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电工仪外与衡量(第四版)第八章

电工仪表

  电工仪表与测量(第四版)第八章_工学_高等教育_教育专区。电工仪表与测量(第四版)为中国劳动社会保障出版社出版的中职课程课件

  第八章 常用电子仪器 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第一节 低频信号发生器 ? 低频信号发生器是用来产生标准低频正 弦信号的一种电子仪器。作为测试用的 信号源,能根据需要输出正弦波音频电 压或功率,供电气设备或电子线路的调 试及维修时使用。 一、低频信号发生器的组成及原理 ? XD2型低频信号发生器为全晶体管化仪 器,可以产生1Hz到1MHz的正弦波信号。 输出信号的幅度大于5V,功率消耗小于 20W。 ? 缺点:输出阻抗随衰减值的不同而改变。 低频信号发生器基本组成方框图 振荡器 ? 目前低频信号发生器中 应用最多的是RC文氏 桥式振荡电路。 ? 该振荡器由一个RC选 频网络的正反馈电路和 两级阻容耦合放大电路 组成。 ? 该振荡器的输出频率完 全由RC来决定。 射极输出器的作用 ? 利用射极输出器将振荡器与输出部分隔 离开,防止因负载的变动而影响振荡器 的稳定,起到隔离作用. ? 利用射极输出器作阻抗变换,以提高其 带负载的能力。 衰减器 ? 作用:将输出信号幅度调 节到所需要的数值。 ? 低频信号发生器的输出电 压调节一般需要同时采用 连续调节和步进调节,以 获得合适的输出信号幅度。 ? 电压表 可以指示出信号电压的大小。 ? 稳压电源 直流稳压电源是供给振荡 器和放大器的电源。 二、XD2型低频信号发生器面板布置 电 压 表 频率 旋钮 输出 端钮 电源开关 指示灯 保险管 阻尼开关 频率范围 输出细调 输出衰减 三、XD2型低频信号发生器的使用方法 1.仪器通电之前,应先检查电源的进线.开机前,应将“电压调节”旋钮旋至最小, 输出信号用电缆从“电压输出”插口引出。 3.接通电源开关,将“波段”旋钮置于所需挡 位,调节“频率”旋钮至所需输出频率(由频 率旋钮上可以观察输出频率)。 4.按所需信号电压的大小,调节“输出细调” 旋钮,电压表即可指示出输出电压值。 思考与练习 ? ? ? ? 低频信号发生器主要有哪些用途? 低频信号发生器为什么要采用RC文氏 电桥振荡器?其基本组成是什么? 低频信号发生器中的功率放大器为什么 要采用射极输出器输出? 简述低频信号发生器的使用方法。 返回章目录 第二节 通用示波器的组成及原理 一、普通示波器的组成 ? 普通示波器主要由示波管、Y轴偏转系统、X轴偏 转系统、扫描及整步系统、电源等五部分组成。 名称 示波管 Y轴 偏转系统 X轴 偏转系统 扫描及 整步系统 电源 组成及作用 它是示波器的核心。其作用是把所需观测的电信号 变换成发光的图形 由衰减器和Y轴放大器组成,其作用是放大被测信 号 由衰减器和X轴放大器组成,作用是放大锯齿波扫 描信号或外加电压信号 扫描发生器的作用是产生频率可调的锯齿波电压。 整步系统的作用是引入一个幅度可调的电压,来控 制扫描电压与被测信号电压保持同步,使屏幕上显 示出稳定的波形 由变压器、整流及滤波等电路组成,作用是向整个 示波器供电 普通示波器的组成及各部分的作用 二、普通示波器的工作原理 示波管的基本结构 电子枪的组成及各部分的作用 名称 灯丝 阴极 用于加热阴极 表面涂有氧化物的金属圆筒,在灯丝加热作用 下能够发射电子 组成及用途 顶部开有小孔的金属圆筒,其上加有比阴极低 电 的负电压。调节控制栅极的负电压高低,可以 子 控制栅极 控制通过小孔的电子束强弱,从而改变荧光屏 枪 上光点的亮度 第一阳极 两个圆形金属筒,其上加有对阴极来说为正的 电压。它们的作用有二:一是吸引由阴极发射 和 第二阳极 来的电子,使之加速;二是使电子束聚焦 示 波 原 Y偏转板加直流电压后使电子束发生偏转 波 形 显 示 原 理 波形的稳定条件 ? 如果锯齿波扫描电压周期是被测信号周期的整 数倍,荧光屏上会稳定地显示出若干个被测信 号的波形。 ? 为达到上述目的,调节扫描电压的频率可以通 过调节示波器面板上的“时间因数”旋钮(有 的示波器称“扫描范围”)和“扫描微调”旋 钮来实现。 思考与练习 ? 普通示波器主要有哪几部分组成?各部 分作用是什么? ? 示波器的核心是什么?它有几部分组成? ? 荧光屏上出现稳定波形的前提是什么? 返回章目录 第三节 双踪示波器的组成及原理 一、双踪示波器的基本原理 双踪示波器的Y轴偏转系统 电子开关(Y工作方式)的五种工作状态: ? 当电子开关处于“CH1”状态时,CH1通道开通, 屏幕上只能显示CH1通道的波形。 ? 当电子开关处于“CH2”状态时,CH2通道开通, 屏幕上只能显示CH2通道的波形。 ? 当电子开关处于“CH1+CH2”状态时,电子开 + 关不工作。这时,两路信号同时通过门电路和 放大器,屏幕上显示两路信号叠加后形成的波 形。 ? 在“交替 交替”状态时,电子开关产生一个方波信 交替 号,当方波在“1”电平时,门电路只让CH1通 道的信号通过;当方波在“0”电平时,门电路 只让CH2通道的信号通过。这种工作状态只适 用显示频率较高的信号波形。 ? 当处于“断续 断续”状态时,电子开关不受扫描信 断续 号的控制,产生固定频率为250kHz的方波信号。 电子开关即以这个频率进行自动转换,轮流接 通两个通道。适合于显示频率较低的信号。 注意: 上述“交替”和“断续”两种方式都属于“双踪”显 示的范围。 二、双踪示波器的组成部分 探头结构 探头等效电路 探头外形 校准信号发生器 ? 校准信号发生器用来产生频率为1kHz、 幅度为0.5Vp-p的标准方波电压。 ? 标准信号的作用是用来测量被测信号电 压的幅度,或者用来校准扫描速度。 思考与练习 ? 双踪示波器与普通示波器相比有哪些不 同? ? 双踪示波器中的电子开关有哪几种工作 状态?适用于什么场合? ? 双踪示波器中的探头有哪些作用? ? 触发扫描与连续扫描有什么不同? 返回章目录 第四节 双踪示波器的使用方法 一、XC4320B型双踪示波器 XC 4320型双踪示波器的前面板图 二、双踪示波器的使用方法 ? 测量前的准备工作: 1. 显示扫描线:将电源线插头插入电源插座之前, 按下表设置仪器的开关旋钮及控制开关。 开关名称 电源开关 辉度 Y轴工作方式 垂直位移 V/Div 垂直微调 断开 相当于时钟“3”点位置 CH1 中间位置,推进去 10mV/Div 位置设置 开关名称 触发源 耦合选择 电平 释抑 T/Div CH1 AC 锁定(逆时针旋到底) 常态(逆时针旋到底) 0.5ms/Div 校准(顺时针旋到底),推入 中间位置 位置设置 校准(顺时针旋到底), 水平微调 推入 水平位移 AC―⊥―DC 接地⊥ 2. 打开电源:调节辉度和聚焦旋钮,使扫 描基线. 一般情况下,将垂直微调和扫描微调旋 钮处于“校准”位置。 4. 调节CH1垂直移位:使扫描基线设定在屏 幕的中间,若此光迹在水平方向略微倾斜, 调节光迹旋转旋钮可使光迹与水平刻度线. 校准探头:由探头输入方波校准信号到 CH1输入端,将0.5VP-P校准信号加到探头 上。将“AC-⊥-DC”开关置于“AC”位置, 校准波形将显示在屏幕上。 测量信号的步骤 ? 将被测信号输入到示波器通道输入端。注意输 入电压不可超过400V(DC+ACP-P)。使用探 头测量大信号时,必须将探头衰减开关拨到 ×10位置,此时输入信号缩小到原值的1/10, 实际的V/Div值为显示值的10倍。 ? 如果V/Div置于0.5V/Div,那么实际值应等 于0.5V/Div×10=5V/Div。测量低频小信号 时,可将探头衰减开关拨到×1位置。 探头的使用 ? 选择各旋钮的位置,使信号正常显示在 荧光屏上,记录测量的读数或波形。测 必须注意将Y轴增益微调和X 量时必须注意将Y轴增益微调和X轴增益 微调旋钮旋至“校准” 微调旋钮旋至“校准”位置。 ? 根据记下的读数进行分析、运算、处理, 得到测量结果。 三、双踪示波器在电气测量中的应用 ? 利用示波器所做的任何测量,最终都归 结为对电压的测量。 ? 直接测量法:直接从屏幕上测量出被测 电压波形的高度,然后换算成电压值。 特别注意 ? 定量测试电压时,一般把Y轴灵敏度开关 的微调旋钮转至“校准”位置上,这样, 就可以从“V/Div”的指示值和被测信号 占取的纵轴坐标值直接计算出被测电压 值,因此直接测量法又称为标尺法。 交流电压的测量 ? 将Y轴输入耦合开关置于“AC”位置,显示出 输入波形的交流成分。如交流信号的频率很低 时,应将Y轴输入耦合开关置于“DC”位置。 ? 将被测波形移至屏幕的中心位置,用“V/Div” 开关将被测波形控制在屏幕有效工作范围内, 按坐标分度尺的分度读取整个波形在Y轴方向 的度数H,则被测电压的峰-峰值(Vp-p)就等 于“V/Div”开关指示值与H的乘积,如果使用 探头测量时,应把探头的衰减量计算在内,即 把上述计算数值乘以10。 正弦电压的测量 ? 示波器的Y轴偏转因数置于“1V/Div”挡, 被测波形在Y轴的幅度H为6Div,则该信号的 峰-峰值为 ? Vp-p=6Div×1V/Div=6V ? 最大值为 Um=3Div×1V/Div=3V Um 3 = ≈ 2.12 V ? 有效值为 U = 2 2 ? 如果测试时Y轴输入端采用了10:1衰减的探 头,则U=2.12×10=21.2V 直流电压的测量 ? 将Y轴输入耦合开关置于“⊥”位置,触发方 式开关置“自动”位置,使屏幕显示一水平扫 描线,此扫描线便为零电平线。 ? 将Y轴输入耦合开关置“DC”位置,加入被测 电压,此时,扫描线在Y轴方向产生跳变位移 H,被测电压即为“V/Div”开关指示值与H的 乘积。 时间和周期的测量 ? 将示波器的扫描时间因数开关“T/Div” 的“微调”旋钮转到“校准”位置,显 示的波形在水平方向分度所代表的时间 按“T/Div”开关的指示值才能直接计算, 从而准确地求出被测信号的时间参数。 ? 脉冲参数的测量 测量上升沿时可调整脉冲幅度, 使其占5Div,并使10%和90% 电平处于网格上。 测量脉冲宽度时,可将脉冲幅 度调整到占6Div,这时50%电 平也恰在网格线上。 测量脉冲幅度时,适当调整 “V/Div”,使显示的波形较 大。 ? 周期的测量 若已知扫描偏转因数为 1?s/Div 则该正弦波的周期为 T=4 Div×1?s/Div=4?s 由此可计算出该波形的频率为 1 1 f = = = 250000Hz = 250kHz ?6 T 4 × 10 ? 相位的测量 在CH1、CH2分别输入两个正 弦波电压,显示开关置于“交 替”位置,调节“Y移位”, 使两个电压波形对称于水平中 心轴。若相位差角度为? 图中,Xac=2Div 则 即电压A超前B电压90°。 Xab=8Div 思考与练习 ? ? ? ? 使用双踪示波器前应做哪些准备工作? 如何用双踪示波器测量交流电压? 如何用双踪示波器测量脉冲参数? 如何用双踪示波器测量交流电的周期和 频率? ? 如何用双踪示波器测量两个同频交流电 的相位差? 返回章目录 第五节 晶体管特性图示仪 晶体管特性图示仪 ? 晶体管特性可用于测量: –PNP型和NPN型三极管的输入特性、输出特性 和电流放大特性; –各种反向饱和电流,各种击穿电压; –各类晶体二极管的正反向特性; –场效应管的各种参数。 另外,通过开关的转换,能迅速比较两只 晶体管的同类特性。 一、晶体管特性图示仪的组成及原理 集电极扫描电压发生器 ? 作用:产生集电极扫描电压,它是正弦半波波 形,幅值可以调节,用于形成水平扫描线。 集电极扫描电压发生器 ? 对集电极扫描电压的要求: – 能够从小到大,再从大回到小的重复连续变 化。 – 扫描的重复频率要足够快,以免显示出来的 曲线闪烁不定。 – 扫描电压的最大值要能根据被测晶体管的要 求在几百伏范围内进行调节。 基极阶梯信号发生器 ? 作用:产生基极阶梯电流信号,阶梯的高度可以调 节,用于形成多条曲线簇。 ? 基极阶梯电压由阶梯信号发生器提供。阶梯信号发 生器作为基极电源,产生基极源电压。 同步脉冲发生器 ? 作用:产生同步脉冲,使上述两信号达 到同步。 X轴放大器和Y轴放大器 ? 作用:把从被测元件上取出的电压信号 进行放大,然后送至示波管的相应偏转 板上,以形成扫描曲线。 示波管及控制电路 ? 与通用示波器的电路基本相同。 电源 ? 为仪器提供各种工作电源,包括低压电 源和示波管所需的高压电源。 ? 实际使用时,根据需要显示的特性曲线,将集 电极扫描电压和阶梯信号电压分别加在示波器 的X偏转板和Y偏转板上,就能显示所需要的 特性曲线。 晶体三极管输 出特性曲线型晶体管特性图示仪面板布置图 Y轴作用 X轴作用 示波管及 控制部分 显示部分 阶梯信号 集 电 极 电 源 测试台 示波管及控制部分 ? 辉度调节旋钮 用于调节曲线的亮度。 ? 聚焦调节旋钮 用于调节曲线的清晰度。 ? 辅助聚焦旋钮 用于聚焦的辅助调节。 X轴作用 ? X轴选择开关 包括: ①集电极电压 从0.05V/Div~50 V/Div分为10 挡. ②基极电压 从0.05V/Div~1 V/Div分为5挡. ③基极电流或基极源电压 只有1挡。 ④外接 是为了扩展测试范围而设置的,只有1挡。 ? Y轴增益 用于连续调节垂直幅度。 ? Y轴位移 用于图形垂直方向移动。 Y轴作用 ? X轴选择开关 是一个具有22挡,4种作用的旋转 开关,它包括: – 集电极电流 从10?A/Div~0.5A/Div分为15挡 – 二极管反向漏电流 从0.2?A/Div~5?A/Div分为5挡 – 基极电流或基极源电压 只有一挡 – 外接 是为了扩展测试范围而设置的,只有一挡 ? X轴增益 用于连续调节水平幅度。 ? X轴位移 用于图形水平方向移动。 显示部分 ? 显示开关 是一个3挡按键开关,用于显示选择: 转换——使图像在I,Ⅲ象限内相互转换,以简 化NPN管转为测PNP管的操作。 接地——使放大器输入接地,以显示输入为零 的基准点。 校准——对X,Y放大器进行标度校正。 集电极电源 ? 峰值电压范围 是一个4挡开关,共分为0~10V、 0~50V、0~100V和0~500V4挡,用于选择测 试所需的集电极最高电压值。 ? 电压极性 用于改变集电极扫描电压的极性,极 性的选择取决于被测器件。当测量共发射极特 性曲线时,NPN型用“+”极性,PNP型用“-” 极性。 ? 峰值电压调节旋钮 可以在所选择的电压范围 内连续调节集电极电压。 ? 功耗限制电阻 作用是限制集电极功耗,保护 被测晶体管,也可作为集电极负载电阻。 ? 电容平衡调节 测试前应调节电容平衡,使容 性电流减至最小。 ? 辅助电容平衡 是专门针对集电极变压器二次 绕组对地电容的不对称,而再次进行电容平衡 调节。 ? 电源保险丝 为220V交流输入的保险丝,容量 为1A。 基极阶梯信号 ? 阶梯信号选择开关 它是一个具有22挡,两种作 用的开关。基极电流从0.2?A~50mA 共17挡, 基极源电压从0.05V/级~1 V/级共5挡。 ? 极性开关 用于改变基极阶梯信号的极性:发射 NPN PNP 极接地时,NPN型用“+”极性,PNP型用“-” 极性;基极接地时,NPN型用“-”极性,PNP NPN PNP 型用“+”极性。 ? 级/簇调节 用于调节阶梯信号的级数,在0~ 10范围内连续可调。 ? 阶梯调零 用于调节阶梯信号的零位,测试前应 先进行零位校准。 ? 重复开关 在需要观察被测管特性曲线族时, 此开关应置于“重复”位置。 ? 单簇按钮 将单簇按钮按下一次,只输出一级 阶梯信号,相应显示一条曲线,这便于瞬时测 量被测管各项极限参数,避免损害被测管。使 用单簇按钮时,应预先调好电压(电流)/级, 使用时出现一次阶梯信号后电路即回到待触发 位置。 ? 串联电阻 用于调节基极串联电阻,其作用是 将基极输入电压变化转变为电流变化。 测试台 ? 测试选择开关 是一个5挡按键开关,用于器件选择: “左”或“右”分别按下时,为左、右两个被测 管单独观测。 “两簇”按下时,可以同时观测左右两个被测管。 “零电压”按下时,可进行阶梯信号的零位校准。 “零电流”按下时,使被测管的基极处于开路状 态,可进行ICEO的测量。 ? 器件插座 测试时用来插入被测器件,适用于测试 中小功率晶体管。 ? 测试接线柱 适合测试大功率晶体管。 XJ4810型晶体管特性图示仪 的测试台 测试 选择 测试 插座 二、晶体管特性图示仪的使用 使用前的调整 开启电源开关。指示灯亮,预热5min。 调节辉度、聚焦、辅助聚焦旋钮,使屏幕 上显示清晰的光点或线条。 根据被测晶体管的特性和测试条件的要求, 把X轴作用、Y轴作用、基极阶梯信号各 部分开关、旋钮都调到相应的位置上。 进行基极阶梯信号调零。 晶体管特性图示仪的使用注意事项 ? 对阶梯信号选择、功耗限制电阻、峰值电压范 围三个旋钮,使用时应特别注意,若使用不当 会损坏被测晶体管。 ? 测试晶体管的极限参数、过载参数时,应采用 单簇阶梯信号,以防过载损坏被测器件。 ? 晶体管特性测试仪使用完毕,应随即关断电源, 并使仪器各开关旋钮复位。此时应将“峰值电 压范围”开关置于(0~10)V挡,“峰值电压 调节”旋到零位,“阶梯信号选择”开关置于 “关”挡,“功耗限制电阻”置于10k 以上位 置。 三、晶体管特性图示仪测试实例 二极管正向特性的测试 各开关旋钮位置: 0~10V 峰值电压范围:0~10V 功耗限制电阻:250 扫描电压极性:(+) X轴作用:0.1V/度 Y轴作用:10mA/度 二极管的连接方法 阶梯作用:关 三、晶体管特性图示仪测试实例 二极管正向特性的测试 各开关旋钮位置: 峰值电压范围:0~10V 0~10V 功耗限制电阻:250 扫描电压极性:(+) X轴作用:0.1V/度 Y轴作用:10mA/度 阶梯作用:关 二极管的正向特性曲线 二极管反向特性的测试 各开关旋钮位置: 峰值电压范围:0~500V 功耗限制电阻:10k 扫描电压极性:(-) X轴作用:20V/度 Y轴作用:1?A/度 阶梯作用:关 二极管的反向特性曲线 二极管反向特性的测试 各开关旋钮位置: 峰值电压范围:0~500V 功耗限制电阻:10k 扫描电压极性:(-) X轴作用:20V/度 Y轴作用:1?A/度 阶梯作用:关 二极管的反向特性曲线 稳压管的测试 各旋钮位置: 峰值电压范围:0~10V 功耗限制电阻:5k X轴作用:集电极电压5V/度 Y轴作用:集电极电流1mA/度 稳压管的连接方法 稳压管的测试 稳压管的特性曲线 三极管输出特性曲线的测试 各开关旋钮位置: 峰值电压范围:0~10V 极性:正(+) 功耗限制电阻:250 X轴作用:集电极电压0.5V/度 Y轴作用:集电极电流1mA/度 阶梯信号:重复 阶梯极性:正(+) 阶梯选择: 20?A/级 三极管的连接方法 三极管输出特性曲线输出特性曲线 三极管hFE的测试 各开关旋钮位置: 峰值电压范围:0~10V 极性:正(+) 功耗限制电阻:250 X轴作用:基极电流 Y轴作用:集电极电流1mA/度 阶梯信号:重复 阶梯极性:正(+) 阶梯选择: 20?A/级 三极管的连接方法 三极管hFE的测试 三极管的电流放大特性曲线 三极管输入特性曲线的测试 各开关旋钮位置: 峰值电压范围:0~10V 极性:正(+) 功耗限制电阻:100 X轴作用:0.1V/度 Y轴作用:基极电流或基极源电压 阶梯信号:重复; 阶梯极性:正(+) 阶梯选择:0.1mA/级 三极管输入特性曲线的测试 三极管的输入特性曲线 两只同极性三极管特性曲线比较 各旋钮位置: 峰值电压范围:0~10V 极性:正(+) 功耗限制电阻:250 X轴集电极电压:0.1V/度 Y轴集电极电流:1mA/度 阶梯信号:重复 两只三极管的连接方法 阶梯极性:正(+) 阶梯选择:10?A/级 两只同极性三极管特性曲线比较 两只三极管的特性比较 思考与练习 ? 晶体管特性图示仪的用途有哪些? ? 晶体管特性图示仪主要由哪几部分组成? 各部分的作用是什么? ? 晶体管特性图示仪对集电极扫描电压的要 求是什么? ? 简述用晶体管特性图示仪测试三极管输出 特性曲线的步骤。 返回章目录

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