《模擬電子技術(shù)及應(yīng)用》課件第8章

低頻信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)試技術(shù)中常用的信號(hào)電源，它能提供頻率在1Hz～1MHz的大小連續(xù)可調(diào)的正弦電壓及其他波形的電壓信號(hào)。雖然低頻信號(hào)發(fā)生器的型號(hào)種類繁多，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能大體相同，下面簡(jiǎn)要介紹XD22型低頻信號(hào)發(fā)生器的功能及其使用方法，該信號(hào)發(fā)生器外形結(jié)構(gòu)如圖8-1所示。儀器一XD22型低頻信號(hào)發(fā)生器

圖8-1

1.技術(shù)指標(biāo)

(1)波形類型。XD22型低頻信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、脈沖波及標(biāo)準(zhǔn)TTL信號(hào)。

(2)頻率范圍。頻率范圍為1Hz～1MHz，共分六個(gè)頻段，由左下方的波段開關(guān)更換頻段，即：1～10Hz、10～100Hz、100Hz～1kHz、1～10kHz、10～100kHz、100kHz～1MHz。

(3)電壓輸出。在規(guī)定頻率范圍內(nèi)，正弦波輸出電壓有效值為1～6.3V連續(xù)可調(diào)，脈沖波電壓幅值為1～10V連續(xù)可調(diào)。

2.操作方法

1)波形選擇

正弦波和脈沖波信號(hào)均從面板右下方的輸出插孔輸出，波形選擇開關(guān)位于輸出插孔上方。當(dāng)開關(guān)置“～”位時(shí)輸出正弦波，當(dāng)開關(guān)置“”位時(shí)輸出脈沖波。

2)頻率調(diào)節(jié)

頻率數(shù)值由正上方數(shù)碼管顯示，讀數(shù)時(shí)要注意小數(shù)點(diǎn)位置及頻率單位(是Hz還是kHz)。左下角的“波段”開關(guān)可調(diào)節(jié)小數(shù)點(diǎn)位置及頻率單位，頻率的3個(gè)調(diào)節(jié)開關(guān)可調(diào)節(jié)3位數(shù)的有效值。

3)信號(hào)幅度調(diào)節(jié)

信號(hào)幅度可用面板右上方的“輸出衰減／dB”開關(guān)和“輸出細(xì)調(diào)”旋鈕來調(diào)節(jié)。信號(hào)幅度的有效值(正弦波和脈沖波電壓)由電壓表指示，但指示的是空載(負(fù)載開路)電壓。若輸出端接上負(fù)載，則輸出電壓值與面板上電壓表讀數(shù)值是不一致的。

4)脈沖寬度調(diào)節(jié)

脈沖寬度由“占空比％”旋鈕調(diào)節(jié)。

電壓表是電子測(cè)量技術(shù)中一種最基本的儀表。選用電壓表主要考慮以下技術(shù)特性。儀器二HZ2181型電子毫伏表

(1)頻率范圍。與所有電子儀器一樣，每種電壓表也各有一定的工作頻段。例如HZ2181型晶體管毫伏表測(cè)量電壓的頻率范圍是10Hz~1MHz。

(2)量程。電子式電壓表的電壓測(cè)量范圍一般可從幾毫伏到數(shù)百伏。高靈敏度的數(shù)字式電壓表的靈敏度可高達(dá)10－9V。電壓表的量程應(yīng)根據(jù)被測(cè)電壓的大小選用，選擇原則是使電壓表指針偏轉(zhuǎn)在滿偏位置的1／3以上。

(3)輸入阻抗。為使電壓表對(duì)被測(cè)電路的工作狀態(tài)影響盡量小，要求電壓表的輸入阻抗較之被測(cè)阻抗盡可能高。雖然萬用表也可測(cè)量電壓，但它的靈敏度不高于0.1V，頻率響應(yīng)在3kHz以下，電表內(nèi)阻僅為幾十千歐姆到數(shù)百千歐姆，不能滿足電子線路(或設(shè)備)測(cè)試的要求。在這種場(chǎng)合下必須使用電子式電壓表。圖8-2為HZ2181型晶體管毫伏表外形面板，下面簡(jiǎn)介其性能指標(biāo)及使用方法。

1.結(jié)構(gòu)

HZ2181型晶體管毫伏表是一種放大-檢波式電子電壓表，具有較高的靈敏度和穩(wěn)定度，用于正弦電壓有效值的測(cè)量。

2.主要指標(biāo)

HZ2181型晶體管毫伏表的電壓測(cè)量范圍為100

V~300V，量程開關(guān)有11個(gè)擋位，被測(cè)電壓頻率范圍為10Hz~1MHz，輸入阻抗為1M

和70pF(頻率為1kHz時(shí))。

3.使用方法及注意事項(xiàng)

(1)為保證測(cè)量精度，使用時(shí)應(yīng)使毫伏表表面垂直放置。

(2)注意調(diào)零。接通電源，待指針穩(wěn)定后，將量程置較大位置(如3V位)，將電壓表輸入端短接，調(diào)節(jié)“調(diào)零”旋鈕，使指針指準(zhǔn)零位后即可進(jìn)行測(cè)量。

圖8-2

(3)量程的選擇。量程選擇的原則是在不打表針的前提下，指針偏轉(zhuǎn)盡可能大。為此，可先將量程選大一點(diǎn)，輸入電壓后，若指針偏轉(zhuǎn)過小(甚至指零刻度)，可逆時(shí)針一擋一擋地調(diào)節(jié)“量程開關(guān)”，直至指針有較大偏轉(zhuǎn)時(shí)才讀數(shù)。注意讀數(shù)后立即將量程調(diào)回至較大擋位。

(4)測(cè)量時(shí)要正確選擇接“地”點(diǎn)，以免造成測(cè)量誤差。電壓表的“地”應(yīng)盡可能與信號(hào)源的“地”接在一起。尤其是被測(cè)電壓小于100mV時(shí)更應(yīng)注意這一點(diǎn)。

(5)注意正確讀數(shù)，不要讀錯(cuò)刻度尺。毫伏表有3條刻度線：第一條滿偏值為10，供量程開關(guān)指1、10、100等1×10擋級(jí)使用，開關(guān)指向哪個(gè)擋，則滿偏值10代表這擋的量程數(shù)值，如當(dāng)量程開關(guān)指在100mV擋位時(shí)，就表示指針指在滿偏值10的位置時(shí)，被測(cè)電壓為100mV；第二條最大刻度值為3，供量程3、30、300等3×1擋級(jí)使用，同樣，最大刻度代表該擋的值；第三條刻度線供音頻電平測(cè)量時(shí)使用。

1.示波器的基本結(jié)構(gòu)

示波器的種類很多，但它們都包含下列基本組成部分，如圖8-3所示。

1)顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)包括示波管及其所需的各種直流供電電路，在面板上的控制旋鈕有：輝度、聚焦、水平移位、垂直移位等。儀器三示波器原理及使用圖8-3

2)垂直系統(tǒng)

垂直通道主要用來控制電子束按被測(cè)信號(hào)的幅值大小在垂直方向上的偏移。它包括Y軸衰減器、Y軸放大器和配用的高頻探頭。通常示波管的偏轉(zhuǎn)靈敏度比較低，因此在一般情況下，被測(cè)信號(hào)往往需要通過Y軸放大器放大后加到垂直偏轉(zhuǎn)板上，才能在屏幕上顯示出一定幅度的波形。Y軸放大器提高了示波管Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度。為了保證Y軸放大不失真，因此加到Y(jié)軸放大器的信號(hào)幅度不宜太大，但是實(shí)際的被測(cè)信號(hào)幅度往往在很大范圍內(nèi)變化，故Y軸放大器前必須加Y軸衰減器，以適應(yīng)觀察不同幅度的被測(cè)信號(hào)。示波器面板上設(shè)有“Y軸衰減器”(通常稱“Y軸靈敏度選擇”開關(guān))和“Y軸增益微調(diào)”旋鈕，分別用來調(diào)節(jié)Y軸衰減器的衰減量和Y軸放大器的增益。

對(duì)Y軸放大器的要求是：增益大，頻響好，輸入阻抗高。

為了避免雜散信號(hào)的干擾，被測(cè)信號(hào)一般都通過同軸電纜或帶有探頭的同軸電纜加到示波器Y軸輸入端。但必須注意，被測(cè)信號(hào)通過探頭幅值將衰減(或不衰減)，其衰減比為10∶1(或1∶1)。

3)水平系統(tǒng)

水平系統(tǒng)主要控制電子束按時(shí)間值在水平方向上偏移，主要由掃描發(fā)生器、水平放大器和觸發(fā)電路組成。

(1)掃描發(fā)生器。掃描發(fā)生器又叫鋸齒波發(fā)生器，用來產(chǎn)生頻率調(diào)節(jié)范圍寬的鋸齒波，作為X軸偏轉(zhuǎn)板的掃描電壓。鋸齒波的頻率(或周期)調(diào)節(jié)是由“掃描速率選擇”開關(guān)和“掃速微調(diào)”旋鈕控制的。使用時(shí)，調(diào)節(jié)“掃速選擇”開關(guān)和“掃速微調(diào)”旋鈕，使其掃描周期為被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍，以保證屏幕上顯示穩(wěn)定的波形。

(2)水平放大器。其作用與垂直放大器一樣，可將掃描發(fā)生器產(chǎn)生的鋸齒波放大到X軸偏轉(zhuǎn)板所需的數(shù)值。

(3)觸發(fā)電路。用于產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)掃描的電路。為了擴(kuò)展示波器應(yīng)用范圍，一般示波器上都設(shè)有觸發(fā)源控制開關(guān)、觸發(fā)電平與極性控制旋鈕、觸發(fā)方式選擇開關(guān)等。

2.示波器的二蹤顯示

1)二蹤顯示原理

示波器的二蹤顯示是依靠電子開關(guān)的控制作用來實(shí)現(xiàn)的。電子開關(guān)由“顯示方式”開關(guān)控制，共有五種工作狀態(tài)，即Y1、Y2、Y1＋Y2、交替、斷續(xù)。當(dāng)開關(guān)置于“交替”或“斷續(xù)”位置時(shí)，熒光屏上便可同時(shí)顯示兩個(gè)波形。當(dāng)開關(guān)置于“交替”位置時(shí)，電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換頻率受掃描系統(tǒng)控制，工作過程如圖8-4所示，即電子開關(guān)首先接通Y1通道，進(jìn)行第一次掃描，顯示由Y1通道送入的被測(cè)信號(hào)的波形；然后電子開關(guān)接通Y2通道，進(jìn)行第二次掃描，顯示由Y2通道送入的被測(cè)信號(hào)的波形；接著再接通Y1、通道Y2、……。這樣便輪流地對(duì)Y1和Y2兩通道送入的信號(hào)進(jìn)行掃描、顯示。由于電子開關(guān)轉(zhuǎn)換速度較快，每次掃描的回掃線在熒光屏上又不顯示出來，因此借助于熒光屏的余輝作用和人眼的視覺暫留特性，使用者便能在熒光屏上同時(shí)觀察到兩個(gè)清晰的波形。這種工作方式適宜于觀察頻率較高的輸入信號(hào)場(chǎng)合。

圖8-4當(dāng)開關(guān)置于“斷續(xù)”位置時(shí)，相當(dāng)于將一次掃描分成許多個(gè)相等的時(shí)間間隔。在第一次掃描的第一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)顯示Y1信號(hào)波形的某一段，在第二個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)顯示Y2信號(hào)波形的某一段，以后各個(gè)時(shí)間間隔輪流地顯示Y1、Y2兩信號(hào)波形的其余段，經(jīng)過若干次斷續(xù)轉(zhuǎn)換，使熒光屏上顯示出兩個(gè)由光點(diǎn)組成的完整波形，如圖8-5(a)所示。由于轉(zhuǎn)換的頻率很高，光點(diǎn)靠得很近，其間隙用肉眼幾乎分辨不出，再利用消隱的方法使兩通道間轉(zhuǎn)換過程的過渡線不顯示出來，見圖8-5(b)，因而同樣可達(dá)到同時(shí)清晰地顯示兩個(gè)波形的目的。這種工作方式適合于輸入信號(hào)頻率較低時(shí)使用。

圖8-5

2)觸發(fā)掃描

在普通示波器中，X軸的掃描總是連續(xù)進(jìn)行的，稱為“連續(xù)掃描”。為了能更好地觀測(cè)各種脈沖波形，在脈沖示波器中，通常采用“觸發(fā)掃描”。采用這種掃描方式時(shí)，掃描發(fā)生器將工作在待觸發(fā)狀態(tài)。它僅在外加觸發(fā)信號(hào)的作用下，時(shí)基信號(hào)才開始掃描，否則便不掃描。這個(gè)外加觸發(fā)信號(hào)通過觸發(fā)選擇開關(guān)分別取自“內(nèi)觸發(fā)”(Y軸的輸入信號(hào)經(jīng)由內(nèi)觸發(fā)放大器輸出觸發(fā)信號(hào))，也可取自“外觸發(fā)”輸入端的外接同步信號(hào)。其基本原理是利用這些觸發(fā)脈沖信號(hào)的上升沿或下降沿來觸發(fā)掃描發(fā)生器，產(chǎn)生鋸齒波掃描電壓，然后經(jīng)X軸放大后送X軸偏轉(zhuǎn)板進(jìn)行光點(diǎn)掃描。適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)“掃描速率”開關(guān)和“電平”調(diào)節(jié)旋鈕，能方便地在熒光屏上顯示具有合適寬度的被測(cè)信號(hào)波形。

上面介紹了示波器的基本結(jié)構(gòu)，下面將結(jié)合使用介紹HH4310型雙蹤示波器。

3.HH4310型雙蹤示波器

1)概述

HH4310(與日本COS5020相同)型示波器為便攜式雙通道示波器。本機(jī)垂直系統(tǒng)具有0～20MHz的頻帶寬度和5mV／div.~5V／div.的偏轉(zhuǎn)靈敏度，配以10∶1探極，靈敏度可達(dá)5V／div.。本機(jī)在全頻帶范圍內(nèi)可獲得穩(wěn)定激發(fā)，觸發(fā)方式設(shè)有常態(tài)、自動(dòng)及單次掃描，內(nèi)觸發(fā)設(shè)置了交替觸發(fā)，可以穩(wěn)定地顯示兩個(gè)頻率不相關(guān)的信號(hào)。尤其是具有無需觸發(fā)調(diào)整的觸發(fā)電平鎖定功能，省略了復(fù)雜的觸發(fā)調(diào)整過程，無論是在顯示規(guī)則信號(hào)或是占空比大的信號(hào)，均能自動(dòng)同步。本機(jī)水平系統(tǒng)具有0.5s／div.～0.2

s／div.的掃描速度。并設(shè)有擴(kuò)展×10，可將最快掃描速度提高到20ns／div.。

2)面板控制件介紹

HH4310面板圖如圖8-6所示，各控制件功能如表8-1所示。

圖8-6表8-1HH4310各控制件功能續(xù)表

3)操作方法

(1)電源檢查。HH4310型示波器電源電壓為220V，如果不符合，則嚴(yán)格禁止使用。

(2)面板一般功能檢查。

①將有關(guān)控制件按表8-2置位。

表8-2各控制件的作用位置

②接通電源，電源指示燈亮，稍預(yù)熱后，屏幕上出現(xiàn)掃描光跡，分別調(diào)節(jié)亮度、聚焦、垂直、水平移位等控制件，使熒光屏中央顯示一條亮度適中、波形清晰的水平線。

③用10∶1探極或同軸連接線將校準(zhǔn)信號(hào)輸入至CH1輸入插座。

④調(diào)節(jié)示波器有關(guān)控制件，使熒光屏上顯示穩(wěn)定且易觀察方波波形。

⑤將探極換至CH2輸入插座，垂直方式置于“CH2”，內(nèi)觸發(fā)源置于“CH2”，重復(fù)④操作。

(3)垂直系統(tǒng)的操作。

①垂直方式的選擇。當(dāng)只需觀察一路信號(hào)時(shí)，將“垂直方式”開關(guān)置“CH1”或“CH2”，此時(shí)被選中的通道有效，被測(cè)信號(hào)可從通道端口輸入。當(dāng)需要同時(shí)觀察兩路信號(hào)時(shí)，“垂直方式”開關(guān)置“交替”，該方式使兩個(gè)通道的信號(hào)被交替顯示，交替顯示的頻率受掃描周期控制。當(dāng)掃描速度低于一定頻率時(shí)，交替方式顯示會(huì)出現(xiàn)閃爍，此時(shí)應(yīng)將開關(guān)置于“斷續(xù)”位置。當(dāng)需要觀察兩路信號(hào)代數(shù)和時(shí)，將“垂直方式”開關(guān)置于“代數(shù)和”位置，在選擇這種方式時(shí)，兩個(gè)通道的衰減設(shè)置必須一致，CH2移位處于常態(tài)時(shí)為CH1＋CH2，CH2移位拉出時(shí)為CH1－CH2。

②輸入耦合方式的選擇。

直流(DC)耦合：適用于觀察包含直流成分的被測(cè)信號(hào)，如信號(hào)的邏輯電平和靜態(tài)信號(hào)的直流電平，當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率很低時(shí)，也必須采用這種方式。

交流(AC)耦合：信號(hào)中的直流分量被隔斷，用于觀察信號(hào)的交流分量，如觀察較高直流電平上的小信號(hào)。

接地(GND)：通道輸入端接地(輸入信號(hào)斷開)，用于確定輸入為零時(shí)光跡所處位置。

③靈敏度選擇(V／div.)的設(shè)定。按被測(cè)信號(hào)幅值的大小選擇合適擋級(jí)?！办`敏度選擇”開關(guān)外旋鈕為粗調(diào)，中心旋鈕為細(xì)調(diào)(微調(diào))，微調(diào)旋鈕按順時(shí)針方向旋足至校正位置時(shí)，可根據(jù)粗調(diào)旋鈕的示值(V／div.)和波形在垂直軸方向上的格數(shù)讀出被測(cè)信號(hào)幅值。

(4)觸發(fā)源的選擇。

①觸發(fā)源的選擇。當(dāng)觸發(fā)源開關(guān)置于“電源”觸發(fā)，機(jī)內(nèi)50Hz信號(hào)輸入到觸發(fā)電路。當(dāng)觸發(fā)源開關(guān)置于“常態(tài)”觸發(fā)，有兩種選擇，一種是“外觸發(fā)”，由面板上外觸發(fā)輸入插座輸入觸發(fā)信號(hào)；另一種是“內(nèi)觸發(fā)”，由內(nèi)觸發(fā)源選擇開關(guān)控制。

②內(nèi)觸發(fā)源選擇。

“CH1”觸發(fā)：觸發(fā)源取自通道1。

“CH2”觸發(fā)：觸發(fā)源取自通道2。

“交替觸發(fā)”：觸發(fā)源受垂直方式開關(guān)控制，當(dāng)垂直方式開關(guān)置于“CH1”時(shí)，觸發(fā)源自動(dòng)切換到通道1；當(dāng)垂直方式開關(guān)置于“CH2”時(shí)，觸發(fā)源自動(dòng)切換到通道2；當(dāng)垂直方式開關(guān)置于“交替”時(shí)，觸發(fā)源與通道1、通道2同步切換，在這種狀態(tài)使用時(shí)，兩個(gè)不相關(guān)的信號(hào)其頻率不應(yīng)相差很大，同時(shí)垂直輸入耦合應(yīng)置于“AC”，觸發(fā)方式應(yīng)置于“自動(dòng)”或“常態(tài)”；當(dāng)垂直方式開關(guān)置于“斷續(xù)”和“代數(shù)和”時(shí)，內(nèi)觸發(fā)源選擇應(yīng)置于“CH1”或“CH2”。

(5)水平系統(tǒng)的操作。

①掃描速度選擇(T／div.)的設(shè)定。按被測(cè)信號(hào)頻率高低選擇合適擋級(jí)，“掃描速率”開關(guān)外旋鈕為粗調(diào)，中心旋鈕為細(xì)調(diào)(微調(diào))，微調(diào)旋鈕按順時(shí)針方向旋足至校正位置時(shí)，可根據(jù)粗調(diào)旋鈕的顯示值(T／div.)和波形在水平軸方向上的格數(shù)讀出被測(cè)信號(hào)的時(shí)間參數(shù)。當(dāng)需要觀察波形某一個(gè)細(xì)節(jié)時(shí)，可進(jìn)行水平擴(kuò)展×10，此時(shí)原波形在水平軸方向上被擴(kuò)展10倍。

②觸發(fā)方式的選擇。

“常態(tài)”：無信號(hào)輸入時(shí)，掃描處于準(zhǔn)備狀態(tài)，屏幕上無光跡顯示；有信號(hào)輸入時(shí)，觸發(fā)電平調(diào)節(jié)在合適位置上，電路被觸發(fā)掃描。當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率低于50Hz時(shí)，則必須選擇這種方式。

“自動(dòng)”：無信號(hào)輸入時(shí)，掃描處于自激方式，屏幕上有光跡顯示；一旦有信號(hào)輸入時(shí)，電平調(diào)節(jié)到合適位置上，電路自動(dòng)轉(zhuǎn)換到觸發(fā)掃描狀態(tài)，顯示穩(wěn)定的波形，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率高于50Hz時(shí)，最常用這一種方式。

“單次”：用于單次啟動(dòng)掃描，功能類似于復(fù)位開關(guān)。

③“極性”的選擇。用于選擇被測(cè)試信號(hào)的上升沿或下降沿去觸發(fā)掃描。

④“電平”的位置。用于調(diào)節(jié)被測(cè)信號(hào)在某一合適的電平上啟動(dòng)掃描，當(dāng)產(chǎn)生觸發(fā)掃描后，指示燈發(fā)亮。

4)測(cè)量信號(hào)電參數(shù)

(1)電壓的測(cè)量。示波器的電壓測(cè)量實(shí)際上是對(duì)所顯示波形的幅度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)應(yīng)使被測(cè)波形穩(wěn)定地顯示在熒光屏中央。幅度一般為4～6格。

①交流電壓的測(cè)量。

(a)將信號(hào)輸入至CH1或CH2插座，將垂直方式置于被選用的通道。

(b)將Y軸“靈敏度微調(diào)”旋鈕置校準(zhǔn)位置，調(diào)整示波器有關(guān)控制件，使熒光屏上顯示穩(wěn)定、易觀察的波形，則交流電壓幅值：

Uop-p＝垂直方向格數(shù)(div.)×垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V／div.)

②直流電平的測(cè)量。

(a)設(shè)置面板控制件，使屏幕顯示掃描基線。

(b)設(shè)置被選用通道的輸入耦合方式為“GND”。

(c)調(diào)節(jié)垂直移位，將掃描基線調(diào)至合適位置，作為零電平基準(zhǔn)線。

(d)將“靈敏度微調(diào)”旋鈕置校準(zhǔn)位置，輸入耦合方式置“DC”，被測(cè)電平由相應(yīng)Y輸入端輸入，這時(shí)掃描基線將偏移，讀出掃描基線在垂直方向偏移的格數(shù)(div.)，則被測(cè)電平：

U＝垂直方向偏移格數(shù)(div.)×垂直偏轉(zhuǎn)因數(shù)(V／div.)

×偏轉(zhuǎn)方向(＋或－)

式中，基線向上偏移取正號(hào)，基線向下偏移取負(fù)號(hào)。

(2)時(shí)間測(cè)