9 項目九 電子儀器

1、工程九：電子儀器一、電子示波器的結(jié)構(gòu)、工作原理和使用二、低頻信號發(fā)生器1第一任務(wù) 電子示波器一 概述電子示波器是一種直接顯示電壓和電流變化曲線的電子儀器。電子示波器的種類繁多，分為模擬示波器和電子示波器。模擬示波器分為通用示波器，它由單束示波管購成，用于測量電壓的波形。取樣示波器，它利用取樣技術(shù)，把高頻信號分段取樣模擬成低頻信號，以便用通用示波器進(jìn)行測量。多束是波器采用多束是波管構(gòu)成的示波器，由多個電子槍和多個偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。特殊示波器，具有特殊用途的示波器。數(shù)字示波器分為實時顯示、數(shù)字讀出示波器（RDTO）在模擬通用示波器的基礎(chǔ)上增加CRT光標(biāo)數(shù)字讀出功能。數(shù)字存儲示波器（DSO）能夠顯示存儲信號

2、波形的示波器，它利用計算機(jī)技術(shù)，先將波形的電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器變換成數(shù)字量，在經(jīng)P/C處理后將它存儲，同時經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后實行波形顯示。實時顯示與存儲示波器（RTSO），它既有實時顯示又有存儲功能。邏輯示波器，它是多通道示波器，能夠同時測量幾個點的邏輯波形關(guān)系或邏輯狀態(tài)。本課題僅介紹SB-10通用示波器。2第一任務(wù) 電子示波器二 通用示波器結(jié)構(gòu)原理簡介：通用示波器由示波管、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)和整步系統(tǒng)、電源等局部組成。（一）示波管示波管又稱陰極射線管，簡稱CRT，它的作用是把被測的電信號轉(zhuǎn)換成光信號并且顯示出來，其結(jié)構(gòu)由圖10-1所示。它主要由熒光屏、電子槍和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)組成的,

3、這些局部被封裝在一個真空的玻璃管內(nèi)。分別介紹如下：3第一任務(wù) 電子示波器1、熒光屏:熒光屏是電-光轉(zhuǎn)換器件，在其內(nèi)壁涂有熒光粉，電子轟擊熒光粉可發(fā)光，光的強(qiáng)弱與電子束的數(shù)量和能量有關(guān)，光的顏色和余輝時間由熒光粉的種類決定。2、電子槍：作用：發(fā)射電子并聚焦成細(xì)細(xì)的一束,轟擊熒光屏并使之發(fā)光。組成及各局部的作用：燈絲F：給陰極加熱，燈絲電壓通常為交流5-6V。陰極K：在燈絲的加熱下發(fā)射電子，這些電子是雜亂無章的。柵極G：形成一注電子束，調(diào)節(jié)器它的電壓可改變電子束流的強(qiáng)弱，及改變亮度。第一陽極A1、第二陽極A2:具有加速和聚焦電子束的作用。3、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：(1)作用：控制電子束的偏轉(zhuǎn)(2)組成： X（

4、水平）偏轉(zhuǎn)板：兩板垂直放置，控制電子束左右（水平）移動。Y（垂直）偏轉(zhuǎn)板：兩板水平放置，控制電子束上下（垂直）移動。第三陽極A3：進(jìn)一步對電子束進(jìn)行加速。4第一任務(wù) 電子示波器（二）示波原理：電子束從電子槍發(fā)射之后，受到陽極正電壓的吸引，經(jīng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)向熒光屏加速前進(jìn)。如果偏轉(zhuǎn)板上不加電壓，則電子束將徑直射向熒光屏，使熒光屏上出現(xiàn)一個軸光點。如果只在Y板上加一個直流電壓，例如上板為正極，下板為負(fù)極，則在Y板間形成一個由上向下的垂直電場，當(dāng)電子束穿過該磁場時，受到電場力的作用而向上偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度與電壓的大小成正比，在屏幕上形成一個亮點，該點在縱軸上。如果只在Y板上加一個變化的電壓，則在Y板間形成一

5、個大小和方向都變化的電場，當(dāng)電子束穿過該磁場時，受到電場力的作用，在垂直方向上下運(yùn)動，將看到一條垂直的亮線。同理，如果只在X板上加一個變化的電壓，則在X板間形成一個大小和方向都變化的電場，當(dāng)電子束穿過該磁場時，受到電場力的作用而在水平方向上運(yùn)動，將看到一條水平的亮線。5第一任務(wù) 電子示波器因此，可以看出波形的顯示原理是在X板上加由負(fù)倒正線性上升的鋸齒波時,電子束由受到水平電場力的作用，在屏幕上所形成的光點將勻速的由左向右運(yùn)動，此時若在Y板上加被測信號時，則電子束會受到垂直電場力的作用，在屏幕上所形成的光點將上下運(yùn)動，由于二者的合作用，在熒光屏上將顯示被測信號的波形。如果要看到完整穩(wěn)定的波形則必

6、須是在X板上加鋸齒波掃描信號，在Y板上加被測信號，且鋸齒波掃描信號的頻率低于被測信號的頻率且保持整數(shù)倍的關(guān)系。其中鋸齒波掃描信號的頻率低于被測信號的頻率且保持整數(shù)倍的關(guān)系稱為同步。信號必須保持同步，否則所顯示的波形將是不完整的和紊亂的。例如在X板上加鋸齒波，在Y板上加正弦波形，這兩個波形的頻率相同時，則在示波器上將顯示一個個完整的正弦波形。如圖102所示。若鋸齒波的周期為正弦波的周期的n倍時，則在屏幕上將顯示n個完整的正弦波形。6第一任務(wù) 電子示波器（三）通用示波器簡介1、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)(1)組成：衰減器和放大器(2)作用：衰減器是對Y軸輸入信號進(jìn)行適當(dāng)衰減。放大器是對Y軸輸入信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?/p>

7、。2、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)(1)組成：衰減器和放大器(2)作用：衰減器是對X軸輸入信號進(jìn)行適當(dāng)衰減。 放大器是對X軸輸入信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蟆?第一任務(wù) 電子示波器8第一任務(wù) 電子示波器3、掃描系統(tǒng)和整步系統(tǒng)（1）掃描系統(tǒng)的作用形成鋸齒波信號,控制電子束在水平方向上的移動。（2）整步系統(tǒng)的作用是引入一個幅度可以控制的電壓，來控制掃描電壓與被測信號電壓保持同步，使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形。掃描信號分連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描，其中連續(xù)掃描能夠產(chǎn)生連續(xù)變化的鋸齒波，用于觀察連續(xù)變化的波形信號（如正弦波信號），觸發(fā)掃描每次只產(chǎn)生一個鋸齒波信號，用于觀察脈沖信號。4、電源：提供多種電壓，主要是波管的燈絲電壓，它用低壓交流電

8、5V或6V。直流低壓多種，主要由電源變壓器、整流器、濾波電路或三端穩(wěn)壓器提供，常見的有+12V，-12V，+24V，-24V，+120V，-120V等等。直流高壓電路轉(zhuǎn)為是波管的陰極、柵極和陽極提供電壓，典型的有+400V，+800V和15KV等 9第一任務(wù) 電子示波器三 通用示波器的使用SB-10型通用示波器如圖103所示（一）通用示波器各旋鈕的作用1、輝度：調(diào)節(jié)光點的亮度。2、聚焦：調(diào)節(jié)光點的大小。3、Y軸移位：調(diào)節(jié)光點的在垂直方向上的移動，使光點上下移動4、X軸移位：調(diào)節(jié)光點的在水平方向上的移動，使光點左右移動5、Y軸增幅：調(diào)節(jié)顯示波形在垂直方向上的幅度6、X軸增幅：調(diào)節(jié)顯示波形在水平方

9、向上的幅度10第一任務(wù) 電子示波器7、Y軸衰減：調(diào)節(jié)輸入電壓的分壓值，配合Y軸增幅，使信號顯示波形的垂直幅度適中。8、X軸衰減：調(diào)節(jié)從“X軸輸入端來得掃描信號，使信號顯示波形的水平幅度適中。9、掃描范圍：改變顯示波形的個數(shù)10、掃描微調(diào)：顯示波形的個數(shù)符合要求11、整步電源：示波器的取用電壓。12、整步調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)同步電壓的大小，使顯示波形穩(wěn)定。13、Y軸輸入：被測信號由此軸輸入。14、X軸輸入：外接信號與X偏轉(zhuǎn)板上。11第一任務(wù) 電子示波器（二）示波器的使用：1、使用前的檢查：重點檢查各旋鈕是否損壞，轉(zhuǎn)動是否靈活等。2、使用時先預(yù)熱；接通220V電源，指示燈應(yīng)發(fā)亮，說明機(jī)器進(jìn)入預(yù)備工作狀態(tài)，對

10、示波器預(yù)熱5分鐘。12第一任務(wù) 電子示波器1、使用前的檢查：重點檢查各旋鈕是否損壞，轉(zhuǎn)動是否靈活等。2、使用時先預(yù)熱；接通220V電源，指示燈應(yīng)發(fā)亮，說明機(jī)器進(jìn)入預(yù)備工作狀態(tài)，對示波器預(yù)熱5分鐘。3、調(diào)節(jié)輝度紐：使亮度適中，光點不能太亮，也不宜長期停留在一個點上。4、調(diào)節(jié)聚焦和輔助聚焦紐：使光點的大小適中，一般直徑為1mm。5、調(diào)節(jié)X、Y軸位移：使光點位于窗口的中央。6、接入信號并調(diào)節(jié)“Y軸衰減“Y軸增幅，觀察波形的高度變化。7、采用“內(nèi)掃描，“X軸衰減置“掃描，“掃描范圍置適宜檔，顯示1-12個波形為好。8、為使波形穩(wěn)定，掃描信號必須由輸入試驗信號整步。9、短時停止使用，可將掃描范圍置“10

11、-100檔。10、示波器保存環(huán)境:應(yīng)置于通風(fēng)枯燥處，防止受潮，并應(yīng)定期（一個月）通電兩個小時。11、長期不用，在重新使用時，應(yīng)先加2/3的額定電壓兩個小時，在加至額定電壓。13第二任務(wù) 低頻信號發(fā)生器一 低頻信號發(fā)生器的組成及原理XD7型低頻發(fā)生器主要由振蕩器、功率放大器、輸出級和直流穩(wěn)壓電源四局部組成，根本框圖如圖10所示。振蕩器功率放大器輸出級功率輸出電壓輸出直流穩(wěn)壓電源圖104 低頻信號發(fā)生器工作框圖振蕩器功率放大器輸出級功率輸出電壓輸出直流穩(wěn)壓電源圖104 低頻信號發(fā)生器工作框圖14第二任務(wù) 低頻信號發(fā)生器1、振蕩器振蕩器是低頻信號發(fā)生器的核心，它決定了儀器輸出信號的波形和頻率，XD7

12、型低頻信號發(fā)生器采用RC文氏電橋振蕩器，高振蕩器由兩級阻容耦合放大器和一個RC選頻網(wǎng)絡(luò)的正反應(yīng)電路組成。振蕩信號分兩路輸出：一路作為電壓輸出，其輸出的電壓的大小用“輸出電壓旋鈕調(diào)節(jié)；另一路送到功率放大器。該振蕩器的輸出頻率完全由RC來決定，其特點是頻率調(diào)節(jié)方便且穩(wěn)定，輸出波形好。2、功率放大器功率放大器的作用是使信號發(fā)生器有足夠的輸出功率。為保證輸出信號不失真，要求功率放大器的頻率特性好，非線性失真小，輸出阻抗低，以提高其帶負(fù)載能力。為此，功率放大器采用了射極跟隨器輸出。15第二任務(wù) 低頻信號發(fā)生器3、輸出級輸出級主要包括衰減器和電壓表。衰減器的作用是將輸出的信號幅度調(diào)節(jié)到所需要的數(shù)值，電壓表

13、的作用是指示出輸出電壓信號的大小。4、穩(wěn)壓電源40V直流穩(wěn)壓電源是供給振蕩器和功率放大器的電源。16第二任務(wù) 低頻信號發(fā)生器二 XD7低頻信號發(fā)生器的性能指標(biāo)1、頻率范圍 20Hz20KHz，分四個頻段，用轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換。2、頻率刻度的根本誤差：預(yù)熱30分鐘后，根本誤差21Hz3、最大信號輸出：電壓輸出：600負(fù)載時，20Hz20KHz，電壓5V。功率輸出：8、600、5K，20Hz20KHz功率5W。4、功率衰減器：共分0dB、20dB、40dB、60dB和80dB五擋。在20Hz20KHz時，衰減誤差1dB。5、衰減輸出阻抗：0dB時為600，20dB時為60，40dB、60dB、80dB時均為10。6、電源：220V10，50Hz4，約60VA。17第二任務(wù) 低頻信號發(fā)生器三 XD7型低頻信號發(fā)生器的面板布置XD7型低頻信號發(fā)生器的面板布置布置如圖105所示。1、波段旋鈕：選擇輸出信號的頻率范圍。2、頻率旋鈕：配合波段旋鈕，在已選定的頻率范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)輸出信號的頻率。3、阻抗衰減旋鈕：為得到最大輸出功率，應(yīng)是阻抗衰減旋鈕置于適當(dāng)擋。4、電壓調(diào)節(jié)旋鈕：配合阻抗衰減旋鈕，選擇輸出電壓的幅度。 18第二任務(wù) 低頻信號發(fā)生器四 XD7型低頻信號發(fā)生器的使用1、儀器通電前，應(yīng)先檢查電源的進(jìn)線，在將電源線接入220V的交流電源上。2、開機(jī)前，應(yīng)先將“電壓調(diào)節(jié)旋鈕旋至最小，輸