【文章內(nèi)容簡介】 X放大輸出RP時基閘門掃描發(fā)生器電壓比較器E增輝t1t2U0t1t2t1t2ur釋抑電路 掃描發(fā)生環(huán)組成框圖，當時基閘門接收到合適的同步觸發(fā)脈沖以后,閘門打開，掃描發(fā)生器開始掃描,輸出幅度、頻率穩(wěn)定、線性度良好的鋸齒波掃描電壓。在此期間，釋抑電路封鎖時基閘門讓其不被誤觸發(fā)，穩(wěn)定掃描，直到前一個掃描周期完成。在下一個觸發(fā)脈沖的到來時，釋抑電路才釋放時基閘門電路，再開始新的掃描周期。RP用于波形穩(wěn)定度的調(diào)節(jié)[3]。在本電路設計部分，即：時基閘門、掃描電壓發(fā)生器、電壓比較器、釋抑電路和電源電路。在下面的敘述中將分別對每個組成部分作詳細的分析和介紹并設計出實際的電路。 時基閘門時基閘門接受觸發(fā)整形后的信號的觸發(fā)和控制并輸出一個閘門信號去觸發(fā)鋸齒波發(fā)生器工作，產(chǎn)生鋸齒波，同時使XY保持同步。在整個掃描環(huán)路中時基閘門就相當一個可控開關(guān)[4]。（1）時基閘門設計原理介紹在示波器中，假設觸發(fā)整形后送入到閘門的信號為A，釋抑信號為B。閘門觸發(fā)整形后輸出信號A去控制鋸齒波發(fā)生器 C 釋抑信號B 閘門控制框圖設觸發(fā)整形后的輸出信號A電壓不為零時或者說是達到可觸發(fā)電平時狀態(tài)為H，其余狀態(tài)為L；同理，鋸齒波掃描信號一個周期正征程掃描未結(jié)束時釋抑比較信號B有效時為H，其余為L；閘門輸出觸發(fā)鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波的信號C的有效觸發(fā)信號為H，無效為L。那么閘門和外部控制信號就應該滿足如下表1的真值表關(guān)系。注：L:在數(shù)字電路中表示低電平,電壓為0～， H:在數(shù)字電路中表示高電平,門限電壓≥。表1 閘門控制真值表外部輸入閘門信號閘門輸出信號ABCLLLLHHHHHHLH根據(jù)真值表1。ABLHLHHLLL11amp。ABC圖(a)閘門控制卡諾圖 圖(b )閘門控制邏輯連接 閘門功能圖(a)，如下： （）(b)，(b)可以看出只有當A、B兩個信號同時為L時，閘門便可以產(chǎn)生一個有效的信號去觸發(fā)鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波。不過，這種控制方式要滿足示波器的掃描控制要求是有一定條件限制的。[5]。U/v213t/s0圖3. 4 掃描觸發(fā)點圖在圖3. 4中，假設閘門電路在圖中1點被信號A觸發(fā)，且掃描環(huán)的產(chǎn)生掃描電壓的頻率滿足在觸發(fā)信號A的電壓從3下降到2過程中就已經(jīng)掃描完了一個征程，那么很有可能閘門在2這點被誤認為又有一個新的觸發(fā)信號送入。但是，此時一個周期的待測信號并沒有被掃描完成。因此掃描并不能夠同步。顯然，也就是觸發(fā)信號的上升邊沿。那么就可以保證閘門不被誤觸發(fā)。因此觸發(fā)門控可以選擇成一種上升沿觸發(fā)鎖存器組合電路結(jié)構(gòu)來作為閘門[6]。根據(jù)上面的論證，時基閘門電路應該完成邏輯功能如表2所示。表2 時基閘門控制真值表時鐘信號工作方式釋抑信號輸出Ｑ↑自動HH↓自動HH↑常態(tài)HH↓常態(tài)HH↑自動LL↓自動LL↑常態(tài)LL↓常態(tài)LL為了防止在掃描信號發(fā)生器工作中時基閘門不被誤觸發(fā)，閘門可以選用上升沿雙D觸發(fā)器74LS74來構(gòu)成，關(guān)于74LS74的介紹，請見附錄B。通過表2可以得出，閘門電路可由構(gòu)成比較電壓的觸發(fā)同步電路和掃描閘門翻轉(zhuǎn)電路兩部分組成，下面就分別對其進行介紹。（2） 時基閘門電路設計在整個時基閘門電路中，根據(jù)時基閘門的工作過程?？蓪㈤l門分成觸發(fā)同步電路、觸發(fā)控制電路兩個部分進行設計。下面就分別對這兩個部分進行設計。（a）時基閘門之觸發(fā)同步電路設計在掃描信號發(fā)生器中觸發(fā)同步電路可以用來選擇觸發(fā)方式和觸發(fā)XY同步的作用。 觸發(fā)控制電路,當74LS74(5)輸出高電平時，二極管D1導通，Q2基極電位上升，它所組成的門栓“打開”；當Q輸出為低電平時，DQ2被截止，門栓被“關(guān)閉”。當74LS74的6腳輸出為高電平時Q1被截止，在常態(tài)掃描時LED不發(fā)光[7]?！癈LK”是經(jīng)過整形后形成的時鐘信號輸入?！坝|發(fā)選擇”是觸發(fā)方式選擇輸入，有自動、觸發(fā)、和鎖定三種工作方式。電容C1和C2是穩(wěn)壓電容，用來吸收上電瞬間脈沖，因為是+12V的電源，所以奈壓值必須高于212V，這里根據(jù)工程經(jīng)驗C1和C2選擇47uF的電解電容。RRR2和Q1構(gòu)成單晶體管放大電路，其中RRR2夠成分壓偏置。當輸出為L電平時，Q1處于放大狀態(tài)，LED不發(fā)光。但是要使Q1處于放大狀態(tài)或者說Q1門閂導通則必須有發(fā)射節(jié)電壓正向偏置，集電節(jié)電壓反向偏置。Q1選為9013。假設三極管集電極電源為+5V，、UCE=3V，取β=60。，Q1的發(fā)射極接地，所以UBQ=Ube=，則： （），假設74LS74(a)的6腳輸出為低電平時，設=0V。則有，在Q1所組成的共射放大電路中，只有IR3IBQ時，才能夠保證UBQ恒定，這是Q1工作穩(wěn)定的必要條件。所以這里為了方便計算將IBQ電流忽略不計，那么流過R3上的電流就和流進74LS74(a)的6腳電流相等，即：IR3=，則 （）取標稱值同理，對于從+12V流出經(jīng)過RR2和R1最后流入到74LS74的6腳所組成的回路有： （）由式（）得： （），電路中，通過R1可以保證當74LS74（a）的輸出為低電平時74LS74(a)的1腳始終在高電平上。從而只要74LS74(a)的3腳有上升沿送入就能保證輸出為一個理想的低電平。R1也保證了1腳的壓降始終大于6腳，但是考慮到C1吸收上電脈沖的時間應該短，那么R1電阻就不能太大，這里根據(jù)實際經(jīng)驗取R1=1K[8]。則由式（）得： （），+5V和R6及LED組成的回路中，選擇發(fā)光二極管LED參數(shù)為5mA、 V，則有： （）R6取標稱值，“觸發(fā)選擇”有三種情況：當“觸發(fā)選擇”輸入為一個低電平時，為鎖定掃描方式，既如果儀器工作在鎖定狀態(tài)后，無需調(diào)節(jié)電平即可使波形穩(wěn)定的顯示在屏幕上；當“觸發(fā)選擇”輸入為整形后的脈沖時，為自動（Auto）掃描方式，既無觸發(fā)信號時，屏幕上顯示掃描光跡，一旦有觸發(fā)信號輸入，電路自動轉(zhuǎn)換為觸發(fā)掃描狀態(tài)，調(diào)節(jié)電平可使波形穩(wěn)定的顯示在屏幕上，此方式適合與觀測頻率在50Hz以上的信號；當“觸發(fā)選擇”無輸入時，為常態(tài)（Norm）掃描方式，既無信號輸入時，屏幕上無光跡顯示，有信號輸入時，且觸發(fā)電平在合適的位置上，電路被觸發(fā)掃描，當被測信號低于50Hz時，必須選擇該方式[9]。 開關(guān)電路， R5和R4夠成了分壓電阻與Q2組成了一個開關(guān)電路。當輸入為低電平時，三極管Q2導通，+5V通過Q2輸出。其中Q2選用2SA733。取Q2的β=150，設ICQ=。Q2在電路中作為一個開關(guān)管，當有時鐘信號輸入時，開關(guān)管Q2導通，輸出一個高電平，即設Q2輸出電壓為U0=4V；則有： （） （）由式（）得： （）在放大電路中，為了使Q2工作穩(wěn)定，一般取流過R5的電路為(5～10)IBQ，這里取IR5=8IBQ則由式（）和（）得： （） （）R5取標稱值，在常態(tài)掃描中74LS74(a)的6腳輸出低電平時,對于集成芯片來說其并非輸出的電壓為零,而是一個低門限電平。取門限電壓為Ur=。則: ()選擇二極管D1為1N4148。則式（）和（）得： （），當74LS74(a)的6腳輸出低電平時， R5和RD1組成的回路中：因為IR5IBQ,所以在計算時，忽略IBQ。由式（）和（）得： () R4取標稱值綜上所述,代入計算后的數(shù)值,。 觸發(fā)控制電路PROTEUS仿真分析：%的時鐘信號。同時對74LD74的6號腳、Q2的基極和發(fā)射極用PROTEUS自帶的虛擬示波器進行波形測量，、C、D通道顯示波形。A通道B通道C通道D通道，當輸入信號為方波時，74LS74的6號腳輸出只是在輸入脈沖的上升沿被觸發(fā)。從而保證了同步系統(tǒng)不被誤觸發(fā)。，12V電源便通過R5和R4對C2充電同時Q2瞬間被導通；當74LS74的6腳輸出為低電平時，C2便通過D1瞬間對74LS74的6腳放電，從而形成了C通道的波形。：因為B通道的低電平維持的時間并不長，所以當74LS74的6腳輸出為高電平時，C2已經(jīng)放電完成。同時+12V電源又會通過R5和R4對C2充電，在C2充電的過程中可以認為R4和R5中是有電流流過的，不過這種電流大小是指數(shù)下降的，從而導致Q2的UBQ是下降的，只有UBQ小于Q2的放大維穩(wěn)電壓時，Q2才被截止。在實物中,。 觸發(fā)控制電路的輸出波形,因為示波器檢測的是自帶的校正信號,但是測量時有外界的干擾等因數(shù)存在,出現(xiàn)了波形的輕微失真,不過總體上測量結(jié)果和理論結(jié)果是相符合的[10]。（b）時基閘門之掃描閘門翻轉(zhuǎn)電路設計在掃描閘門翻轉(zhuǎn)電路中,當觸發(fā)信號和比較器輸出信號同時滿足掃描觸發(fā)條件時,此電路輸出就會發(fā)生翻轉(zhuǎn),使時基電路功能發(fā)生改變,控制時基電路的充放電。如此周期性的進行，便達到了觸發(fā)控制的目的， 。 閘門翻轉(zhuǎn)電路,RR2為上拉電阻,因為CMOS集體芯片74LS74的門限輸入電流在300uA左右,所以取上拉電阻均取為2KΩ。13腳為比較器輸入信號。假設74LS74(b)的8腳初始狀態(tài)為輸出低電平，那么時基電容充電。此時，比較器的輸出狀態(tài)應該是對74LS74(b)的13腳輸入了一個低電平，由于74LS74（b）的9腳此時為高電平，那么74LS74(b)的10腳就由上拉電阻R1提供了一個高電平，從而保證了74LS74(b)的13腳和10腳的輸入是反向的。在時基電容放電過程中，比較器沒有輸出。，由于上拉電阻R2的作用，相當于對74LS74(b)的13腳輸入一個高電平，當時鐘脈沖到來時會對74LS74(b)進行強制復位，使74LS74(b)輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即：8腳輸出高電平；9腳輸出一個低電平。因為9腳輸出了低電平，通過二極管D1連接到了74LS74(b)的10腳，相當于對上拉電阻進行了截流，即相當于對10腳輸入了一個低電平。從而在放電過程中維持了13腳和10腳的反向。,在RD1組成的回路中，設D1上的壓降為UD。假設74LS74(b)的9腳輸出為低電平Ｕ為２V,為了保證74LS74(b)的反向狀態(tài)，,所以選擇二極管為D1為1N4148。 掃描閘門翻轉(zhuǎn)電路在實際電路中,對閘門電路的最終輸出74LS74的8腳,用示波器進行測量,。 閘門翻轉(zhuǎn)電路的輸出波形從圖中可以看出,閘門翻轉(zhuǎn)電路輸出的是一個占空比不等的矩形脈沖。由閘門翻轉(zhuǎn)電路的原理可知，74LS74為數(shù)字信號芯片，輸出的是邏輯電平，也就是只有高低兩種電平，所以輸出的是矩形波。當輸出為高電平時，實際上是控制時基電容放電的過程，當輸出為低電平時，實際上是控制時基電容充電的過程。因為在掃描信號發(fā)生器中放電時間相對充電時間來說是很短暫的，所以造成了輸出的矩形方波的占空比不對等。即。 掃描電壓發(fā)生器在示波器中為了保證顯示的均勻性和波形的可讀性，必須要求掃描電壓鋸齒波是一種時間基線。所以線性時基掃描可分成連續(xù)掃描和觸發(fā)掃描兩種方式。 UttU(a)連續(xù)掃描電壓波形 (b)觸發(fā)掃描電壓波形 時基掃描(a)是連續(xù)掃描電壓波形，回掃后沒有等待時間。(b)是觸發(fā)掃描電壓波形，它只在觸發(fā)信號的激勵下才開始掃描，每完成一次掃描就處于等待狀態(tài)，直到下一次觸發(fā)信號的到來再進行掃描。(1)掃描電壓發(fā)生器設計原理介紹掃描發(fā)生器可以將被測信號從時間上 “展開”。這種展開是通過控制示波管的電子束按照掃描電壓的大小進行偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。所以掃描發(fā)生器的作用是產(chǎn)生一種線性度很好的掃描電壓——鋸齒波。掃描電壓產(chǎn)生器選擇為彌勒積分器,。RESCU0∝+S斷開正程回程S閉合t0U(a)彌勒積分器 (b)彌勒積分器工作波形 彌勒積分電路彌勒積分電路能夠產(chǎn)生高線性度的鋸齒波電壓。，當開關(guān)S斷開時，電源電壓E通過電阻R對電容C充電，產(chǎn)生負向鋸齒波U0： （）。一般U0可達10V左右。此電壓一路送入水平放大器，另一路送入時基發(fā)生器的電壓比較器。時基閘門電路的兩個穩(wěn)態(tài)相當于開關(guān)S的斷開和閉合，開關(guān)S閉合時，電容C迅速放電，使U0迅速回升，形成掃描回程電壓。從而在U0端就能輸出線性度良好的鋸齒波電壓[13]。(2)掃描電壓發(fā)生器電路設計從上面的敘述可以知道，掃描電壓發(fā)生器實際上是由一RC電路在一定的控制作用下產(chǎn)生鋸齒波的電路，所以根據(jù)掃描電壓發(fā)生器的原理將