【文章內容簡介】 節(jié)方便等優(yōu)點，能將差動輸入信號轉換為單端輸出信號，通常用作傳感器放大器及各種微弱電信號的放大。下面對測量放大器共模抑制能力進行分析，以確定在電路設計時如何選擇器件。 。第一級采用兩個運放組成同相放大器，可獲得很高的輸入阻抗。設運放AA2的共模抑制比為和，則可推出第一級電路的共模抑制比如下： （1） 由（1）式知，嚴格挑選運放AA2，使其共模抑制比盡量相等，則可保證第一級的共模抑制比盡可能大。R4A1A3A2●●○U0R1R2R6R5R3R8RGR7－+－＋－＋U1U2第二級由運放A3組成差動放大器，在理想情況下，運放器件本身的為無窮大，若R5=R6，R7=R8，即電路處于完全平衡狀態(tài)，則共模輸入信號可完全被抑制，放大器輸出信號只反映差模輸入。因此，對共模信號的實際抑制程度，取決于運放器件本身的值的大小和外部電路電阻的匹配誤差。在失配最嚴重的情況下，可推導出由于電阻的失配所引起的共模抑制比為，則可推出第二級的共模抑制比為： （2）式中為運放A3本身的共模抑制比。整個放大器的共模抑制比為： （3）當時，（3）式可簡化為： （4）可以證明，該測量放大器的差模增益計算公式如下： （5）一般是通過調節(jié)RG來改變差模增益。三 實驗設備1. 檢測與轉換實驗臺YL610 一臺2. 數(shù)字存儲示波器ADS7062C 一臺3. 信號發(fā)生器SP1642B 一臺4. 實驗電路板 一塊5. 萬用表 UT56 一塊四 實驗步驟 測量放大器實際電路圖1. 測量放大器調零將實驗臺的正負15伏電源接入到實驗電路板的電源端；再將電路板兩輸入端短接，并與電路板的地相連；萬用表與輸出端連接。合上實驗臺的電源開關，調節(jié)RW4使儀表放大器輸出為零。2. 測量差摸放大倍數(shù)將函數(shù)信號發(fā)生器的頻率調節(jié)至1000Hz，波形設置為正弦波，輸出幅度調節(jié)至最小。并將信號源的輸出接到儀表放大器的輸入端，下端與地相連。用數(shù)字存儲示波器通道A和B 分別測量輸入和輸出信號的峰峰值。 差摸放大倍數(shù)的測量輸入信號（峰峰值）輸出信號（峰峰值）差摸放大倍數(shù)3. 測量共模放大倍數(shù) 將儀表放大器的兩輸入端短路，信號源與放大器輸入端和地相連。測量方法如2。 共模放大倍數(shù)的測量輸入信號（峰峰值）輸出信號（峰峰值）共摸放大倍數(shù)五 實驗總結1. 計算差摸、共模放大倍數(shù)及共模抑制比；2. 試論述測量放大器有何特點? 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驗中，需要使用若干儀器、儀表觀察實驗現(xiàn)象和結果。常用的電子測量儀器有萬用表、邏輯筆、模擬示波器、數(shù)字存儲示波器、邏輯分析儀等。萬用表和邏輯筆使用方法比較簡單，而邏輯分析儀和數(shù)字存儲示波器目前在電子電路教學實驗中應用還不十分普遍。示波器是一種使用非常廣泛，且使用相對復雜的儀器。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，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉換成圖像，顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。它是觀察數(shù)字電路實驗現(xiàn)象、分析實驗中的問題、測量實驗結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軸偏轉系統(tǒng)、Y軸偏轉系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標準信號源組成。1． 示波管陰極射線管(CRT)簡稱示波管，是示波器的核心部件。它將電信號轉換為光信號，如圖1所示。電子槍、偏轉系統(tǒng)和熒光屏三部分密封在一個真空玻璃殼內，構成了一個完整的示波管。 示波管的內部結構和供電圖1．1 示波管的構造現(xiàn)在的示波管屏面通常是矩形平面，內表面沉積一層磷光材料構成熒光膜（S）。在熒光膜上常又增加一層蒸發(fā)鋁膜。高速電子穿過鋁膜，撞擊熒光粉而發(fā)光形成亮點。鋁膜具有內反射作用，有利于提高亮點的輝度。鋁膜還有散熱等其他作用。當電子停止轟擊后，亮點不能立即消失而要保留一段時間。亮點輝度下降到原始值的10％所經過的時間叫做“余輝時間”。余輝時間短于10μs為極短余輝，10μs—1ms為短余輝，1ms—0．1s為中余輝，0．1s1s為長余輝，大于1s為極長余輝。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)(或稱第二柵極)、第一陽極(A1)和第二陽極(A2)組成。它的作用是發(fā)射電子并形成很細的高速電子束。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，對陰極發(fā)射的電子起控制作用，一般只有運動初速度大的少量電子，在陽極電壓的作用下能穿過柵極小孔，奔向熒光屏。初速度小的電子仍返回陰極。如果柵極電位過低，則全部電子返回陰極，即管子截止。調節(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，從而達到調節(jié)亮點的輝度。第一陽極、第二陽極和前加速極都是與陰極在同一條軸線上的三個金屬圓筒。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程中，經過兩次聚焦過程。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，調節(jié)第二陽極A2的電位，能使電子束正好會聚于熒光屏上的一點，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。有時調節(jié)A1電壓仍不能滿足良好聚焦，需微調第二陽極A2的電壓，A2又叫做輔助聚焦極。1．3 偏轉系統(tǒng)偏轉系統(tǒng)控制電子射線方向，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖2中，YY2和Xl、X2兩對互相垂直的偏轉板組成偏轉系統(tǒng)。Y軸偏轉板在前，X軸偏轉板在后，因此Y軸靈敏度高(被測信號經處理后加到Y軸)。兩對偏轉板分別加上電壓，使兩對偏轉板間各自形成電場，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉。將輸入信號加到Y軸偏轉板上，而示波器自己使電子束沿X軸方向掃描。這樣就使得光點在屏幕上描繪出輸入信號的波形。這樣掃出的信號波形稱為波形軌跡。1．4 示波管的電源為使示波管正常工作，對電源供給有一定要求。規(guī)定第二陽極與偏轉板之間電位相近，偏轉板的平均電位為零或接近為零。陰極必須工作在負電位上。柵極G1相對陰極為負電位(—30V~—100V)，而且可調，以實現(xiàn)輝度調節(jié)。第一陽極為正電位(約+100V~+600V)，也應可調，用作聚焦調節(jié)。第二陽極與前加速極相連，對陰極為正高壓(約+1000V)，相對于地電位的可調范圍為177。50V。由于示波管各電極電流很小，可以用公共高壓經電阻分壓器供電。影響屏幕的控制機構有：——輝度輝度控制用來調節(jié)波形顯示的亮度。本書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調節(jié)輝度。當電子束移動得比較快時，熒光物質受到激勵的時間就變短，因此必須增加輝度才能看清軌跡。相反，當電子束移動緩慢時，屏幕上的光電變得很亮，因此必須減小輝度以免熒光物質被燒壞。從而延長示波管的壽命。對于屏幕上的文字部分，另有單獨的輝度控制機構?！劢咕劢箍刂茩C構用來控制屏幕上光點的大小，以便獲得清晰的波形軌跡。有些示波器，例如本書用作示例的示波器上，聚集也是由示波器自己進行最佳控制的，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。另外也提供手動調節(jié)的聚集控制。——掃描旋轉這個控制機構使X周掃描線和水平標尺線對齊。由于地球的磁場在各個地方是不同的，這將會影響示波器顯示的掃描線。掃跡旋轉功能就用來對此進行補償。掃描旋轉功能是預先調好的，通常只需要在示波器搬動后再行調節(jié)?！獦顺哒彰鳂顺吡炼瓤梢詥为毧刂?。對于屏幕攝影或弱光線條件下工作時非常有用?！猌調制掃描的輝度可以用電氣的方法通過一個外加的信號來改變。這對于由外部信號產生水平偏轉以及使用X—Y顯示方式來尋找頻率關系的應用中是十分有用的。此信號輸入端通常是示波器后面板上的一個BNC插座。2． 波形顯示原理1） Y偏轉板加正弦波信號電壓，X偏轉板加鋸齒波電壓，熒光屏上將顯示出被測信號隨時間變化的一個周期的波形曲線，（a）所示。2）顯示任意兩個變量之間的關系 示波器兩個偏轉板上都加正弦電壓時顯示的圖形稱為李沙育（Lissajous）圖形，這種圖形在相位和頻率測量中常會用到。 若兩信號的初相相同，且在X、Y方向的偏轉距離相同，在熒光屏上畫出一條與水平軸呈45度角的直線,（b）所示。若兩信號的初相相差90度，且在X、Y方向的偏轉距離相同，在熒光屏上畫出的圖形為圓，（c）所示(a) (b) (c) 顯示任意兩個變量之間的關系3. 掃描的概念 如果在X偏轉板上加一個隨時間線形變化的電壓，垂直偏轉板不加電壓，那么光點在水平方向的偏移距離為 ，比例系數(shù)Sx稱為示波管的X軸偏轉靈敏度。光點在鋸齒波作用下掃動的過程稱為“掃描”，能實現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點自左向右的連續(xù)掃動稱為“掃描正程”，自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點的過程稱為“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個周期的被測信號波形。 如果掃描電壓周期Tx與被測電壓周期Ty保持Tx=nTy的關系，則稱掃描電壓與被測電壓“同步”。 （2）Tx≠nTy(n為正整數(shù))，即不滿足同步關系時，顯示的波形不穩(wěn)定。 5．掃描過程的增輝 為了使回掃產生的波形不在熒光屏上顯示，可以設法在掃描正程期間，給示波器增輝,若不增輝將產生如圖的回掃線。二. 示波器的基本組成從上一小節(jié)可以看出，只要控制X軸偏轉板和Y軸偏轉板上的電壓，就能控制示波管顯示的圖形形狀。我們知道，一個電子信號是時間的函數(shù)f(t)，它隨時間的變化而變化。因此，只要在示波管的X軸偏轉板上加一個與時間變量成正比的電壓，在y軸加上被測信號(經過比例放大或者縮小)，示波管屏幕上就會顯示出被測信號隨時間變化的圖形。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信號①接到“Y輸入端，經Y軸衰減器適當衰減后送至Y1放大器(前置放大)，推挽輸出信號②和③。經延遲級延遲Г1時間，到Y2放大器。放大后產生足夠大的信號④和⑤，加到示波管的Y軸偏轉板上。為了在屏幕上顯示出完整的穩(wěn)定波形，將Y軸的被測信號③引入X軸系統(tǒng)的觸發(fā)電路，在引入信號的正(或者負)極性的某一電平值產生觸發(fā)脈沖⑥，啟動鋸齒波掃描電路(時基發(fā)生器)，產生掃描電壓⑦。由于從觸發(fā)到啟動掃描有一時間延遲Г2，為保證Y軸信號到達熒光屏之前X軸開始掃描，Y軸的延遲時間Г1應稍大于X軸的延遲時間Г2。掃描電壓⑦經X軸放大器放大，產生推挽輸出⑨和⑩，加到示波管的X軸偏轉板上。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關將Y軸輸入的兩個不同的被測信號分別顯示在熒光屏上。由于人眼的視覺暫留作用，當轉換頻率高到一定程度后，看到的是兩個穩(wěn)定的、清晰的信號波形。示波器中往往提供一個精確穩(wěn)定的方波信號發(fā)生器，供校驗示波器用。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、型號很多，功能也不同。數(shù)字電路實驗中使用較多的是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實驗中的常用功能。 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?shù)仉娫措妷?，如果不相符合，則嚴格禁止使用！2)、面板一般功能檢查A．將有關控制件按下表置位初部設置：控制件名稱作用位置控制件名稱作用位置亮　　度適中輸入耦合DC聚　　焦光跡清晰掃描方式自動位　　移居中極　　性（＋）或（－）垂直方式CH1SEC/DIVVOLTS/DIV觸發(fā)源CH1微　　調逆時針旋足耦合方式AC常態(tài)B．接通電源，電源指示燈亮，稍預熱后，屏幕上出現(xiàn)掃描光跡，分別調節(jié)亮度、聚焦、輔助聚焦、跡線旋轉、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探極將校正信號輸入至CH1輸入插座。D．調節(jié)示波器有關控制件，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”，內觸發(fā)源置于“CH2”，重復D操作。3)、垂直系統(tǒng)的操作A．垂直方式的選擇當只需觀察一路信號時，將“垂直方式”開關置“CH1”或“CH2”，此時被選中的通道有效，被測信號可從通道端口輸入。當需要同時觀察兩路信號時，將“垂直方式”開關置“交替”，該方式使兩個通道的信號被交替顯示，交替顯示的頻率受掃描周期控制。當掃速低于一定頻率時，