【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，能將差動(dòng)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出信號(hào)，通常用作傳感器放大器及各種微弱電信號(hào)的放大。下面對(duì)測(cè)量放大器共模抑制能力進(jìn)行分析，以確定在電路設(shè)計(jì)時(shí)如何選擇器件。 。第一級(jí)采用兩個(gè)運(yùn)放組成同相放大器，可獲得很高的輸入阻抗。設(shè)運(yùn)放AA2的共模抑制比為和，則可推出第一級(jí)電路的共模抑制比如下： （1） 由（1）式知，嚴(yán)格挑選運(yùn)放AA2，使其共模抑制比盡量相等，則可保證第一級(jí)的共模抑制比盡可能大。R4A1A3A2●●○U0R1R2R6R5R3R8RGR7－+－＋－＋U1U2第二級(jí)由運(yùn)放A3組成差動(dòng)放大器，在理想情況下，運(yùn)放器件本身的為無(wú)窮大，若R5=R6，R7=R8，即電路處于完全平衡狀態(tài)，則共模輸入信號(hào)可完全被抑制，放大器輸出信號(hào)只反映差模輸入。因此，對(duì)共模信號(hào)的實(shí)際抑制程度，取決于運(yùn)放器件本身的值的大小和外部電路電阻的匹配誤差。在失配最嚴(yán)重的情況下，可推導(dǎo)出由于電阻的失配所引起的共模抑制比為，則可推出第二級(jí)的共模抑制比為： （2）式中為運(yùn)放A3本身的共模抑制比。整個(gè)放大器的共模抑制比為： （3）當(dāng)時(shí)，（3）式可簡(jiǎn)化為： （4）可以證明，該測(cè)量放大器的差模增益計(jì)算公式如下： （5）一般是通過(guò)調(diào)節(jié)RG來(lái)改變差模增益。三 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. 檢測(cè)與轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)臺(tái)YL610 一臺(tái)2. 數(shù)字存儲(chǔ)示波器ADS7062C 一臺(tái)3. 信號(hào)發(fā)生器SP1642B 一臺(tái)4. 實(shí)驗(yàn)電路板 一塊5. 萬(wàn)用表 UT56 一塊四 實(shí)驗(yàn)步驟 測(cè)量放大器實(shí)際電路圖1. 測(cè)量放大器調(diào)零將實(shí)驗(yàn)臺(tái)的正負(fù)15伏電源接入到實(shí)驗(yàn)電路板的電源端；再將電路板兩輸入端短接，并與電路板的地相連；萬(wàn)用表與輸出端連接。合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)RW4使儀表放大器輸出為零。2. 測(cè)量差摸放大倍數(shù)將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率調(diào)節(jié)至1000Hz，波形設(shè)置為正弦波，輸出幅度調(diào)節(jié)至最小。并將信號(hào)源的輸出接到儀表放大器的輸入端，下端與地相連。用數(shù)字存儲(chǔ)示波器通道A和B 分別測(cè)量輸入和輸出信號(hào)的峰峰值。 差摸放大倍數(shù)的測(cè)量輸入信號(hào)（峰峰值）輸出信號(hào)（峰峰值）差摸放大倍數(shù)3. 測(cè)量共模放大倍數(shù) 將儀表放大器的兩輸入端短路，信號(hào)源與放大器輸入端和地相連。測(cè)量方法如2。 共模放大倍數(shù)的測(cè)量輸入信號(hào)（峰峰值）輸出信號(hào)（峰峰值）共摸放大倍數(shù)五 實(shí)驗(yàn)總結(jié)1. 計(jì)算差摸、共模放大倍數(shù)及共模抑制比；2. 試論述測(cè)量放大器有何特點(diǎn)? 它與普通放大器有何不同?附錄一 模擬示波器的原理與使用在電子電路實(shí)驗(yàn)中，需要使用若干儀器、儀表觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。常用的電子測(cè)量?jī)x器有萬(wàn)用表、邏輯筆、模擬示波器、數(shù)字存儲(chǔ)示波器、邏輯分析儀等。萬(wàn)用表和邏輯筆使用方法比較簡(jiǎn)單，而邏輯分析儀和數(shù)字存儲(chǔ)示波器目前在電子電路教學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用還不十分普遍。示波器是一種使用非常廣泛，且使用相對(duì)復(fù)雜的儀器。本章從使用的角度介紹一下模擬示波器的原理和使用方法。一 陰極射線管(CRT)與波形顯示原理示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無(wú)法直接觀測(cè)的交變電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏上以便測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器。它是觀察數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題、測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。示波器由示波管和電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源組成。1． 示波管陰極射線管(CRT)簡(jiǎn)稱(chēng)示波管，是示波器的核心部件。它將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，如圖1所示。電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個(gè)真空玻璃殼內(nèi)，構(gòu)成了一個(gè)完整的示波管。 示波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和供電圖1．1 示波管的構(gòu)造現(xiàn)在的示波管屏面通常是矩形平面，內(nèi)表面沉積一層磷光材料構(gòu)成熒光膜（S）。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過(guò)鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點(diǎn)。鋁膜具有內(nèi)反射作用，有利于提高亮點(diǎn)的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。當(dāng)電子停止轟擊后，亮點(diǎn)不能立即消失而要保留一段時(shí)間。亮點(diǎn)輝度下降到原始值的10％所經(jīng)過(guò)的時(shí)間叫做“余輝時(shí)間”。余輝時(shí)間短于10μs為極短余輝，10μs—1ms為短余輝，1ms—0．1s為中余輝，0．1s1s為長(zhǎng)余輝，大于1s為極長(zhǎng)余輝。一般的示波器配備中余輝示波管，高頻示波器選用短余輝，低頻示波器選用長(zhǎng)余輝。 由于所用磷光材料不同，熒光屏上能發(fā)出不同顏色的光。一般示波器多采用發(fā)綠光的示波管，以保護(hù)人的眼睛。1．2 電子槍及聚焦電子槍由燈絲(F)、陰極(K)、柵極(G1)、前加速極(G2)(或稱(chēng)第二柵極)、第一陽(yáng)極(A1)和第二陽(yáng)極(A2)組成。它的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束。燈絲通電加熱陰極，陰極受熱發(fā)射電子。柵極是一個(gè)頂部有小孔的金屬園筒，套在陰極外面。由于柵極電位比陰極低，對(duì)陰極發(fā)射的電子起控制作用，一般只有運(yùn)動(dòng)初速度大的少量電子，在陽(yáng)極電壓的作用下能穿過(guò)柵極小孔，奔向熒光屏。初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過(guò)低，則全部電子返回陰極，即管子截止。調(diào)節(jié)電路中的W1電位器，可以改變柵極電位，控制射向熒光屏的電子流密度，從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮點(diǎn)的輝度。第一陽(yáng)極、第二陽(yáng)極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個(gè)金屬圓筒。前加速極G2與A2相連，所加電位比A1高。G2的正電位對(duì)陰極電子奔向熒光屏起加速作用。電子束從陰極奔向熒光屏的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)兩次聚焦過(guò)程。第一次聚焦由K、GG2完成，K、K、GG2叫做示波管的第一電子透鏡。第二次聚焦發(fā)生在GAA2區(qū)域，調(diào)節(jié)第二陽(yáng)極A2的電位，能使電子束正好會(huì)聚于熒光屏上的一點(diǎn)，這是第二次聚焦。A1上的電壓叫做聚焦電壓，A1又被叫做聚焦極。有時(shí)調(diào)節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦，需微調(diào)第二陽(yáng)極A2的電壓，A2又叫做輔助聚焦極。1．3 偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子射線方向，使熒光屏上的光點(diǎn)隨外加信號(hào)的變化描繪出被測(cè)信號(hào)的波形。圖2中，YY2和Xl、X2兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。Y軸偏轉(zhuǎn)板在前，X軸偏轉(zhuǎn)板在后，因此Y軸靈敏度高(被測(cè)信號(hào)經(jīng)處理后加到Y(jié)軸)。兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓，使兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場(chǎng)，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。將輸入信號(hào)加到Y(jié)軸偏轉(zhuǎn)板上，而示波器自己使電子束沿X軸方向掃描。這樣就使得光點(diǎn)在屏幕上描繪出輸入信號(hào)的波形。這樣掃出的信號(hào)波形稱(chēng)為波形軌跡。1．4 示波管的電源為使示波管正常工作，對(duì)電源供給有一定要求。規(guī)定第二陽(yáng)極與偏轉(zhuǎn)板之間電位相近，偏轉(zhuǎn)板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負(fù)電位上。柵極G1相對(duì)陰極為負(fù)電位(—30V~—100V)，而且可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)輝度調(diào)節(jié)。第一陽(yáng)極為正電位(約+100V~+600V)，也應(yīng)可調(diào)，用作聚焦調(diào)節(jié)。第二陽(yáng)極與前加速極相連，對(duì)陰極為正高壓(約+1000V)，相對(duì)于地電位的可調(diào)范圍為177。50V。由于示波管各電極電流很小，可以用公共高壓經(jīng)電阻分壓器供電。影響屏幕的控制機(jī)構(gòu)有：——輝度輝度控制用來(lái)調(diào)節(jié)波形顯示的亮度。本書(shū)中用作示例的示波器所采用的電路能夠根據(jù)不同的掃描速度自動(dòng)調(diào)節(jié)輝度。當(dāng)電子束移動(dòng)得比較快時(shí)，熒光物質(zhì)受到激勵(lì)的時(shí)間就變短，因此必須增加輝度才能看清軌跡。相反，當(dāng)電子束移動(dòng)緩慢時(shí)，屏幕上的光電變得很亮，因此必須減小輝度以免熒光物質(zhì)被燒壞。從而延長(zhǎng)示波管的壽命。對(duì)于屏幕上的文字部分，另有單獨(dú)的輝度控制機(jī)構(gòu)?！劢咕劢箍刂茩C(jī)構(gòu)用來(lái)控制屏幕上光點(diǎn)的大小，以便獲得清晰的波形軌跡。有些示波器，例如本書(shū)用作示例的示波器上，聚集也是由示波器自己進(jìn)行最佳控制的，從而能在不同的輝度和不同的掃描下保證清晰的波形軌跡。另外也提供手動(dòng)調(diào)節(jié)的聚集控制?！獟呙栊D(zhuǎn)這個(gè)控制機(jī)構(gòu)使X周掃描線和水平標(biāo)尺線對(duì)齊。由于地球的磁場(chǎng)在各個(gè)地方是不同的，這將會(huì)影響示波器顯示的掃描線。掃跡旋轉(zhuǎn)功能就用來(lái)對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償。掃描旋轉(zhuǎn)功能是預(yù)先調(diào)好的，通常只需要在示波器搬動(dòng)后再行調(diào)節(jié)?！獦?biāo)尺照明標(biāo)尺亮度可以單獨(dú)控制。對(duì)于屏幕攝影或弱光線條件下工作時(shí)非常有用?！猌調(diào)制掃描的輝度可以用電氣的方法通過(guò)一個(gè)外加的信號(hào)來(lái)改變。這對(duì)于由外部信號(hào)產(chǎn)生水平偏轉(zhuǎn)以及使用X—Y顯示方式來(lái)尋找頻率關(guān)系的應(yīng)用中是十分有用的。此信號(hào)輸入端通常是示波器后面板上的一個(gè)BNC插座。2． 波形顯示原理1） Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號(hào)電壓，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓，熒光屏上將顯示出被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的一個(gè)周期的波形曲線，（a）所示。2）顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系 示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱(chēng)為李沙育（Lissajous）圖形，這種圖形在相位和頻率測(cè)量中常會(huì)用到。 若兩信號(hào)的初相相同，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫(huà)出一條與水平軸呈45度角的直線,（b）所示。若兩信號(hào)的初相相差90度，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫(huà)出的圖形為圓，（c）所示(a) (b) (c) 顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系3. 掃描的概念 如果在X偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)隨時(shí)間線形變化的電壓，垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓，那么光點(diǎn)在水平方向的偏移距離為 ，比例系數(shù)Sx稱(chēng)為示波管的X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度。光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動(dòng)的過(guò)程稱(chēng)為“掃描”，能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱(chēng)為掃描電壓，光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動(dòng)稱(chēng)為“掃描正程”，自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點(diǎn)的過(guò)程稱(chēng)為“掃描逆程”。 4．同步的概念 （1）Tx=nTy(n為正整數(shù))：熒光屏上將穩(wěn)定顯示n個(gè)周期的被測(cè)信號(hào)波形。 如果掃描電壓周期Tx與被測(cè)電壓周期Ty保持Tx=nTy的關(guān)系，則稱(chēng)掃描電壓與被測(cè)電壓“同步”。 （2）Tx≠nTy(n為正整數(shù))，即不滿足同步關(guān)系時(shí)，顯示的波形不穩(wěn)定。 5．掃描過(guò)程的增輝 為了使回掃產(chǎn)生的波形不在熒光屏上顯示，可以設(shè)法在掃描正程期間，給示波器增輝,若不增輝將產(chǎn)生如圖的回掃線。二. 示波器的基本組成從上一小節(jié)可以看出，只要控制X軸偏轉(zhuǎn)板和Y軸偏轉(zhuǎn)板上的電壓，就能控制示波管顯示的圖形形狀。我們知道，一個(gè)電子信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)f(t)，它隨時(shí)間的變化而變化。因此，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)與時(shí)間變量成正比的電壓，在y軸加上被測(cè)信號(hào)(經(jīng)過(guò)比例放大或者縮小)，示波管屏幕上就會(huì)顯示出被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的圖形。它由示波管、Y軸系統(tǒng)、X軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)和電源等五部分組成。 示波器組成原理框圖被測(cè)信號(hào)①接到“Y輸入端，經(jīng)Y軸衰減器適當(dāng)衰減后送至Y1放大器(前置放大)，推挽輸出信號(hào)②和③。經(jīng)延遲級(jí)延遲Г1時(shí)間，到Y(jié)2放大器。放大后產(chǎn)生足夠大的信號(hào)④和⑤，加到示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)板上。為了在屏幕上顯示出完整的穩(wěn)定波形，將Y軸的被測(cè)信號(hào)③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路，在引入信號(hào)的正(或者負(fù))極性的某一電平值產(chǎn)生觸發(fā)脈沖⑥，啟動(dòng)鋸齒波掃描電路(時(shí)基發(fā)生器)，產(chǎn)生掃描電壓⑦。由于從觸發(fā)到啟動(dòng)掃描有一時(shí)間延遲Г2，為保證Y軸信號(hào)到達(dá)熒光屏之前X軸開(kāi)始掃描，Y軸的延遲時(shí)間Г1應(yīng)稍大于X軸的延遲時(shí)間Г2。掃描電壓⑦經(jīng)X軸放大器放大，產(chǎn)生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上。z軸系統(tǒng)用于放大掃描電壓正程，并且變成正向矩形波，送到示波管柵極。這使得在掃描正程顯示的波形有某一固定輝度，而在掃描回程進(jìn)行抹跡。以上是示波器的基本工作原理。雙蹤顯示則是利用電子開(kāi)關(guān)將Y軸輸入的兩個(gè)不同的被測(cè)信號(hào)分別顯示在熒光屏上。由于人眼的視覺(jué)暫留作用，當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率高到一定程度后，看到的是兩個(gè)穩(wěn)定的、清晰的信號(hào)波形。示波器中往往提供一個(gè)精確穩(wěn)定的方波信號(hào)發(fā)生器，供校驗(yàn)示波器用。三、YB43020B模擬示波器的使用本節(jié)介紹示波器的使用方法。示波器種類(lèi)、型號(hào)很多，功能也不同。數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中使用較多的是20MHz或者40MHz的雙蹤示波器。這些示波器用法大同小異。本節(jié)以YB43020B模擬示波器，介紹示波器在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的常用功能。 YB43020B模擬示波器的面板圖操作方法1)、電源檢查YB43020B雙蹤示波器電源電壓為220V177。10%。接通電源前，檢查當(dāng)?shù)仉娫措妷?，如果不相符合，則嚴(yán)格禁止使用！2)、面板一般功能檢查A．將有關(guān)控制件按下表置位初部設(shè)置：控制件名稱(chēng)作用位置控制件名稱(chēng)作用位置亮　　度適中輸入耦合DC聚　　焦光跡清晰掃描方式自動(dòng)位　　移居中極　　性（＋）或（－）垂直方式CH1SEC/DIVVOLTS/DIV觸發(fā)源CH1微　　調(diào)逆時(shí)針旋足耦合方式AC常態(tài)B．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、輔助聚焦、跡線旋轉(zhuǎn)、垂直、水平移位等控制件，使光跡清晰并與水平刻度平行。C．用10∶1探極將校正信號(hào)輸入至CH1輸入插座。D．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。E．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)D操作。3)、垂直系統(tǒng)的操作A．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(kāi)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)，將“垂直方式”開(kāi)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)掃速低于一定頻率時(shí)，