9 项目九 电子仪器

项目九：电子仪器•一、电子示波器的结构、工作原理和使用•二、低频信号发生器第一任务电子示波器•一概述•电子示波器是一种直接显示电压和电流变化曲线的电子仪器。电子示波器的种类繁多，分为模拟示波器和电子示波器。•模拟示波器分为⑴通用示波器，它由单束示波管购成，用于测量电压的波形。⑵取样示波器，它利用取样技术，把高频信号分段取样模拟成低频信号，以便用通用示波器进行测量。⑶多束是波器采用多束是波管构成的示波器，由多个电子枪和多个偏转系统。⑷特殊示波器，具有特殊用途的示波器。•数字示波器分为⑴实时显示、数字读出示波器（RDTO）在模拟通用示波器的基础上增加CRT光标数字读出功能。⑵数字存储示波器（DSO）能够显示存储信号波形的示波器，它利用计算机技术，先将波形的电压值经过A/D转换器变换成数字量，在经μP/μC处理后将它存储，同时经D/A转换后实行波形显示。⑶实时显示与存储示波器（RTSO），它既有实时显示又有存储功能。⑷逻辑示波器，它是多通道示波器，能够同时测量几个点的逻辑波形关系或逻辑状态。本课题仅介绍SB-10通用示波器。第一任务电子示波器•二通用示波器结构原理简介：•通用示波器由示波管、Y轴偏转系统、X轴偏转系统、扫描系统和整步系统、电源等部分组成。•（一）示波管•示波管又称阴极射线管，简称CRT，它的作用是把被测的电信号转换成光信号并且显示出来，其结构由图10-1所示。它主要由荧光屏、电子枪和偏转系统组成的,这些部分被封装在一个真空的玻璃管内。分别介绍如下：第一任务电子示波器•1、荧光屏:•荧光屏是电-光转换器件，在其内壁涂有荧光粉，电子轰击荧光粉可发光，光的强弱与电子束的数量和能量有关，光的颜色和余辉时间由荧光粉的种类决定。•2、电子枪：•⑴作用：发射电子并聚焦成细细的一束,轰击荧光屏并使之发光。•⑵组成及各部分的作用：•①灯丝F：给阴极加热，灯丝电压通常为交流5-6V。•②阴极K：在灯丝的加热下发射电子，这些电子是杂乱无章的。•③栅极G：形成一注电子束，调节器它的电压可改变电子束流的强弱，及改变亮度。•④第一阳极A1、第二阳极A2:具有加速和聚焦电子束的作用。•3、偏转系统：•(1)作用：控制电子束的偏转•(2)组成：①X（水平）偏转板：两板垂直放置，控制电子束左右（水平）移动。•②Y（垂直）偏转板：两板水平放置，控制电子束上下（垂直）移动。•第三阳极A3：进一步对电子束进行加速。第一任务电子示波器•（二）示波原理：•电子束从电子枪发射之后，受到阳极正电压的吸引，经偏转系统向荧光屏加速前进。如果偏转板上不加电压，则电子束将径直射向荧光屏，使荧光屏上出现一个轴光点。•如果只在Y板上加一个直流电压，例如上板为正极，下板为负极，则在Y板间形成一个由上向下的垂直电场，当电子束穿过该磁场时，受到电场力的作用而向上偏转，偏转的角度与电压的大小成正比，在屏幕上形成一个亮点，该点在纵轴上。•如果只在Y板上加一个变化的电压，则在Y板间形成一个大小和方向都变化的电场，当电子束穿过该磁场时，受到电场力的作用，在垂直方向上下运动，将看到一条垂直的亮线。同理，如果只在X板上加一个变化的电压，则在X板间形成一个大小和方向都变化的电场，当电子束穿过该磁场时，受到电场力的作用而在水平方向上运动，将看到一条水平的亮线。第一任务电子示波器•因此，可以看出波形的显示原理是在X板上加由负倒正线性上升的锯齿波时,电子束由受到水平电场力的作用，在屏幕上所形成的光点将匀速的由左向右运动，此时若在Y板上加被测信号时，则电子束会受到垂直电场力的作用，在屏幕上所形成的光点将上下运动，由于二者的合作用，在荧光屏上将显示被测信号的波形。•如果要看到完整稳定的波形则必须是在X板上加锯齿波扫描信号，在Y板上加被测信号，且锯齿波扫描信号的频率低于被测信号的频率且保持整数倍的关系。其中锯齿波扫描信号的频率低于被测信号的频率且保持整数倍的关系称为同步。信号必须保持同步，否则所显示的波形将是不完整的和紊乱的。•例如在X板上加锯齿波，在Y板上加正弦波形，这两个波形的频率相同时，则在示波器上将显示一个个完整的正弦波形。如图10－2所示。•若锯齿波的周期为正弦波的周期的n倍时，则在屏幕上将显示n个完整的正弦波形。第一任务电子示波器•（三）通用示波器简介•1、Y轴偏转系统•(1)组成：衰减器和放大器•(2)作用：衰减器是对Y轴输入信号进行适当衰减。•放大器是对Y轴输入信号进行适当的放大。•2、X轴偏转系统•(1)组成：衰减器和放大器•(2)作用：衰减器是对X轴输入信号进行适当衰减。•放大器是对X轴输入信号进行适当的放大。第一任务电子示波器第一任务电子示波器•3、扫描系统和整步系统•（1）扫描系统的作用形成锯齿波信号,控制电子束在水平方向上的移动。•（2）整步系统的作用是引入一个幅度可以控制的电压，来控制扫描电压与被测信号电压保持同步，使屏幕上显示稳定的波形。•扫描信号分连续扫描和触发扫描，其中连续扫描能够产生连续变化的锯齿波，用于观察连续变化的波形信号（如正弦波信号），触发扫描每次只产生一个锯齿波信号，用于观察脉冲信号。•4、电源：提供多种电压，主要是波管的灯丝电压，它用低压交流电5V或6V。直流低压多种，主要由电源变压器、整流器、滤波电路或三端稳压器提供，常见的有+12V，-12V，+24V，-24V，+120V，-120V等等。直流高压电路转为是波管的阴极、栅极和阳极提供电压，典型的有+400V，+800V和15KV等第一任务电子示波器•三通用示波器的使用•SB-10型通用示波器如图10－3所示•（一）通用示波器各旋钮的作用•1、辉度：调节光点的亮度。•2、聚焦：调节光点的大小。•3、Y轴移位：调节光点的在垂直方向上的移动，使光点上下移动•4、X轴移位：调节光点的在水平方向上的移动，使光点左右移动•5、Y轴增幅：调节显示波形在垂直方向上的幅度•6、X轴增幅：调节显示波形在水平方向上的幅度第一任务电子示波器•7、Y轴衰减：调节输入电压的分压值，配合Y轴增幅，使信号显示波形的垂直幅度适中。•8、X轴衰减：调节从“X轴输入”端来得扫描信号，使信号显示波形的水平幅度适中。•9、扫描范围：改变显示波形的个数•10、扫描微调：显示波形的个数符合要求•11、整步电源：示波器的取用电压。•12、整步调节：调节同步电压的大小，使显示波形稳定。•13、Y轴输入：被测信号由此轴输入。•14、X轴输入：外接信号与X偏转板上。第一任务电子示波器•（二）示波器的使用：•1、使用前的检查：重点检查各旋钮是否损坏，转动是否灵活等。•2、使用时先预热；接通220V电源，指示灯应发亮，表明机器进入预备工作状态，对示波器预热5分钟。第一任务电子示波器•1、使用前的检查：重点检查各旋钮是否损坏，转动是否灵活等。•2、使用时先预热；接通220V电源，指示灯应发亮，表明机器进入预备工作状态，对示波器预热5分钟。•3、调节辉度纽：使亮度适中，光点不能太亮，也不宜长期停留在一个点上。•4、调节聚焦和辅助聚焦纽：使光点的大小适中，一般直径为1mm。•5、调节X、Y轴位移：使光点位于窗口的中央。•6、接入信号并调节“Y轴衰减”“Y轴增幅”，观察波形的高度变化。•7、采用“内扫描”，“X轴衰减”置“扫描”，“扫描范围”置合适档，显示1-12个波形为好。•8、为使波形稳定，扫描信号必须由输入试验信号整步。•9、短时停止使用，可将扫描范围置“10-100档。•10、示波器保存环境:应置于通风干燥处，防止受潮，并应定期（一个月）通电两个小时。•11、长期不用，在重新使用时，应先加2/3的额定电压两个小时，在加至额定电压。第二任务低频信号发生器•一低频信号发生器的组成及原理•XD7型低频发生器主要由振荡器、功率放大器、输出级和直流稳压电源四部分组成，基本框图如图10所示。振荡器功率放大器输出级功率输出电压输出直流稳压电源图10－4低频信号发生器工作框图振荡器功率放大器输出级功率输出电压输出直流稳压电源图10－4低频信号发生器工作框图第二任务低频信号发生器•1、振荡器•振荡器是低频信号发生器的核心，它决定了仪器输出信号的波形和频率，XD7型低频信号发生器采用RC文氏电桥振荡器，高振荡器由两级阻容耦合放大器和一个RC选频网络的正反馈电路组成。振荡信号分两路输出：一路作为电压输出，其输出的电压的大小用“输出电压”旋钮调节；另一路送到功率放大器。该振荡器的输出频率完全由RC来决定，其特点是频率调节方便且稳定，输出波形好。•2、功率放大器•功率放大器的作用是使信号发生器有足够的输出功率。为保证输出信号不失真，要求功率放大器的频率特性好，非线性失真小，输出阻抗低，以提高其带负载能力。为此，功率放大器采用了射极跟随器输出。第二任务低频信号发生器•3、输出级•输出级主要包括衰减器和电压表。衰减器的作用是将输出的信号幅度调节到所需要的数值，电压表的作用是指示出输出电压信号的大小。•4、稳压电源•40V直流稳压电源是供给振荡器和功率放大器的电源。第二任务低频信号发生器•二XD7低频信号发生器的性能指标•1、频率范围20Hz～20KHz，分四个频段，用转换开关来切换。•2、频率刻度的基本误差：预热30分钟后，基本误差≤±2％±1Hz•3、最大信号输出：电压输出：600Ω负载时，20Hz～20KHz，电压≥5V。•功率输出：8Ω、600Ω、5KΩ，20Hz～20KHz功率≥5W。•4、功率衰减器：共分0dB、20dB、40dB、60dB和80dB五挡。在20Hz～20KHz时，衰减误差≤1dB。•5、衰减输出阻抗：0dB时为600Ω，20dB时为60Ω，40dB、60dB、80dB时均为10Ω。•6、电源：220V±10％，50Hz±4％，约60VA。第二任务低频信号发生器•三XD7型低频信号发生器的面板布置•XD7型低频信号发生器的面板布置布置如图10－5所示。•1、波段旋钮：选择输出信号的频率范围。•2、频率旋钮：配合波段旋钮，在已选定的频率范围内连续调节输出信号的频率。•3、阻抗衰减旋钮：为得到最大输出功率，应是阻抗衰减旋钮置于适当挡。•4、电压调节旋钮：配合阻抗衰减旋钮，选择输出电压的幅度。第二任务低频信号发生器•四XD7型低频信号发生器的使用•1、仪器通电前，应先检查电源的进线，在将电源线接入220V的交流电源上。•2、开机前，应先将“电压调节”旋钮旋至最小，输出信号用电缆从“电压输出”插口或“功率输出”插口引出。如需要平衡输出，可将“阻抗衰减”旋钮置于600Ω或5KΩ处，在将功率输出接线柱的接地片取下，输出引线接在两个红色接线柱上即可，此时，连接本仪器的其它仪器也不应有接“地”（仪器外壳）端。•3、接通电源开关，将“波段”旋钮置于所需挡，调节“频率”旋钮至所需输出频率（由频率刻度盘上可以观察输出频率）•4、按所需信号电压的大小及阻抗值，选择“阻抗衰减”旋钮并调节“电压调节”旋钮，电压表即可指示处衰减前的电压值。