系统输入取样方式有普通采样、峰值检测、平均值，取样率范围：5S/s～1GS/s；存储深度：2500取样点/每个通道；扫速范围（S/div）：5ns/div～100s/div，按1、2、5进制方式步进转换技术性能：触发系统触发源：内触发（CH1、CH2）、EXT（外触发）、EXT/5、市电；触发类型：边沿触发（上升沿、下降沿），视频触发（行同步，场同步，奇场，偶场，任意行）；触发耦合方式：DC耦合，AC耦合，LF抑制，HF抑制；触发电平：内触发时距离屏幕中心±8格，EXT时为±1.6V。显示方式：存储显示、双踪显示、锁存与半存显示、滚动显示、插值显示。仪器使用方法单元模拟电路——单管放大电路的检测学习目标1、掌握单管放大电路的检测方法2、掌握低频信号发生器、直流稳压电源、电子毫伏表、双踪示波器的使用检测电路——单管放大电路单管放大电路的检测内容和步骤（1）静态工作点的调整和测量用万用表直流电压档测量晶体管B、E之间的电压即为UBE测量晶体管C、E之间的电压即为UCE。测量静态电流Ic的方法是：用万用表直流电压档测量Rc两端电压URc，然后除以电阻Rc的阻值即可以得到电流Ic的值。把测量的数据记入表中。（2）研究静态工作点对放大电路输出波形的影响截止失真：低频信号发生器输出信号为1kHz，幅度15mV的正弦波信号，并接入电路，用示波器观察输出信号。调节RP使示波器显示的uo波形正半周出现削波，此时即为截止失真波形，记录波形。并记下此时工作点UBE、UCE、IC的值，再用电子毫伏表测量输入端电压ui和输出端电压uo。饱和失真：完成上一步后，反向调节RP，使示波器显示的uo波形负半周出现削波，此时即为饱和失真波形，记录波形。并记下此时工作点UBE、UCE、IC的值，再用电子毫伏表测量输入端电压ui和输出端电压uo。正常放大状态：适当调节RP，使示波器显示的uo波形为不失真的正弦波，此时电路处于正常放大状态，记录波形。并记下此时工作点UBE、UCE、IC值，再用电子毫伏表测量输入端电压ui和输出端电压uo，并计算电压放大倍数。（3）测量通频带增加输入信号ui的频率f（同时保持ui幅度不变），uo将会减小，当uo减小到0.707Uomax时，此时信号发生器的频率即为该放大电路的上限频率fH；减小输信号ui的频率f（同时保持ui幅度不变），uo也会减小，当uo减小到0.707Uomax时，此时信号发生器的频率即为该放大电路的下限频率fL。因此，该放大电路的通频带为Bw=fH－fL，并在表中作幅频特性曲线图。检测结果（1）静态工作点的调整工作原理检测仪器设备检测步骤检测结果Ic=1.0mA时，Ube=，Uce=；Ic=2.0mA时，Ube=，Uce=。总结分析检测结果（2）静态工作点对输出波形的影响工作原理检测仪器设备检测步骤检测结果①绘制截止失真波形：静态工作点为Ube=、Uce=、Ic=，放大倍数为Au=。②绘制饱和失真波形：静态工作点为Ube=、Uce=、Ic=，放大倍数为Au=。③绘制正常放大波形：静态工作点为Ube=、Uce=、Ic=，放大倍数为Au=。总结分析检测结果（3）测量通频带工作原理检测仪器设备检测步骤检测结果Bw=fH－fL=。绘制幅频特性曲线：总结分析单元模拟电路——石英晶体振荡电路的检测检测目的1、熟悉典型石英晶体振荡电路的基本工作原理及功能；2、掌握典型石英晶体振荡电路的基本参数；3、掌握石英晶体振荡电路特性及参数的检测方法；4、掌握低频信号发生器、直流稳压电源、电子毫伏表、双踪示波器的使用检测电路——石英振荡电路1.石英振荡电路的基本原理根据晶体在振荡器线路中的作用，振荡电路可以分为两类基本形式：一类是石英晶体在电路中作为等效电感元件使用，这类振荡器称为并联谐振晶体振荡器；另一类是把石英晶体作为串联元件使用，使它工作在串联谐振频率上，称为串联谐振石英振荡器，当f=fs时，石英晶体相当于一个“短路”元件。该电路中，R1、R2和Rp是晶体管Q1的分压式偏流电阻，R4为自偏电阻，R3为晶体管的集电极直流负载电阻；C1和C5为高频旁路电容，C2为输出耦合电容，RL为交流等效负载，L1和C3、C4互为异性的电抗元件。2、测试步骤按图连接好电路，检查无误后，接通直流稳压电源，使其输出为+12V，正确接入电路中。（1）研究晶体振荡器的不同动作状态，理解起振过程静态工作点的测试（R4=1kΩ），调节电位器Rp，使电路起振并使电路输出幅度达到最大时，用毫伏表测得三极管VT1发射极电压UEmax；调整电位器Rp，使电路起振并使电路输出幅度达到最小时，用电子毫伏表测得三极管VT1发射极电压UEmin；测量电路起振输出幅度最大及最小时所对应的振荡频率和输出电压值，填入表格并画出波形图。在输出幅度最大时，用万用表直流2.5V档测量三极管VT基极电压，然后将电感L短路，使电路停振，观察三极管VT1基极的电位变化情况，填入表中，并说明变化过程。（2）研究