- 电子元器件检修与应用
- 曹祥 张校铭等编著
- 4字
- 2020-08-28 11:46:13
1.3 示波器
1.3.1 单踪示波器
电子示波器是调试、检验、修理各种电子仪表设备时所不可缺少的工具,随着各种换能技术的应用与发展,已使得温度、压力、振动、速度、声、光、磁等非电量的物理量,可以转换为便于观察、记录和测量的电量,并以电子信号形式显示在电子示波器的屏幕上。家用维修中通常用示波器测量信号波形和信号有无等。
单踪示波器的型号种类较多,本节讲解专为无线电修理设计的BS-7701/7702型多功能晶体管示波器。
1.BS-7701型示波器的主要技术指标
1)Y通道
带宽:DC 0~7MHz±3dB。
灵敏度:10mV/格。
衰减挡:10mV/STK-30/格,按1,3进制共分八挡,输入阻抗。
选购件:100:1 TV探头,可扩展到300V/格,最高测试峰-峰电压为3000V。
2)X通道
扫描速度:10ms/格~0.3μs/格,按1,3进制共分10挡。
带宽:10Hz~500kHz,-3dB。
灵敏度:500mV±150mV/格。
输入阻抗:1MΩ/40pF。
同步选择:正、负极性触发。
3)校准信号
自校采用100μs(10kHz),40mV(峰-峰值)方波进行校准,其频、幅精度优于±2%。
4)其他
示波管采用9SJ105Y14型矩形内刻度中余辉管,有效工作刻度8格(垂直)×10格(水平)(48mm×60mm)。
电源电压:220V/50Hz,18VA。
外形:145mm×200mm×300mm。
质量:5kg。
2. 面板介绍
图1-17所示是BS-7701型示波器的面板图。
① 矩形内刻度示滤管的显示屏:其工作面垂直刻度为8格,水平刻度为10格。
② 电源开关及指示灯:将该开关打向开,电源接通,指示灯亮,示波器进入工作状态。
③ 亮度调节钮:顺时针方向旋动,亮度增加,反之减弱直至光点消失。
④ 聚焦调节钮:调节聚焦钮使光点最小,或屏幕显示波形清晰。
⑤ Y位移调节钮:调节该钮可使光点垂直方向移动,顺时针方向旋动时,光点或波形向上移动,反之向下移动。一般应调到中间位置,顺时针方向或逆时针方向旋到头时,有可能使光点的扫描线偏出屏幕外而找不到光迹。
⑥ X位移调节钮:调节该钮可使光点或波形水平方向移动,顺时针方向旋动时光点或波形向右移动,反之向左移动,一般应该在中间位置。
⑦ 同步调节钮:调节该钮可使扫描周期和被测信号周期保持在整数倍,使屏幕上显示稳定的波形,只调一个同步钮就可很容易地使被测信号波形稳定地显示。在同步钮调节范围内,一般有几个同步点,因此调节起来非常方便。
图1-17 BS-7701型示波器的面板图
⑧ 同步选择按钮:该按钮控制内同步信号的正负极性,当被测信号为正极性脉冲时,应放开按钮,即在“+”位置;当被测信号为负脉冲时应按下该钮,即在“-”位置。
⑨ 垂直通道(Y轴)衰减开关:用该开关可改变Y轴测程,其中八挡为10mV/格~30V/格,根据被测信号的幅度选择适当的挡位,若不知信号幅度大小,应尽量先放在大挡,然后逐渐减小挡位至屏幕显示合适的幅度,一般调节挡位使波形在垂直方向占4~5格为宜。第九挡为内部校正信号,频率为10kHz(周期100μs),幅度为40mV(峰-峰值)的方波信号输入Y轴,用该信号来检查示波器Y通道和X扫描的工作状态。
⑩ Y输入插座:被测信号由该插座输入Y放大器。⑪AC-DC选择按钮:按钮抬起(AC位置),被测信号经隔直电容输入Y通道,信号波形位置不受直流成分影响;按钮按下(DC位置),被测信号的交流分量和直流分量均输入Y通道,适合于观察变化缓慢的信号或比较信号的直流成分。⑫接地按钮:按钮抬起时,正常工作;按下时,Y放大器输入接地,便于寻找扫描基地。⑬扫描速度开关:扫描速度自10ms/格~0.1μs/格共10挡,根据被测信号频率的高低选择适当的扫描速度。当不知道被测信号频率时,可先放在扫描速度较慢的挡,调同步使屏幕显示稳定波形;若显示的波形过密,再增加扫描速度。因为在某扫描挡内至少要有一个被测信号的波形产生同步信号,不然仪器将无法同步。扫描速度开关的第一挡为X输入,这时,X输入插座与X放大器连接。⑭X输入插座:被测信号由此输入X放大器。
3. 使用前的准备
(1)将面板各旋钮置于下述位置。
Y位移调节钮居中:X位移调节钮居中;AC-DC选择按钮置于开(AC位置);扫描速度开关置于X输入;垂直通道衰减开关置于10V/格;亮度调节钮顺时针旋到头。
(2)打开电源开关,电源指示灯亮,示波管屏幕上应有光点,调整亮度、聚焦调节钮,使光点最小,调Y位移调节钮,光点应能上下移动,调X位移调节钮,光点应左右移动,然后将光点调到屏幕中央(注意:上述操作应尽量迅速,不能长时间将光点停在一个固定位置,以免灼伤屏幕)。
图1-18 校准信号波形
(3)将垂直通道衰减开关置于校正位置,扫描速度开关置于0.1ms/格,调节同步钮使波形稳定;微调Y位移和X位移调节钮,应有如图1-18所示的波形在屏幕上出现,其垂直方向应占4格,水平方向有10个完整方波,这时BS-7701示波器便可投入正常使用。
4. 使用方法
1)在示波器屏幕上读数
本示波器采用矩形屏幕示波管,垂直方向(Y轴)为8 格,它表示被测波形的幅度。垂直通道衰减开关与万用表的测程开关相似,它用V/格或mV/格表示。被测信号在垂直方向所占的格值d乘以垂直衰减开关挡位c(cm/格或V/格),其积就是被测信号的幅值V,用公式表示:
水平方向(X轴)为10格,它表示时间,也用格为单位,扫描速度开关挡位B以ms/格或μs/格表示,被测信号一个完整波形(一个周期)所占的格值为t,则其周期T为:
为了提高测量精度,也可以用n个完整波形所占的格值t' 乘以扫速开关挡位B,其结果再除以n。
2)电压的测量
利用本示波器的Y轴放大器配合衰减开关,可以对幅度在10mV~240V之间的信号进行测量。
(1)直流电压测量。本机Y轴放大器频带是从DC开始的,故只要将AC-DC选择按钮按下,放在DC位置就可对直流电压进行测量,直流电压从Y输入,扫描基线放在中间。当直流电压输入时扫描线向上移为正电压,向下移为负电压,其值可用公式(1-1)计算,扫描线向上(或向下)偏移的格值乘以衰减挡位即可得出其电压值(X扫描开关可放在任意位置,如0.1ms/格挡)。
(2)交流电压测量。在工作中,常要测量交流信号的峰-峰之间或波形上某两点之间的电压幅值,这时应将信号从Y端输入,AC-DC选择按钮放AC(若被测信号频率很低时也可放在DC位置,但这时应注意其直流分量),调节Y衰减开关、X扫描速度开关和同步钮,使示波器得到稳定的波形,从屏幕上读出该信号峰-峰之间所占的格值d,其值乘以Y衰减开关挡位c(按公式(1-1)),即可求得其电压值。
以图1-19所示为例,其正弦信号的峰-峰所占的格值为4格,Y衰减开关在1V/格,则幅值Vp-p为:
Vp-p=4格×1V/格
图1-19 交流电压测量
应注意的是,上述测量结果是该正弦信号的峰-峰值,一般正弦信号用有效值Vrms表示,应按公式(1-3)换算。
若用本机100:1探头测量时,则测量结果乘以100。
(3)瞬时电压测量。它和交流分量电压测量的区别在于测量时要有一个基准电平线,通常以地电位作为参考点,具体方法如下。
将AC-DC选择按钮按下(放DC位置),将Y放大器输入接地,调Y位移调节钮,使扫描线移动到某一固定电平线上(这要根据被测信号极性和幅度决定)。为了方便,常使扫描线和某一格坐标重合(如图1-20所示,参考电平线和屏幕自下向上第二格坐标线重合);在参考电平线确定以后,Y位移调节钮不能再动,以后一切测量均以此线为基准,信号送入Y输入端,调节扫描速度开关和同步钮使屏幕上得到稳定波形图1-20,若这时Y衰减开关在1V/格,则
A点瞬时电压=d1×1V/格=5×1=5V
B点瞬时电压=d3×1V/格=1×1=1V
交流分量VAC=(d1-d3)×1V/格=(5-1)×1=4V
直流分量VDC=d2×1V/格=3×1=3V
3)时间的测量
用扫描速度开关挡位值与屏幕上光点水平方向的偏转格值,可以测量信号的重复周期或波形上任意两点A和B之间的时间间隔,具体方法如下。
被测信号送Y输入端,调节Y衰减挡位、X扫描速度开关和同步钮使屏幕上得到稳定清晰波形,读出一个完整波形(一个周期)在水平方向上所占的格值t,如t=4格,X扫速开关为0.3ms/格,则其周期T=4格×0.3ms/格=1.2ms。
4)频率的测量
要测信号的重复频率f,方法同上,f=1/T,例如T=1.2ms,则f=1/(1.2×10-3)≈833.3Hz。
图1-20 瞬时电压测量
5. 应用举例
1)测量功放集成块的质量和放大倍数
测量175功放集成块,若用一般数字式或指针式万用表,因其频带宽度太狭(一般只有几百Hz),故无能为力;若用BS-7701示波器来测量就很容易。具体方法如下。
按图1-21所示连接好175功放集成块(必须加大于20cm×15cm×0.3cm散热片),采用±32V电源、BS-7701示波器、低频信发生器和8Ω假负载(功率大于50W)。
图1-21 测量功放集成块音频信号
(1)检查小信号工作状态。
将信号源频率放在1kHz,BS-7701示波器X扫速开关放于0.3ms/格,Y衰减开关放于3V/格,逐步增大信号源输出,使BS-7701示波器屏幕上有3~4格幅度的波形,调节同步钮,使波形稳定。这时约有2W左右的输出功率,正品175均能正常工作,波形不失真,从示波器屏幕上显示的波形应该是正弦波,没有明显的失真;若是伪劣产品,波形失真严重,有的正弦波变成三角波,有的出现振荡。
(2)检查输出失调电压。
线路连接同上,将175功放集成块输入端对地短路,将BS-7701示波器AC-DC按钮按下(在DC位置),将Y衰减开关逐步减小至10mV/格挡,这时扫描线与零线的偏转格值应小于5格,即5格×10mV/格=50mV。正品175均能满足输出失调电压小于50mV的要求,而伪劣产品失调电压有时很大,根本无法使用。
(3)检查额定输出功率和放大倍数。线路连接同上,信号源频率为1kHz,BS-7701示波器X扫速开关放在0.3ms/格,Y衰减开关放在10V/格,调节信号源输出,使示波器屏幕上垂直方向有5格左右的波形,调同步钮使波形稳定,这时输出功率已达到35W左右。正品175功放集成块显示的波形稳定清晰,不失真,波形上没有振荡,记下这时波形正峰-负峰所占的格值。例如,实测某175功放集成块为4.8格,Vp-p=4.8格×10V/格=48V;Vrms=48V/2.828≈16.97V;已知R=8Ω,输出功率P=V2rms/R=16.972/8≈36W(175功放集成块指标为35W)。若是伪劣175功放集成块,这时立即显原形,波形上振荡严重,有的无法得到稳定波形,而大部分输出不了这么大的功率。保持信号源输出不变,将示波器输入夹子接到175功放集成块的输入端(如图1-21中虚线所示),将Y衰减开关减小至100mV/格,调同步钮使波形稳定,记下这时波形正峰-负峰所占的格值。例如实测某175功放集成块为6.8格。
Vp-p=6.8格×100mV/格=680mV
Vrms=680mV/2.828≈240mV
该175功放集成块的放大倍数K=16.97/0.24≈70.7倍,即增益=20 log70.7=37dB(175指标为30dB)。
以上测试结果均达到175功放集成块技术指标,证明其质量可靠。测试时应注意,测试时间不能过长,并注意175 功放集成块温度,因为长时间满功率正弦波输出,175 温升很快,容易烧坏。
2)测量彩电行输出管集电极高压脉冲波形
按图1-22(a)所示连接好线路,为了确保安全,彩电电源用1:1隔离变压器(不论彩电是热底板还是冷底板,因为有时要测开关电源和集电极波形),BS-7701示波器用100:1 TV探头,Y衰减放于3V/格,X扫速放于10μs/格,开电视机,选一正在播放的电视台,使图像同步稳定,将100:1 TV探头地线接电视机地,探头探针接行输出管集电极,调示波器同步钮使波形同步,这时示波器屏幕上可得到如图1-22(b)所示波形。这是长虹牌CJ-37A彩电行输出管集电极波形,其脉冲峰值电压在示波器屏幕上占2.9格,则其峰值电压为2.9格×3V/格×100=870V,与其标称电压880V相符。两个脉冲间隔为6.4格,则周期为6.4格×10μs/格=64μs。不同彩电,其脉冲峰值电压和波形略有差异,但其形态是一样的。示波器显示的波形应清晰,没有其他杂波,经常用示波器观察波形,可积累经验,快速找到故障点。
图1-22 测量彩电行输出管集电极高压脉冲波形