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常用电子仪器维修

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标    签: 电子仪器维修

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文档简介

本书较全面地介绍了指针式万用表、数字万用表、电子电压表、信号发生器、数字频率计、示波器、半导体管图示仪、直流稳压电源等,常用电子仪器仪表的基本原理、维修方法及维修示例。为便于广大初学者学习这些仪器仪表的维修技术,本书还简要介绍了电路及电子技术、电气维修基本工艺、电子仪器维护与选用、维修常用基本方法等内容。  

本书主要面向初学电子仪器维修的维修人员,同时也可作为部队、厂矿、院校从事电子仪器维修的技术人员的参考书籍

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常用电子仪器维修 毛端海 戚堂有 李忠义 编著 机械工业出版社 本书较全面地介绍了指针式万用表、数字万用表、电子电压表、信号 发生器、数字频率计、示波器、半导体管图示仪、直流稳压电源等常用电 子仪器仪表的基本原理、维修方法及维修示例。为便于广大初学者学习这 些仪器仪表的维修技术,在本书前五章简要介绍了电路及电子技术、电气 维修基本工艺、电子仪器维护与选用、维修常用基本方法等内容。 本书主要面向初学电子仪器维修的维修人员,同时也可作为部队、厂 矿、院校从事电子仪器维修的技术人员的参考书籍。 图书在版编目 (CIP) 数据 常用电子仪器维修/毛端海等编著—北京:机械工业出版社, 200410 ISBN7111152492 Ⅰ常… Ⅱ毛… Ⅲ电子仪器—维修 ⅣTM9307 中国版本图书馆 CIP数据核字 (2004) 第093070号 机械工业出版社 (北京市百万庄大街22号 邮政编码100037) 责任编辑:曾 红 版式设计:张世琴 责任校对:张晓蓉 封面设计:陈 沛 责任印制:石 冉 北京中兴印刷有限公司印刷 · 新华书店北京发行所发行 2005年1月第1版第1次印刷 787mm×1092mm1/16·205印张 ·502千字 0001—4000册 定价:3500元 凡购本书,如有缺页、倒页、脱页,由本社发行部调换 本社购书热线电话 (010)68993821、88379646 68326294、68320718 封面无防伪标均为盗版 前言 电子测试仪器仪表是工厂、部队、院校和科研院所等必备的设备。一些常 用的电子仪器仪表由于使用频繁、工作时间长,难免发生各种故障,而目前电 子仪器仪表的维修还没有形成行之有效的服务网络,因而各单位基本上都是采 取以自修为主、送修为辅的维修方式。考虑到诸如中小厂矿、基层部队等单位 专业维修人员较少、维修技术水平相对较低、资料缺乏的实际情况,本书将电 工电子技术基本知识、电气维修工艺、电子仪器维护使用及维修等诸多内容汇 集一书,目的就是便于业余电气维修爱好人员从基本知识开始自学电子仪器维 修的基本技术。 本书共13章,包括电子技术基础知识、电子仪器维修基本工艺、电子仪器 维护的基本 知 识、 检 查 电 子 仪 器 故 障 原 因 的 基 本 方 法、 测 试 仪 器 的 选 用 方 法、 指针式万用表的检修、电子电压表的检修、电子示波器的检修、半导体管特性 图示仪的检修、数字万用表的检修、信号发生器的检修、直流稳压电源的检修、 数字频率计的检修。 本书第1、2、8、9章由毛端海编写,第3~7章及第13章由戚堂有编写, 第10~12章由李忠义编写,全书由毛端海统稿。本书编写过程中得到了刘光斌 教授的大力支持。此外,本书是王汉功教授主编的维修丛书之一,他对该书始 终给予了高度关注和支持。在此衷心地感谢两位教授的关心和帮助。 编者 序 现代战争既是装备与装备、系统与系统之间的激烈对抗,也是装备技术保障能力的较 量。武器装备交付部队后,能否真正形成战斗力,除加强部队训练,使指战员熟练掌握武器 装备性能,正确使用和灵活运用外,大量工作是靠对武器装备实施维修和管理,使其随时保 持良好的技术状态。因此,从这个意义上讲,装备维修是部队战斗力极其重要的组成部分。 二炮的武器装备集光、机、电、液多种高新技术于一体,结构复杂,故障率高,对维修 的依赖性大,对维修人员的素质具有特殊的要求。他们应该是思维敏捷、知识面宽、技术精 湛的新型维修工程技术人才,不仅要熟悉装备的结构原理,熟练掌握故障的分析判断方法和 维修技能,而且要具备现代维修理论和多种学科知识。加强新型维修工程技术人才的培养, 既是二炮装备工作加快发展的迫切需要,也是二炮部队战斗力形成与提高的紧迫要求,必须 引起各级装备部门的高度重视。 为了加快二炮维修工程技术人才的培养,提高维修人员的理论水平和实际技能,二炮装 备部综合计划部委托二炮工程学院王汉功教授主持编写了这套导弹武器装备维修工程丛书。 丛书打破了具体型号的界限,按专业技术门类编写为:《修复工程学》、《内燃机维护与修 理》、《弹道导弹瞄准光学设备检定与维修》、《常用电子仪器维修》、《液压系统维护与修理》 等。丛书既有基础理论,又有针对性较强的专业技术;既有理论分析,又有具体实例,内容 基本涵盖了导弹武器的各类技术装备,是一套理论性、实用性较强的维修工程丛书。 该丛书的出版发行,为院校和部队维修工程技术人才的培养提供了一套较好的教材。希 望从事装备维修的工程技术人员,要认真学习,不断提高维修理论和维修技术水平,为二炮 武器装备现代化建设做出新的更大的贡献。 值此丛书出版发行之际,谨向为丛书编写而付出辛勤劳动的同志们致以衷心的感谢! 目录 前言 第1章 电子技术基础知识 ……………… 1 11 电路分析基础 …………………………… 1 111 电路的基本概念及模型 …………… 1 112 电路的基本定律 …………………… 2 113 直流电路的基本分析方法 ………… 3 114 电路定理 …………………………… 7 115 电路中的谐振 …………………… 10 12 基本放大电路 ………………………… 12 121 基本放大电路的性能指标 ……… 12 122 共发射极基本放大电路 ………… 13 123 共集电极基本放大电路 ………… 15 124 共基极基本放大电路 …………… 16 13 多级放大电路及其频率特性 ………… 16 131 多级放大电路的耦合方式 ……… 16 132 多级放大电路的电压放大倍数 …… 17 133 多级放大电路的输入输出电阻 …… 18 134 多级放大电路的频率特性 ………… 19 14 负反馈放大电路 ……………………… 19 141 负反馈的概念及分类 …………… 19 142 负反馈对放大电路性能的影响 …… 21 143 多级负反馈放大电路 …………… 21 15 集成运算放大电路 …………………… 22 151 运算放大电路的构成及特点 …… 22 152 运算放大电路的基本接法及 性能 ……………………………… 23 153 运算放大电路的典型应用 ……… 24 16 数字电路基础知识 …………………… 26 161 基本逻辑门电路 ………………… 26 162 逻辑代数的基本概念 …………… 27 17 组合逻辑电路分析 …………………… 29 171 组合逻辑电路的分析方法 ……… 29 172 组合逻辑电路的一般设计方法 …… 30 173 编码器 …………………………… 31 174 译码器 …………………………… 32 18 时序逻辑电路分析 …………………… 33 181 时序逻辑电路的分析方法 ……… 33 182 触发电路 ………………………… 33 183 寄存器 …………………………… 36 184 计数器 …………………………… 37 第2章 电子仪器维修基本工艺 ………… 39 21 线束制作工艺 ………………………… 39 211 概述 ……………………………… 39 212 扎线图和工艺排线表 …………… 41 213 续线法扎线的工艺过程 ………… 42 214 线头处理方法 …………………… 45 215 线束的修理 ……………………… 49 22 手工烙铁焊接工艺 …………………… 49 221 焊接工具 ………………………… 49 222 焊料、焊剂 ……………………… 53 223 锡焊应具备的条件 ……………… 56 224 焊接前的准备 …………………… 57 225 手工锡焊技巧 …………………… 60 226 拆焊 ……………………………… 65 第3章 电子仪器维护的基本知识 …… 67 31 概述 …………………………………… 67 32 电子仪器维护基本措施 ……………… 68 33 电子仪器使用注意事项 ……………… 72 34 电子仪器检修的一般程序 …………… 74 35 电子仪器修理室的装备条件 ………… 75 第4章 检查电子仪器故障原因的 基本方法 …………………………… 78 41 观察法 ………………………………… 78 42 测量电压法 …………………………… 79 43 测量电阻法 …………………………… 79 44 测量电流法 …………………………… 80 Ⅵ 45 波形观测法 …………………………… 80 46 信号寻迹法 …………………………… 80 47 信号注入法 …………………………… 81 48 旁路法 ………………………………… 81 49 分割法 ………………………………… 81 410 替代比较法 …………………………… 81 第5章 测试仪器的选用方法 …………… 83 51 电压测试仪器的选用方法 …………… 83 52 电流测试仪器的选用方法 …………… 85 53 电路元件测试仪器的选用方法 ……… 86 54 电子器件测试仪器的选用方法 ……… 88 55 信号波形参数测试仪器的选用 方法 …………………………………… 100 56 信号发生器的选用方法 ……………… 102 57 稳压电源的选用方法 ………………… 103 第6章 指针式万用表的检修 ………… 105 61 概述 …………………………………… 105 62 万用表的基本原理 …………………… 106 621 直流电流测量原理 ……………… 106 622 直流电压测量原理 ……………… 109 623 交流电压测量原理 ……………… 110 624 电阻测量原理 …………………… 113 625 电平测量原理 …………………… 116 63 万用表的检修程序 …………………… 119 64 表头的一般整修 ……………………… 120 65 万用表常见故障检修实例 …………… 123 66 万用表的使用与维护 ………………… 126 第7章 电子电压表的检修 …………… 128 71 概述 …………………………………… 128 72 电子电压表的基本原理 ……………… 130 73 电子电压表的检修程序 ……………… 132 74 电子电压表常见故障检修 实例 …………………………………… 133 75 电子电压表的使用与维护 …………… 137 第8章 电子示波器的检修 …………… 139 81 概述 …………………………………… 139 811 电子示波器的基本参数 ………… 139 812 示波器的分类 …………………… 141 813 电子示波器的基本结构 ………… 142 82 SR8型二踪示波器的工作原理 ……… 143 821 示波管的工作原理 ……………… 143 822 整机框图 ………………………… 146 823 Y轴偏转系统 (垂直放大 系统) …………………………… 146 824 X轴偏转系统 (时基轴扫 描系统) ………………………… 157 825 其他部分 ………………………… 166 83 SR8型二踪示波器的检修 …………… 172 831 开机烧熔丝 ……………………… 172 832 低压电源插件 …………………… 172 833 显示控制电路及高频高压 发生器 …………………………… 173 834 Y轴放大器 ……………………… 173 835 X轴放大器 ……………………… 174 836 时基触发器 ……………………… 174 837 时基发生器 ……………………… 175 838 Z轴放大器 ……………………… 175 839 电子开关 ………………………… 175 8310 校准信号 ……………………… 175 8311 故障检修实例 ………………… 175 8312 SR8型二踪示波器的 参考电位 ……………………… 177 第9章 半导体管特性图示仪的 检修 ……………………………… 179 91 概述 …………………………………… 179 92 图示仪的工作原理 …………………… 180 921 电路组成 ………………………… 180 922 阶梯信号发生器 ………………… 181 923 阶梯放大器 ……………………… 194 924 脉冲阶梯形成电路 ……………… 201 925 Y轴、X轴放大器 ……………… 203 926 集电极电源 ……………………… 206 927 测试装置控制电路 ……………… 209 93 XJ4810型图示仪的维修 ……………… 213 931 低压电源的维修 ………………… 213 932 高频高压及显示电路的维修 …… 215 933 阶梯信号电路的维修 …………… 216 934 Y轴、X轴放大器的维修 ……… 219 935 Y轴和 X轴作用选择开关的 维修 ……………………………… 221 936 集电极扫描的维修 ……………… 223 937 二簇电子开关 …………………… 225 第10章 数字万用表的检修 …………… 226 101 数字万用表的基本构成 …………… 226 1011 普通数字万用表的基本 构成 …………………………… 226 1012 单片数字万用表的基本 构成 …………………………… 227 1013 数字/模拟条图双显示数 字万用表的基本构成 ………… 228 1014 智能数字万用表的基本 构成 …………………………… 228 102 DT890C+型31/2 位数字万用表的 原理 ………………………………… 230 1021 DT890C+型数字万用表的 性能特点 ……………………… 230 1022 DT890C+型数字万用表的 电路原理 ……………………… 230 103 数字万用表的调试方法与故障 检修 ………………………………… 236 1031 数字万用表调试概述 ………… 236 1032 数字万用表的调试方法 ……… 238 1033 检修数字万用表的方法 ……… 243 104 DT890C+型数字万用表的调试 方法与故障检修 …………………… 246 Ⅶ 1141 XD1型仪器常见故障检修 …… 268 1142 XB18型仪器常见故障检修 …… 276 1143 脉冲信号发生器常见故 障检修 ………………………… 279 115 信号发生器的定量测试方法 ……… 284 第12章 直流稳压电源的检修 ………… 288 121 直流稳压电源的组成及工作 原理 ………………………………… 288 1211 概述 …………………………… 288 1212 直流稳压电源的基本组成 …… 288 1213 稳压原理及其分类 …………… 289 1214 串联式稳压电源的典型电路 … 290 1215 稳压电源的主要性能指标 …… 291 122 WY17B型晶体管稳压电源 ………… 292 1221 电路组成 ……………………… 292 1222 主要技术参数 ………………… 296 1223 使用方法和常见故障分析 …… 297 123 WYJ6B型晶体管稳压电源 ………… 298 1231 电路组成和工作原理 ………… 298 1232 电路原理图及几点说明 ……… 300 1233 主要技术性能、使用注意 事项和常见故障分析 ………… 303 124 5G14集成稳压电源 ………………… 305 1241 电路组成和工作原理 ………… 305 1242 应用举例 ……………………… 306 第11章 信号发生器的检修 …………… 251 111 概述 ………………………………… 251 112 信号发生器的基本原理 …………… 253 1121 音频信号发生器 ……………… 253 1122 高频信号发生器 ……………… 258 1123 脉冲信号发生器 ……………… 261 113 信号发生器的检修程序 …………… 267 114 信号发生器常见故障检修实例 …… 268 第13章 数字频率计的检修 …………… 309 131 概述 ………………………………… 309 132 数字频率计的基本原理 …………… 310 133 数字频率计的检修程序 …………… 315 134 数字频率计常见故障检修实例 …… 316 参考文献 ……………………………………… 318 第1章 电子技术基础知识 11 电路分析基础 111 电路的基本概念及模型 实际电路是由一些电工设备及电气、电子元器件等按一定的方式组合起来的,电路的主 要作用是进行能量转换及信号处理。在进行电路分析时,通常将实际电路用足以反映其电磁 性能的理想电路元件的组合来代替,从而构成了与实际电路相对应的电路模型。 在电路分析中用电流 (I)、电荷 (Q)、电压 (U) 或磁通 (Φ) 等物理量来描述其中 的过程,其中电流和电压是最主要的物理量。 如果在任何时刻,从具有两个端点的理想元件的某一个端点流入的电流恒等于从另一个 端点流出的电流,并且元件两个端点间的电压值也是完全确定的,则这类元件称为集总 (参 数) 元件。由集总元件构成的电路称为集总电路 (或具有集总参数的电路)。能够用集总电 路来近似实际电路的条件是实际电路的尺寸要远小于电路工作时电磁波的波长,否则就是分 布电路 (具有分布参数的电路)。 本书所涉及的电路都属于集总电路。 在电路中,电压和电流的实际方向有时很难立刻作出判断,或者电压和电流的实际方向 是在不断改变的,因此在进行电路分析时需指定一个方向作为参考方向。如果参考方向与实 际方向一致,则电流i和电压u 为正值 (即i>0,u>0),如图11和图12所示。 图11 电流参考方向与实际方向的关系 图12 电压参考方向与实际方向的关系 对一段电路或一个元件上电压的参考方向和电流 的参考方向可以独立地任意指定。如果指定电流从标 以电 压 正 极 “+” 极 性 的 一 端 流 入,并 从 标 以 负 极 “-” 极性的另一端流出,即电流的参考方向与电压的 参考方向一致,则把电流和电压的这种参考方向称为 关联参考方向,如图13所示。 图13 电流和电压的关联参考方向 2 112 电路的基本定律 电路的基本定律有三个,即欧姆定律、基尔霍夫电流定律 (KCL) 和基尔霍夫电压定律 (KVL)。 1欧姆定律 在电压和电流的关联方向下,欧姆定律可表示为 u = Ri (11) 图14 线性电阻元件 式中 R———元件的电阻。 如果电阻元件电压的参考方向与电流的参考方向相反,如图14所示,则欧姆定律应写 为 2基尔霍夫电流定律 (KCL) 首先定义几个名词: u =-Ri (12) 1) 支路:电路中能通过同一电流的每个分支叫做支路。 2) 节点:三条以上支路的连接点叫做节点。 3) 回路:电路中的任一闭合路径称为回路。 以图15为例:图中共有三条支路,a1b和a2b为含源支路,a3b为无源支路;图中a、 b为节点;共有a2b1a、a3b2a和a3b1a三个回路。 KCL是英文 Kirchhoff′sCurrentLaw 的缩写,其内容是:在集总电路中,任何时刻,对 任一节点,所有支路电流的代数和恒等于零。 通常假定流出节点电流取 “+”,流入节点的电流取 “-”。对于图15中节点a,有 -i1-i2+i3 =0,即∑i=0 (13) KCL也可描述为:在集总电路中,任何时刻,流入任一节点的支路电流必等于流出该 节点的支路电流。 KCL 可以推广到包围几个节点 的 闭 合 回 路,如 图 16 所 示, 可 以 证 明, 图 中i1 +i2 + i3 =0。 图15 具有两个电源的电路 图16 基尔霍夫电流定律的推广 3基尔霍夫电压定律 (KVL) KVL是英文 Kirchhoff′sVoltageLaw 的缩写,其内容为:在集总电路中,任何时刻,沿 3 任一回路内所有支路或元件电压的代数和恒等于零,即 ∑u =0 (14) 应用 KVL时,首先应指定回路的绕行方向,凡电压的参考方向与回路的绕行方向一致 者,在该电压前面取 “+” 号;反之,则在前面取 “-” 号。图17所示回路的 KVL可以 写为 uAB+uBC+uCD+uDE-uFE-uAF =0 或 uAB+uBC+uCD+uDE =uAF+uFE 基 尔 霍 夫 两 定 律 仅 与 元 件 的 连 接 有 关, 而与元件本身无关。不论元件是线性的还是 非线性的,时 变 的 还 是 非 时 变 的, 只 要 是 集 总电路,则 KCL和 KVL总是成立的。 113 直流电路的基本分析方法 图17 基尔霍夫电压定律 1直流电路的简化 由 非 时 变 线 性 无 源 元 件 、线 性 受 控 源 和 独 立 直 流 电 源 组 成 的 电 路 称 为 直 流 电 路 。不 太 复杂的直流电路往往可以简化成较为简单的、便于进行分析计算的电路形式。简化包括电阻 的串并联等效、电阻的 联结与△联结的等效变换、电源的串并联等效以及电源的等效变 换。 电阻的串并联等效是大家已经熟悉的,在此不再重复。 在电路中有时电阻的连接既不是串联也不是并联,如图18a所示,R1、R3 与 R4 为 联结 (星形联结);R1、R2 与 R3 为△联结 (三角形联结)。如果可以把 R1、R2、R3 的三 角形联结等效变换为由 Ra、Rb、Rc 构成的星形联结,如图18b所示,或者把 R1、R3、 R4 的星形联结等效变换成 R′a、R′b、R′c 的三角形联结,如图18c所示,则a、b间的等 图18 电阻的星形联结和三角形联结 a) 复杂联结 b) 星形联结 c) 三角形联结 4 效电阻便容易求出。 根据 KCL定律,可以推导出图19中电阻星形联结与三角形联结的等效变换公式: 1) 从已知的星形网络的电导确定等效三角形网络的各电导 G12 = G1G2 烌 G1+G2+G3 G23 = G1+GG2G23+G3烍 (15) 式中 G———电导,G =1/R 。 G31 = G3G1 G1+G2+G3烎 图19 电阻星形联结与三角形联结的等效互换 2) 从已知的三角形网络的电阻确定星形网络的各电阻 R1 = R31R12 烌 R12+R23+R31 R2 = R12+RR12R232+3 R31烍 R3 = R23R31 R12+R23+R31烎 为了便于记忆,可利用下面的一般公式表示: (16) 星形 ( ) 电阻=三角三形角(形△()△相)邻电电阻阻之的和乘积 三角形 (△) 电导=星形星(形 ) ( 相邻电导的乘积 ) 电导之和 在直流电路分析中,还会出现多个电压源及电流源的情况,有时为了分析计算,就必须 对这些电压源或电流源进行合并、变换。 n 个电压源串联时,可以用一个电压源等效替代,这个等效的电压源的电压等于各个电 压源电压之和。 n 个电流源并联时,可以用一个电流源等效替代,这个等效的电流源的电流等于各个电 流源电流之和。 只有电压相等的电压源才允许并联,只有电流相等的电流源才允许串联。 对于电压源与电流源串联或并联电路的等效变换如图110所示。 电压源与电阻串联的电路可以等效变换为电流源与电导并联的电路,如图111所示。 5 图110 电源与支路的串联和并联 a) 电压源等效变换 b) 电流源等效变换 图中us、R、is、G 应满足的关系是 G = R1,is = us R (17) 2支路法 利用电路的等效变换及简化进行电路分 析计算只适合于不太复杂的电路,对于复杂 电路则应充分利用 KCL 和 KVL 两定律,采 用电路方程 来 求 解 电 路 变 量。 支 路 法、 回 路 图111 电压源与电流源的等效变换 法和节点法都是这类方法中常用的方法。 支路法以支路电流作为电路变量,应用 KCL和 KVL,列出与支路电流数相等的独立方 程,从而解得支路电流。以图112所示电路为例,取支路电流i1、i2 和i3 为电路变量,其 参考 方 向 如 图 所 示。根 据 KCL, 有 节点0 i1+i2-i3 =0 节点1 -i1-i2+i3 =0 比 较 两 式, 显 然 只 有 一 个 方 程是独立的,选取回路绕行方向, 如图所示,根据 KVL,有 回路1 R1i1-R2i2=us1-us2 图112 支路 (电流) 法 回路2 R2i2+R3i3=us2 回路3 R1i1+R3i3=us1 上面三个方程中,任何一个方程可由另外两个方程导出,即只有两个方程是独立的。因 此可任选两个方程和一个节点方程构成方程组,解方程组可得i1、i2 和i3 的唯一解。 独立方程数目的确定原则: 1) 对于n 个节点的电路,其独立节点方程数等于 (n-1)。 6 2) 对于n 个节点,b 条支路的电路,其独立回路方程数等于[b-(n-1)]。 3回路法 回路法以回路电流作为电路 的变量,根据 KVL 列出独立方 程组,然后求解电路变量。下面 以图 113 所示电路为例说明回 路法的基本步骤。 1) 选取独立的回路。图示 电路含有三个回路,其中明显的 图113 回路电流法 回路是图中已标出的回路1和回路2,隐含的回路是由 us1、R1、R3、us2四个电路元件构 成的。当以回路电流为变量时,只有两个回路是独立的,通常为方便起见,均取电路网孔作 为独立回路 (平面电路中的网孔均是独立回路)。 2) 选定各回路电流的绕行方向。通常取顺时针方向有利于下一步列写回路电流方程。 3) 列出各回路电流方程。列写方法与一般单回路电路相同,但要注意两个方面:一是 电路中电压源的极性;二是两个回路共用电阻上的电压,不可遗漏了相邻回路电流在其上引 起的电压,并注意方向。回路电流方程的形式有两种,一种是把所有电压源列于等式右边; 另一种则将电压源也看作一般电路元件,等式右边取 “0”,要注意的是同一电压源在这两种 形式中的符号是相反的。 或者 回路1 回路2 (R1+R2)il1-R2il2 =us1-us2 (R2+R3)il2-R2il1 =us2-us3 回路1 (R1+R2)il1-R2il2+us2-us1 =0 回路2 (R2+R3)il2-R2il1+us3-us2 =0 4) 求解方程组,求出各回路电流。 5) 指定各支路中电流的参考方向,由各回路电流可求得各支路电流。 4节点法 节点法一般以节点电压为 电路的独立变量,应用 KCL列 出与节 点 电 压 数 相 等 的 独 立 方 程,从 而 解 得 节 点 电 压 和 支 路 电流。分析电路时,任意选择 某节 点 为 参 考 节 点, 其 他 节 点 与参考 节 点 间 的 电 压 便 是 节 点 电压。 节 点 电 压 的 参 考 极 性 以 参考节点处为 “-” 极性。以 图114所示电路为例。 从图114中不难看出 图114 节点法 7 i1=G1un1 i2=G2un1 i3=G3(un1-un2) i4=G4(un1-un2) i5=G5un2 i6=G6un2 所以应用 KCL可以得到下列方程: 节点1 G1un1+G2un1+G3(un1-un2)+G4(un1-un2)=is1+is4 节点2 -G3(un1-un2)-G4(un1-un2)+G5un2+G6un2 =-is4+is6 解节点方程组,可得到各节点电压,进而求出各支路电流。 114 电路定理 对于复杂电路,无论是进行简化,还是解方程组都是非常繁琐的。有时,我们只需要求 解某一支路的电流或功率,并不需要分析所有支路,在这种情况下,应用前面所讲述的简化 及分析方法未免太浪费时间,而下面的几个电路定理能帮助我们快速简化电路。 1叠加定理 叠加定理是线性电路的一个重要定理,其定义为:在线性电路中,任一支路电流 (或支 路电压) 都是电路中各个独立电源 (电压源或电流源) 单独作用时在该支路产生的电流 (或 电压) 的叠加 (如图115所示)。 图115 叠加定理 a) 多电源电路 b) 只考虑us1的作用 c) 只考虑is2的作用 根据叠加定理,可以把图115a看作是图b和图c的叠加。在图b中只考虑 us1的作用, is2不作用;而图c中只考虑is2的作用,us1不作用。这样,在图b中 而在图c中 i′1 =i′2 = us1 R1+R2 i″1 = R1R+2R2is2 所以 i″2 = R1R+1R2is2 8 i1 =i′1+i″1 应用叠加定理应注意: i2 =i′2+i″2 1) 叠加定理仅适用于线性电路,非线性电路不适用。 2) 叠加时,电路的连接以及电路的所有电阻和非独立电源 (如受控源) 都不能变动。 3) 当考虑一个电源起作用时,其他所有电源应置零,即用短路代替电压源,用开路代 替电流源。 4) 叠加时,要注意电流和电压的参考方向。 5) 功率不是电流和电压的一次函数,不能用叠加定理来计算。 2替代定理 给定任意一个线性电阻电路,其中第k 条支路的电压uk 和电流ik 已知,那么这条支路 就可以用一个电压等于uk 的独立电压源,或者用一个电流等于ik 的独立电流源来替代,替 代后电路中全部电压和电流均将保持原值。 3戴维南定理 任何含源二端网络 (图116所示虚线部分) 对外电路来说都可以用一个电压源和电阻 的串联组合来等效置换,此电压源的电压等于二端网络的端口开路电压,而电阻等于二端网 络全部独立电源置零后端口的输入电阻,如图117所示。 图116 二端网络 下面举例说明此定理的应用方法。 例 在图118a中,求流过 R 的电流。 图117 戴维南等效电路 图118 戴维南定理的应用 a) 电路 b) 开路电压计算电路 c) 输入电阻计算电路 d) 戴维南等效电路 解 1) 断开含 R 的支路,如图118b所示。 2) 计算开路电压 Uoc(即 Uab)。 9 因为 I′=URs11++RU2s2=75++145A=292A ( ) 所以 Uoc=Uab=R2I′-Us2= 4×292-15 V=-497V≈-52V 3) 求独立电源置零后端口输入电阻,如图118c所示。 R0 = R1//R2 =55×+44Ω=290Ω≈22Ω 4) 图118a的戴维南等效电路如图118d所示,则流过 R 的电流I 为 I= Uoc R0+R =-2522+3A =-1A 4诺顿定理 一个含独立电源、线性电阻和受控源的二端网络,对外电路来说,可以用一个电流源和 电阻的并联组合来等效置换,电流源的电流等于该二端的短路电流,而电阻等于该二端网络 的全部独立电源置零后的端口输入电阻。 举例如下: 例 求图119a电路的诺顿等效电路。 解 1) 求a、b端的短路电流,如图119b所示。Isc包括两部分,一是由 Us1、Us2产 生的电流,另一部分是电流源Is3在a、b短路线上引起的电流。 Isc=Is3+R1+URs21//R3 R2R+2R3+ Us2 R2+R1//R3 R1 R1+R3 ( ) = 2+20+1520/3× 2 3 +20+520/3× 2 3 A =25A 2) 求a、b端的等效输入电阻,如图119c所示,计算方法与戴维南定理的求法一样。 ( ) R0 = 10+2200×+2200 Ω=20Ω 3) 画出诺顿等效电路,如图119d所示。 图119 诺顿定理的应用 a) 电路 b) 短路电流计算电路 c) 输入电阻计算电路 d) 诺顿等效电路 10 115 电路中的谐振 1串联谐振电路 图120是 R、L、C 串联谐振电路的基本结构形式。u(t) 为正弦激励信号,i(t) 为 激励信号作用下回路产生的正弦电流信号。由于电路仅由线性元件组成,故i(t) 与 u(t) 的频率相同。 电路的总阻抗Z 是电阻R、电感的感抗 ωL 和电容 的容抗1/(ωC)的矢量和,具有大小和方向。其大小为 槡 ( ) Z = R2+ ωL-ω1C 2 (18) 当ω 为特定频率ω0 时,应满足 ω0L = 1 ω0C (19) 图120 串联谐振电路 则总阻抗Z 为纯阻性,Z=R,此时称电路处于谐振状态,则有 ω0 = 1 槡LC 或f0 = ω0 2π = 1 2π槡LC (110) ω0 和f0 分别称为谐振角频率和谐振频率。 串联电路发生谐振时,其阻抗 Z 最小,且为纯电阻 R,因而此时电路中的电流最大, 并且和电压的相位相同。 将式 (18) 作一些变换: 槡 ( ) Z = R2+ ωL-ω1C 2 槡 ( ) = R2+ ωω0ω0L -ωω0 1 ω0C 2 槡 ( ) = R2+ ωω0ω0L -ωω0ω0L 2 槡 ( ) = R2+(ω0L)2 ω ω0 -ωω0 2 槡 ( )( ) =R 1+ ω0L R 2 ω ω0 -ωω0 2 槡 ( ) =R 1+Q2 ω ω0 -ωω0 2 槡 ( ) =R 1+Q2 f f0 -ff0 2 (111) 其中 槡 Q = ω0L R = 1 Rω0C = 1 R L C Q 称为串联谐振电路的品质因素。 (112) 11 根据式 (111),可以画出串联谐振电路的阻抗频率特性曲线 (图121) 及幅频特性曲 线 (图122)。 图121 串联谐振电路阻抗特性曲线 图122 串联谐振电路幅频特性曲线 从图122中可以看出,Q 值越大,谐振曲线越尖锐,说明对谐振频率以外的信号抑制 能力强,即回路的选择性好。 2并联谐振电路 串联谐 振 电 路 适 用 于 信 号 源 内 阻 低 的 情 况, 如果内阻很大,则由式 (112) 可知将严重降低 回路的品质因素,从而使选择性大大降低,甚至 无法选出有用信号。在这种情况下,宜采用并联 谐振电路。 图123 并联谐振电路 图123所示是一个最简单的并联谐振电路。 由图可知,整个电路的阻抗为 槡 ( ) 槡 ( ) Z = 1 Y = 1 = G2+ ωC -ω1L 2 G 1 1+ 1 G2 ωC -ω1L 2 当ω 为特定频率ω0 时,则满足 ω0C = 1 ω0L 则电路发生并联谐振,谐振角频率 ω0 或谐振频率f0 仍可由式 (110) 来确定。 对式 (113) 进行变换,可得 Z= 1 = 1 槡 ( ) 槡 ( ) G 1+Q2 ω ω0 -ωω0 2 G 1+Q2 f f0 -ff0 2 其中 (113) (114) (115) 槡 Q = ω0C G = 1 Gω0L = 1 G C L (116) Q 称为并联谐振电路的品质因素。 根据式 (115) 可以画出并联谐振电路的阻抗频率特性曲线 (图124) 及幅频特性曲 线 (图125)。 当电路发生谐振时,电纳为零,阻抗达到最大值,为纯电阻 R,则端口电压也达到最 12 图124 并联谐振电路阻抗特性曲线 大值,即 图125 并联谐振电路幅频特性曲线 Um =IsR (117) 与串联电路一样,Q 值越大,回路的选择性越好。不过,应注意并联谐振电路的品质 因素 Q 与串联谐振电路的表达式是不一样的。 12 基本放大电路 121 基本放大电路的性能指标 1放大电路的性能指标 1) 放大倍数:分为电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数。 电压放大倍数是输出正弦电压有效值 Uo与输入正弦电压有效值 Ui之比,用 Au 表示 Au = Uo/Ui (118) 电流放大倍数是输出正弦电流有效值Io与输入正弦电流有效值Ii之比,用 Ai表示 Ai=Io/Ii (119) 功率放大倍数是负载获得的功率 Po与信号源提供的功率 Pi之比,用 Ap 表示 Ap = Po/Pi (120) 其中 Po和 Pi都应是正弦信号的功率。 2) 输入电阻ri:从输入端往放大电路 A 内看进去的交流等效电阻,它可以用图126的 方法 测 得, 大 小 等 于 输 入 正 弦 电 压 有效值 Ui与输入正弦电流有效值Ii 的比值,即 ri= Ui/Ii (121) 3) 输出电阻ro:从输出端向放 大电 路 看 过 去 的 等 效 电 阻,如 图 126所示。输出电阻 的 求 法 是 将 输 入信 号 置 零 后, 在 输 出 端 去 掉 负 载 图126 放大电路的输入、输出电阻 RL,假想加上一个正弦交流信号电压 Uo,求出它所产生的电流Io,则 ro = Uo Io ui=0 RL→∞ (122) 4) 通频带:由于放大电路存在阻容元件以及元器件的分布电容、电感的影响,放大电 路的放大倍数将随信号频率的高低而变化。通常当频率太高或太低时,放大倍数都会下降, 13 而在中间某一段频率范围内放大倍数基本不变,因此规定放大倍数分别下降到中频段放大倍 数的1/槡2倍时的频率范围称为放大电路的通频带fb,如图127所示。 2放大电路中三极管的工作特点 1) 为了使信号不产生明显的失真,三极管应工作于放大区,不能工作在饱和区和截止 区。三极管的三个工作区域如图128所示。 图127 通频带示意图 图128 三极管的三个工作区域 2) 为了使三极管工作在放大区,在组成放大电路时,外加电源的极性应使三极管的发 射结处于正向偏置状态,集电结处于反向偏置状态。 122 共发射极基本放大电路 1电路的组成及主要元件的作用 共发射极基本放大电路如图129所示。图中 Ec的作用是保证发射结正向偏置和集电结 反向偏置,并为输出信号提供能量;Rc 是集电极负载 电阻,它把三极管集电极电流ic 转换成集电极电压 uCE,并反映在输出端;Rb 是基极偏置电阻,调整 Rb 可以改变基极电流的大小;电容 C1、C2 起隔直流通 交流的作用。 2静态工作点的设置 当放大电路无信号输入 (即ui=0) 情况下,三极 管处于直流工作状态,各极电压和电流是一个恒定值, 即处于相对 “静止” 状态,所以称为静态。把这时对 图129 共发射极基本放大电路 应的一组电流、电压 (用IBQ、ICQ、UCEQ表示) 代表输入、输出特性上的一个点,称为 “静态工作点”。任何放大电路都要设置 “静态工作点”。图129电路的静态工作点可按下式 计算: IBQ = Ec- UBE Rb ≈ Ec烌 Rb ICQ =βIBQ 烍 UCEQ = Ec-ICQRc 烎 (123) 14 3主要交流参数的计算 放大电路的交流参数是对交流成分而言的,主要有电压放大倍数、输入电阻和输出电 阻。图129所示电路的交流通路如图130所示。 1) 电压放大倍数的计算 由图130可知 uo =-icRc//RL =-icR′L 其中 ui=ibrbe rbe =IB2Q6(mmVA)+300Ω ≈IB2Q6(mmVA)(124) 根据式 (118) 可得 图130 共发射极基本放大电路的 交流通路 Au =uo/ui=-iicbRr′beL =-βRr′beL 2) 输入电阻和输出电阻 由图130可知,共射放大电路的输入电阻为 ri= Rb//rbe ≈rbe 输出电阻为 (125) (126) ro = Rc (127) 4工作点稳定的共射放大电路 图129的共射基本放大电路的突出缺点是工作点不稳定,主要体现在两个方面:一是 工作点随环境温度变化而改变;二是一旦电路设计好后,对三极管的参数要求太严格,即适 应能力差。为了使电路工作点稳定,通常采用分压偏置电路。 图131是分压偏置共射放大电路的典型结构,它与图129相比,仅多了 Rb2、Re和 Ce 三个元件,其中 Rb2与 Rb1构成分压结构,电容 Ce起交流旁路作用。图132a是此电路的直 流通路,图132b是交流通路。 图131 分压偏置共射电路 图132 直流通路和交流通路 a) 直流通路 b) 交流通路 由图132a可知,当满足I1IBQ时 UB = Rb1R+b2Rb2Ec 烌 IEQ =ICQ = UB- UBE Re ≈ UB烍 Re UCEQ = Ec-ICQ(Rc+Re) 烎 (128) 15 由式 (128) 可以看出,ICQ和 UCQ不再与三极管的β 参数有关,说明这种结构的电路 对三极管的适应能力强。同时这种电路还具有自动调整能力,例如,由于某种原因使ICQ增 大,用符号ICQ↑来表示,则有下述调整过程: ICQ↑ →IEQ↑ → UE↑ → UBEQ↓ →IBQ↓ →ICQ↓ 图 132b 与 图 130 是 完 全 一 致 的, 只 是 Rb= Rb1//Rb2,因而其交流参数可引用前面的公式。 静态工作点的稳定还可以采用电压负反馈偏置电 路来实现,如图133所示,其静态工作点由下式近似 计算 (当β1,EcUBE时): ICQ = Ec Rc+Rb/β 烌 烍 (129) UCEQ = Ec-RcICQ烎 图133 电压负反馈偏置电路 123 共集电极基本放大电路 共集电极放大电路又称为射极输出器或射极跟随器,图134是其基本电路结构。它与共 射放大电路的不同之处有:一是负载电阻是通过电容接在发射极上的,由于射极电压总小于基 极电压,故电压放大倍数恒小于1;二是集电极电阻 Rc=0,对交流而言,相当于集电极接地。 共集电极放大电路的直流通路和交流通路如图135a、b所示。 图134 共集电极放大电路 图135 射极跟随器的交直流通路 a) 直流通路 b) 交流通路 根据图135a可以求出电路的静态工作点为 IBQ = Ec- UBE Rb+(1+β)Re ≈ Ec 烌 Rb+(1+β)Re ICQ =βIBQ 烍 UCEQ = Ec-ICQRe 烎 根据图135b可以求出: Au = uo ui =rbe(+1(+1β+)(βR)(e/R/eR//LR)L)≈1 ri= Rb//r′i r′i=rbe+(1+β)(Re//RL) (130) (131) (132) 16 ro =1r+beβ//Re = rbe 1+β (133) 从上述公式中可以看出,共集电极放大电路的四个特点:①电压放大倍数恒小于 1; ②输出与输入同相;③输入阻抗高;④输出阻抗低。 124 共基极基本放大电路 共基极放大电路的基本电路结构如图136所示。图137是其直流通路和交流通路。 显然,共基极基本放大电路的直流通路与图132a所示的分压偏置共射电路的直流通路 是完全相同的,因而其静态工作点的估算也采 用式 (128) 进行计算。 根据图137b可以求出: Au = uo ui = β(Rc//RL) rbe (134) ri= Re//reb ≈reb = rbe 1+β (135) ro =rcb//Rc≈ Rc (136) 图136 共基极基本放大电路 图137 共基极放大电路的交直流通路 a) 直流通路 b) 交流通路 13 多级放大电路及其频率特性 基本放大电路都是单管放大电路,其放大倍数十分有限。在实际应用中,为了放大非常 微弱的信号,仅用单级放大满足不了要求,因此需要将若干个单级放大电路以某种方式连接 起来,组成多级放大电路。 131 多级放大电路的耦合方式 在多级放大电路中,常用的耦合方式有三种,即阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。 1阻容耦合 图138是最简单的两级阻容耦合放大电路,它是用电容 C2 将两个基本共射放大电路连 接起来。 阻容耦合方式的优点是:各级静态工作点相互独立,互不影响,因而在多级放大电路中 得到广泛应用。其局限性在于:首先它不适合于传送缓慢变化的信号,更不能传送直流信 17 号;其次不利于集成化,因为在集成工艺中,制造大容量的电容非常困难。 2直接耦合 为了避免耦合电容对缓慢变化信号带来的不良影响,可以把前一级的输出端直接 (或经 过电阻) 接到下一级的输入端,如图139所示,这种耦合方式就是直接耦合。直接耦合的 前后级单级放大电路的静态工作点会相互影响,因此不能把两个单级放大电路简单地直接连 接在一起。 图138 阻容耦合方式 图139 直接耦合方式 直接耦合的优点是:可放大频率 很低乃至直流信号,便于集成化。突 出的缺点是各级工作点调整困难。 3变压器耦合 图140 是 变 压 器 耦 合 两 级 放 大 电路。变压器耦合不仅有阻容耦合各 级静态工作点互不影响的优点,而且 能实现阻抗变换,使电路达到最佳匹 配,实现最大功率传输。其最大缺点 图140 变压器耦合方式 是频率特性较差,要想改善频率特性必须增大变压器的体积,但这会使整机体积随之增大。 132 多级放大电路的电压放大倍数 多级放大电路各级之间是串接起来的,因此多级放大电路的电压放大倍数等于各级放大 电路电压放大倍数的乘积,即 Au = Au1Au2…Aun (137) 不过在计算各级电压放大倍数时,应考虑后级对前级的负载效应,下面举例说明多级放 大电路电压放大倍数的计算。 例 计算图141所示两级放大电路的电压放大倍数。 解 1) 为计算交流电压放大倍数,先画出交流通路如图141b所示。 2) 计算静态工作点,从而求出各级的rbe值,在此假定 UBE=07V。 UB1 = Rb11E+cRb12Rb12 =39V UB2 = Rb21E+cRb22Rb22 =34V 18 IEQ1 = UB1- UBE Re1 =3591-×01073A =063mA IEQ2 = UB2- UBE Re2 =324×-10037A =135mA rbe1 =300+(1+β1)×I2E6Q1 =285kΩ rbe2 =300+(1+β2)×I2E6Q2 =185kΩ 图141 两级放大电路 a) 电路原理图 b) 交流通路 因而各级的等效负载电阻为 R′L1 = Rc1//Rb2//Rbe2 = Rc1//Rb21//Rb22//rbe2 =127kΩ R′L2 = Rc2//RL ≈3kΩ 3) 求各级的电压放大倍数: Au1 = uo1 ui1 = uo1 ui =-βrR′be1L1 =-602×81527=-268 Au2 = uo ui2 =-βrR′be2L2 =-8108×53 =-130 4) 计算总的电压放大倍数: Au = uo ui = Au1Au2 =3476 133 多级放大电路的输入输出电阻 一般说来,多级放大电路的输入电阻就是输入级 (第一级) 的输入电阻,而输出电阻就 19 是输出级的输出电阻。由于多级放大器总放大倍数等于各级放大倍数的乘积,因此在选择输 入级和输出级的电路形式和参数时,可以不考虑放大倍数的要求 (放大倍数可由中间级保 证),而仅考虑信号源和负载的需要。 在具体计算输入电阻和输出电阻时,仍可利用前面学过的方法和有关公式。但是必须注 意,不管是输入电阻还是输出电阻有时不仅和本级参数有关,也和中间级的参数有关,即必 须考虑第二级对输入级的负载效应,以及末前级对末级的内阻效应。 134 多级放大电路的频率特性 在分析放大电路时,电容器通常被认为对交流是短路的,但当频率过高或过低时,这些 电容的影响就不能忽略了。如频率较低时,耦合电容和旁路电容会使电路的放大倍数下降, 而频率较高时,三极管的极间电容和线间分布电容则对交流信号起着分流作用,也会使放大 倍数下降。此外,各种电容的影响还会使输出信号与输入信号之间的相位随着频率的变化而 变化。放大电路的放大倍数及相位随频率变化的特性就称为放大电路的频率特性,其中放大 倍数随频率变化的关系称为幅频特性,输出信号与输入信号之间的相位随频率变化的关系称 为相频特性。共射基本放大电路的频率特性如图142所示。 图142 共射放大电路的频率特性 如果用上限频率来近似表示通频带,则多级放大电路的上限频率fH 与组成它的各单级 放大电路上限频率fH1、fH2、…、fHn之间的关系可用下式来表示 fb =fH = 09 槡1 f2H1 +f12H2 + … +f12Hn (138) 可见,多级放大电路的总通频带小于每个单级的通频带,且级数越多,通频带越窄。当 各级上限频率相差悬殊时,则可取上限频率最小的那一级近似作为多级放大电路总的上限频 率。 14 负反馈放大电路 141 负反馈的概念及分类 首先看什么是 “反馈”?所谓 “反馈” 是指将输出信号的一部分或全部 (可以是电压信 20 号,也可以是电流信号),通过一定的方式送到放大器输入端的过程。图143是反馈的示意 图。由图可知,反馈放大电路包括两个部分:一个是基本放大器,另一个是反馈网络 (即反 馈电路)。它们有两个连接点,一个是取样点,它是基本放大电路的输出端、反馈网络的输 入端及负载三支路的连接点;另一个是比较点,它是基本放大电路的输入端、反馈网络的输 出端和信号源三支路的汇集点,实质上是将输入信号 与反馈电路的输出信号进行叠加后形成的净输入信号 送到放大器的输入端。 如果引入 的 反 馈 信 号 是 削 弱 输 入 信 号 的, 即 反 馈 的引入使得反馈放大电路的放大倍数比其基本放大器 的放大倍数低,则称之为负反馈。 图143 反馈示意图 负反馈有四种类型,分别是电压并联负反馈、电流并联负反馈、电压串联负反馈和电流 串联负反馈。它们的连接示意图如图144所示。 对于单级放大电路,用得最多的是前三种,如图145所示。 图144 负反馈类型 a) 电压并联负反馈 b) 电压串联负反馈 c) 电流串联负反馈 d) 电流并联负反馈 图145 常见的单级负反馈电路 a) 电压并联负反馈 b) 电流串联负反馈 c) 电压串联负反馈 21 142 负反馈对放大电路性能的影响 1负反馈使放大倍数减小 负反馈放大电路的放大倍数 Af与基本放大器放大倍数 A 的关系为 Af = Xo Xs = A 1+AF (139) 此处 Af不仅仅是电压放大倍数,还有其他三种形式,与 Xo 及 Xs的类型相关,分别定 义如下: Au = uuos,Ai=iios,Ar = uiso,Ag = io us (140) 式 (139) 表明:引入负反馈后电路的放大倍数 (即闭环放大倍数) 小于无负反馈时电 路的放大倍数 (即开环放大倍数),且反馈深度 AF 越大,则 Af就越小,说明引入的负反馈 越强。当满足 AF1时,称为深度负反馈,此时 Af= 1 F 只要F 是稳定的,整个放大电路的放大倍数就是稳定的。 2负反馈对输入、输出电阻的影响 1) 对输入电阻的影响 串联负反馈使放大电路的输入电阻增加,且满足 (141) rif=(1+AF)ri 并联负反馈使放大电路的输入电阻减小,且满足 (142) rif= ri 1+AF (143) 2) 对输出电阻的影响 电压负反馈使放大电路的输出电阻减小,电流负反馈使放大电 路的输出电阻增大,但影响的程度计算较复杂,有关内容请参阅模拟电子技术的相关知识。 3负反馈可展宽放大器的频带宽度 在放大电路中,由于存在耦合电容和极间电容,使得放大器的放大倍数在低频段和高频 段下降,通频带受到限制。那么,引入负反馈为什么能展宽通频带呢?我们可以这样理解, 当反馈系数 F 固定时,在低频段和高频段由于输出减小,其反馈到放大电路输入端的反馈 信号也将按比例减小,于是净输入信号将增加,使放大电路的输出比不加负反馈时下降得少 些,相当于放大电路的频带展宽了。引入负反馈时的频带宽度fbf与未加负反馈时的频带宽 度fb 的关系为 fbf=(1+AF)fb ≈(1+AF)fH (144) 上式表明,有负反馈时的带宽是无负反馈时的 (1+AF) 倍,但带宽的拓展却是以牺牲 中频段的放大倍数换来的。 143 多级负反馈放大电路 我们知道,引入负反馈后,放大电路的各种性能都将改变。对于多级放大电路来说,为 了改善某些性能指标,通常也引入负反馈。 如同分析单级负反馈电路一样,分析多级负反馈电路也是将反馈放大电路分解为基本放 22 大电路 (无反馈) 和反馈网络两部分,然后分别求出基本放大电路的放大倍数 A 和反馈系 数F,最后按前面的反馈电路的一般公式计算 Af、rif和rof参数。 一般说来,分析多级负反馈电路可以采取如下步骤: 1) 确定反馈类型,找出反馈元件,进而确定反馈系数 F (F 的含义由反馈类型确定)。 2) 分解出无反馈基本放大电路,计算开环放大电路倍数 A (A 的含义由反馈类型确 定)。 3) 根据 (1+AF) 计算反馈深度。 4) 根据反馈深度确定闭环参数。 5) 根据给定的电路形式,最后确定所求反馈电路的参数。 在实际应用中,当满足深度负反馈条件时 (即 AF1),电路的输入、输出电阻可近似 地认为: 串联负反馈 rif′→∞ 并联负反馈 rif′→0 电压负反馈 rof′→0 电流负反馈 rof′→∞ 但应注意的是:上述近似是对反馈环路而言的,它并不包括反馈环外的电阻,例如,对 于串联负反馈,基极偏流电阻 Rb 不包含在环内,因而总的输入电阻为 rif= Rb//rif′ ≈ Rb 而对于电流负反馈,Rc 不在环内,故总输出电阻应为 rof=rof′//Rc ≈ Rc (145) (146) 15 集成运算放大电路 151 运算放大电路的构成及特点 运算放大电路是一种具有高放大倍数并带有深度负反馈的直接耦合放大电路,它由基本 放大电路和外接反馈网络两部分组成。基本运算放大电路的符号如图146所示,图中标有 “-” 号 的 “N” 端 为 反 相 输 入 端, 标 有 “+” 号 的 “P” 端为同相输入端,“A0”为不含外部反馈的基本运算 放大电路的电压放大倍数,称为开环放大倍数。 在应用集成运算放大电路时,总是希望运算放大电 路的开环放大倍数和输入电阻越大越好,而输出电阻越 小越好,理想情况下的特性为: 图146 基本运算放大电路 输入电阻 ri→∞;输出电阻 ro→0;开环放大倍数 A0→∞。 由运算放大电路的理想指标,可以导出理想运算放大器的两条重要结论: 1) 理想运放两输入端的电压差近似为零,即 uP ≈uN (147) 这是因为在线性放大区内,输出 uo 要受电源电压的限制,因此总是有限的,而 A0→ ∞,所以就有ui=uo/A0=0。这条结论通常又被称作理想运放的 “虚短”。 2) 理想运放的两输入端不吸取电流,即 ii=0 (148) 23 这是因为ui≈0,而ri→∞的缘故。这条结论通常又被称作理想运放的 “虚断”。 深刻理解并灵活运用这两条结论,将使得对各种运算放大电路的分析变得非常简单方便。 152 运算放大电路的基本接法及性能 由于基本运算放大电路具有很高的开环放大倍数,因此在作放大器运用时,总是接成负 反馈的闭环结构,否则会十分不稳定。 基本运算放大电路有两个输入端,从而可以形成输入信号的三种不同的接入方式:反相 输入、同相输入和差动输入,但不管哪种输入方式,对于单级运算放大电路,反馈网络只有 接在反相输入端才能构成负反馈。 1反相输入接法 图147是反相输入接法运算放大电路,又称为反相比例放大器。由输入电阻 R1 和反馈 电阻 R2 构成并联电压负反馈,R3 称为输入平衡电阻,其作用是使两个输入端外接对地电 阻相等,因此要求 R3 = R1//R2 (149) 根 据 前 述 理 想 运 放 的 两 个 结 论,可 得 i1=i2, uN=0,则 i1 = us-uN R1 = us R1 所以 i2 = uN -uo R2 =-Ruo2 图147 反相输入接法 从而可得闭环放大倍数 us R1 =- uo R2 Auf = uo us =- R2 R1 (150) 由此可见,输出电压与输入电压成比例关系,负号表示相位相反。同时表明,只要基本 运算放大电路的开环放大倍数 A0 足够大,那么闭环放大倍数 Auf就与运算放大电路的参数 无关,而仅取决于 R2 和 R1 的比值。 2同相输入接法 图148是同相输入接法的运算放大电路,也称为同相比例放大电路。由 R1 和 R2 构成 电压串联负反馈,R3 的作用及阻值要求与反相输入接法相同。 根据 前 述 理 想 运 放 的 两 个 结 论, 可 得 i1=i2, uN=uP=us,则 所以 i1 = uN R1 = us R1 i2 = uo-uN R2 = uo-us R2 图148 同相输入接法 24 从而可得闭环放大倍数 us R1 = uo-us R2 Auf = uo us =1+RR21 上式表明,同相输入时,输出电压与输入电压成比例关系,且相位相同。 (151) 电压跟随器是同相输入接法中的特例,它是令 R2=0或 R1→∞时的同相放大电路。由 式 (151) 可知 Auf=1,uo =us (152) 3差动输入法 图149是差动输入接法的运算放大电路,为了满足平衡条件,通常使 R1=R4,R2=R3。 由于基本运放输入端不吸收电流,因而 所以有 uN =uP = R3R+3R4us2 ( )/ i1 = us1-uN R1 = us1-R3R+3R4us2 R1 ( )/ i2 = uN -uo R2 = R3R+2R4us2-uo R2 从而有 图149 差动输入接法 ( )/ ( )/ us1-R3R+3R4us2 R1 = R3R+3R4us2-uo R2 整理上式可得 ( ) uo= R3 R3+R4 1+ R2 R1 us2-RR21us1 (153) 当满足 R1=R4,R2=R3 时,上式改写为 uo =-RR21(us1-us2) (154) 可见,差动输入接法时,其输出电压仅与两输入信号之差成正比,所以此电路也常用来 实现减法运算,且当 R1=R2 时 uo =us1-us2 (155) 153 运算放大电路的典型应用 运放的应用十分广泛,除了组成放大器之外,还可以方便地实现加法运算、微分和积分 运算、对数运算、信号比较、信号产生及变换等等。在此只介绍加法运算、微分和积分运算 电路,其他应用电路请参阅有关资料。 1加法运算 加法运算又称为求和运算,图150是求和运算电路,又叫加法器,实质上是在反相输 入端接多个输入信号的反相比例放大器。 25 根据理想运放的两个结论,可以求得 ( ) uo =- RR1fus1+RR2fus2+RR3fus3 可见,适当选择 R1、R2、R3,可以方便地 实现不同信号的不同比例的求和。如果取 R1= R2=R3=R,则有 (156) uo =-RRf(us1+us2+us3) (157) 即输出电压等于输入电压之和,所以称为比例加 法器。当 R=Rf时 uo =-(us1+us2+us3) (158) 2积分运算 图151是 基 本 积 分 运 算 电 路, 它 与 反 相 比 图150 求和运算电路 例放大电路的不同之处就是用电容C 代替了Rf。由于电容C 两端的电压uc与流过它的电流 ic 成积分关系,即 ∫ uc = 1 C icdt 根据理想运放的两个结论,可以得到 (159) ∫ ∫ uo =-uc =- 1 C i1dt =- R11C uidt 上式表明,输出电压与输入电压成积分关系,但相位相反。 (160) 积分电路是测量和控制系统中的重要单元电路,利用它的充放电过程,既可以产生各种 有用波形,又可以实现定时和延时。 3微分运算 微分是积分的逆运算,因此只需将积分运算电路中的 R1 与C 对换位置即可构成简单的 微分电路,如图152所示。 根据理想运放的两个结论,有 uN=uP=0,ic=iR,则 uc=ui,且 ic= Cddutc (161) 所以 uo =-RiR =-Ric=-RCddutc (162) 上式表明,输出电压的大小与输入电压的微分成正比,负号表示方向与变化的斜率相 图151 积分运算电路 图152 基本微分电路 26 反。 16 数字电路基础知识 161 基本逻辑门电路 所谓 “逻辑” 是指条件和结果的关系。逻辑门则是实现基本逻辑关系的电路。最基本的 逻辑关系有 “与”、“或”、“非” 三种,与之对应的门电路是 “与门”、“或门” 和 “非门”。 在这三种基本门电路的基础上还可以组成一些常用的复合逻辑门,如 “与非”、“或非” 和 “与或非” 门等。我们把这些门电路也归入基本逻辑门电路。 1“与” 逻辑关系及 “与门” “与”逻辑关系是指当决定结果的所有条件全部具备后,结果才能发生的逻辑关系,记为 L=A·B (163) 式中的 “·” 表示 “与”,读作 “L等于 A与B”。 如图153所示,将灯 EL看作结果,将开关、SA、SB 闭合作为条件,显然只有当SA、SB 同时 闭合(即条件全部具备),灯 EL才亮 (即结果才发生)。与门的输入端可以多于两个。 图154是与门的逻辑符号,表11是与门的逻辑真值表,其中 “1” 表示条件具备及结 果发生,“0” 表示条件不具备及结果不发生。 表11 与门逻辑真值表 图153 “与”逻辑关系示意图 A B L 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 图154 与门的逻辑符号 2“或” 逻辑关系及 “或门” “或” 逻辑关系是指在决定结果的各个条件中,只要有一个或一个以上具备,结果就会 发生的逻辑关系,记为 L= A+B (164) 式中的 “+” 表示 “或”,读作 “L等于 A或B”。 如图155所示,SA、SB 两个开关中任一个或同时闭合 (即条件具备),灯 EL 都会亮 (即结果发生)。或门的输入端可以多于两个。 图156是或门的逻辑符号,表12是或门的逻辑真值表。 图155 “或” 逻辑关系示意图 图156 或门的逻辑符号 表12 或门逻辑真值表 A B L 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 27 3“非” 逻辑关系及 “非门” “非” 逻辑关系是指条件和结果的状态始终相反的逻辑关系,记为 L= A (165) 读作 “L等于 A非”。 如图157所示,当开关S闭合 (即条件具备),灯EL不亮 (即结果不发生);而当S断 开 (即条件不具备),灯 EL亮 (即结果发生),两者的状态总是相反的。 图158是非门的逻辑符号。非门是逻辑电路中的反相器。 图157 “非” 逻辑关系示意图 图158 非门的逻辑符号 4与非门 把一个与门和一个 非 门 串 接 起 来, 就 构 成 了 一 个 与 非 门 电 路, 如 图 159 所 示, 表 13 是与非门的真值表,与非门的逻辑表达式为 L= A·B 图159 与非门逻辑结构及逻辑符号 (166) 表13 A 0 1 0 1 与非门逻辑真值表 B L 0 1 0 1 1 1 1 0 5或非门 把一个或门和一个非门串接起来,就 构成了一个或非门电路,如图 160 所示, 或非门的逻辑表达式为 图160 或非门逻辑结构及逻辑符号 L= A+B (167) 6与或非门 把两个与门和一个或非门串接起来,就构成了一个与或非门电路,如图161所示,与 或非门的逻辑表达式为 L= A·B+C·D (168) 图161 与或非门逻辑结构及逻辑符号 162 逻辑代数的基本概念 描述逻辑关系的数学称为逻辑代数 (也称为布尔代数)。 28 1基本逻辑运算和逻辑变量 在逻辑代数中的基本逻辑运算有逻辑乘 (与运算)、逻辑加 (或运算) 和逻辑求反 (非 运算) 三种。在实际应用中常将这三种基本运算进行组合,因而扩展到与非、或非、与或非 等复合运算。 逻辑代数中的变量称为逻辑变量。用字母 (如 A、B…) 表示。不过逻辑变量的取值只 有 “0” 和 “1”。 2逻辑函数及表示方法 把变量和函数值只能取 “0” 或 “1” 的函数称为逻辑函数。 逻辑函数有许多不同的表示方法,最常用的有四种,即真值法、逻辑图法、逻辑函数表 达式法和卡诺图法。逻辑函数各种表示方法之间是能互相转换的。下面举例说明前三种方 法,卡诺图表示法由于比较复杂,故不作介绍。 图162是一电灯控制电路,开关SA、SB 便是逻辑输入变量,而灯 EL则是逻辑输出变 量。表14是真值表,式 (169) 是逻辑表达式,图163是逻辑图。 表14 逻辑真值表 图162 电灯控制电路 图163 逻辑图表示法 A B L 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 L= A·B+A·B 3逻辑代数的基本运算规律 (1) 常量与常量运算规律 0·0=0 0+0=0烌 0·1=0 1·1=1 1+0=1 烍 1+1=1 0=1 (2) 常量与变量运算规律 1=0 烎 A+0= A A+1=1 (3) 变量与变量运算规律 } A·1= A A·0=0 A+A =1 A·A =0 } A+A= A A·A= A } A+B = B+A A·B = B·A } (A+B)+C= A+(B+C) (A·B)·C= A·(B·C) } A·(B+C)= A·B+A·C A+B·C=(A+B)·(A+C) (169) (170) (171) (172) (173) (174) (175) 29 A·B+A·B= A烌 A+A·B= A 烍 (176) A+A·B= A+B烎 A+B= A·B烌 烍 A·B= A+B烎 A= A (177) (178) 在逻辑运算过程中,同样应先乘后加,括号优先;逻辑运算中不存在减法、除法和乘方 运算;在乘法运算中,乘号 “·” 可以省略。 4逻辑函数的化简 所谓逻辑函数的化简是指用一定的方法将逻辑函数化为最简的与或形式。最简的要求是 乘积项最少,且乘积项中变量数最少。化简的最常用方法是公式法,此外还有卡诺图法。下 面举例说明公式法化简逻辑函数的过程。 1) 并项法 利用公式 AB+AB=A把两项合并成一项,并消去一个变量。 例 L=ABC+ABC=A(BC+BC) =A 2) 吸收法 利用公式 A+AB=A吸收掉 AB项。 例 L=B+ABD=B(1+AD) =B 3) 消去法 利用公式 A+AB=A+B消去多余因子A。 例 L=A+AB+BC=A+B+BC=A+B+C 4) 取消法 利用公式 AB+AC+BC=AB+AC取消多余项BC。 例 L=ABC+BD+DCE+DA=ABC+ (A+B)D+DCE =ABC+ABD+DCE=ABC+ABD =ABC+AD+BD 17 组合逻辑电路分析 171 组合逻辑电路的分析方法 组合逻辑电路简称组合电路,它不但能独立完成功能复杂的逻辑运算,而且是时序电路 的组成部分,因此在数字电路中占有十分重要的地位,应用非常广泛。组合电路由门电路组 成,它不存在任何形式的反馈,没有记忆功能。正因为如此,电路任一时刻的输出仅由该时 刻输入信号的取值组合来确定,而与电路过去状态无关。 对组合电路进行分析的目的是找出给定组合电路输出输入之间的逻辑关系,求得电路的 逻辑功能。分析组合电路的基本方法及步骤如下: 1) 根据给定的组合电路写出逻辑函数表达式,具体方法是从输入到输出逐级写出各门 电路所表示的逻辑关系,然后对写出的逻辑函数表达式进行化简。 2) 将输入信号的各种可能的取值组合分别代入逻辑函数表达式进行逻辑运算,列出真 值表。 3) 根据逻辑函数表达式或者真值表,概括说明电路实现的逻辑功能。 例 分析图164所示电路的逻辑功能。 1) 首先写出各个门电路的逻辑函数表达式: 30 L1=A·B L2=B·C L3=A·C L=L1+L2+L3 由以上各式可得到电路的逻辑函数表达式: L=AB+BC+AC 2) 列出 L的真值表:将输入变量的全部可能取值组 合,分别代入函数表达式 L中进行逻辑运算后,便得到真 值表15。 表15 三人表决真值表 A B C L A 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 图164 三人表决电路 B C L 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1  3) 逻辑功能说明:由真值表可以看出,当输入 A、B、C中至少有两个为 “1” 时,输 出就为 “1”,否则为 “0”,因而它可以看作是三人表决电路。 172 组合逻辑电路的一般设计方法 设计组合电路的过程就是根据实际问题提出的逻辑功能去求得逻辑电路图的过程,其一 般步骤是这样的: 1) 根据实际问题的逻辑功能,确定逻辑电路的输入变量数、输出变量数,并作出逻辑 规定。 2) 按逻辑功能列出真值表。 3) 根据真值表写出输出函数的逻辑表达式,并进行化简。 4) 按逻辑函数表达式画出逻辑电路图。 例 设计一个三人表决电路。 1) 由题意可知,三人参加表决,结果只有 “通过” 与 “不通过” 两种可能,因此是三 个输入变量,一个输出变量。对此,作出逻辑规定为:对于输入变量,同意用 “1” 表示, 不同意用 “0” 表示;对于输出变量,通过用 “1” 表示,不通过用 “0” 表示。 2) 列出真值表,见表15。 3) 写逻辑函数表达式并化简。由真值表可写出三人表决的逻辑函数表达式如下: L=ABC+ABC+ABC+ABC =AB(C+C) +AC(B+B) + (A+A)BC =AB+BC+CA 4) 画出逻辑电路图。实现上述逻辑功能,可以直接用三个与门和一个或门组成,如图 164所示。当要求全部用与非门来实现时,首先要对逻辑 函数表达式进行适当变换: L=AB+BC+CA=AB·BC·CA 根据变换后的逻辑函数表达式,就能够画出由四个与 非门组成的三人表决逻辑电路,如图165所示。 图165 由与非门组成的三人表决电路 31 173 编码器 所谓编码就是把某个特定对象变换成二进制代码的过程,实现这个过程的电路称为编码 器。 1二进制编码器 二进制编码器是用n 位二进制代码对2n 个输入信号进行编码的逻辑电路。下面以三位 二进制编码器为例说明二进制编码器的工作原理。 如图166 所示,编码电路有 8 个 信号输入端,3个信号输出端,因而也 称为8线3线编码器或83编码器。 1) 列写输出逻辑表达式: A=I4·I5·I6·I7=I4+I5+I6+I7 B=I2·I3·I6·I7=I2+I3+I6+I7 C=I1·I3·I5·I7=I1+I3+I5+I7 2) 列真值表 (见表16)。因为任 一时刻编码电路只能对一个输入信号进 图166 三位二进制编码器 行编码,即输入某个特定信号,输出就是该信号的二进制代码。因此,在I0、I1、…、I7 这 8个输入信号中,任何时刻只允许有一个输入信号是 “1”,而其余输入信号都只能是 “0”。 根据这一约束条件,当I0=1时,I1~I7 均为0,此时输出编码为ABC=000,这就是I0 的编 码。同理,ABC=001是I1 的编码,而 ABC=111则是I7 的编码。 表16 三位二进制编码器的真值表 输 入 输出 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 A B C 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 3) 逻辑功能说明。从真值表可以看出,每一个输入信号都对应有一组三位二进制代码 输出,即电路完成了将输入信号转换成二进制代码输出的功能,是一个三位二进制编码器。 2BCD 编码器 BCD 编码器是将十进制数0、1、…、9编为 BCD 代码输出的电路,因而也称为二十进 制编码器。最简单的 BCD编码器是8421BCD 编码器,其中8421是指四位二进制代码中从 高位到低位各自代码的权 (即所代表的十进制数),据此就可以由二进制代码计算出十进制 数,例如,二进制数0101,其代表的十进制数为0×8+1×4+0×2+1×1=5。图167是 8421编码器的电路图,表17是其真值表。 32 图167 8421BCD编码器 表17 8421BCD编码器的真值表 输 入 输出 十进制数 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 A B CD 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 3 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 11 4 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 00 5 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 01 6 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 10 7 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 11 8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 00 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 01 174 译码器 译码是编码的逆过程,即将代码所表示的信息翻译出来的过程,实现译码的电路称为译 码器。与编码器相对应,译码器也有二进制译码器、BCD 译码器等。下面仅以二进制译码 器为例说明译码器的原理。 图168是用与非门组成的三位二进制译码器电路,图中有 3个代码输入端 A0、A1、 A2,8个译码输出端 Z0~Z7。 首先写出译码输出表达式: 图168 三位二进制译码器 33 Z0=A2A1A0 Z1=A2A1A0 Z2=A2A1A0 Z3=A2A1A0 Z4=A2A1A0 Z5=A2A1A0 Z6=A2A1A0 Z7=A2A1A0 根据上式可列出三位二进制译码器的真值表,见表18。 由真值表可以看出,每一种代码只能使一个输出端为1;各输出端不会出现两个或两个 以上同时为1的情况。因此这种译码器实现了由二进制代码到十进制输出的转换。 表18 三位二进制译码器的真值表 代码输入 译码输出 A2 A1 A0 Z0 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 18 时序逻辑电路分析 181 时序逻辑电路的分析方法 分析时序电路就是要求出已知时序电路的逻辑功能。通常按下述四个步骤进行: 1) 写出逻辑方程式:逻辑方程分激励方程、输出方程和时钟方程。 激励方程是指触发器输入端变量与时序电路的输入信号以及电路状态之间逻辑关系的表 达式。 输出方程是指时序电路的输出变量与输入信号以及电路状态之间的逻辑关系表达式。 时钟方程是指时钟信号表达式。 2) 求状态方程:把各激励方程代入触发器的特性方程 (即输出方程),便得到电路的状 态方程,并且要在状态方程之后注明对应触发翻转的时钟条件。状态方程是反映时序电路的 状态与输入信号及现态之间的逻辑关系表达式,因而又称为电路的次态方程,可见时序电路 的次态也是现态的函数。 3) 逻辑计算:把电路的输入和现态的各种可能的取值组合代入状态方程和输出方程进 行逻辑计算,求出相应的次态和输出。当然只有当时钟条件有效 (有相应的时钟脉冲触发 沿) 时,才能进行计算,并将计算结果整理后列出状态真值表。 4) 画时序图:时序图就是时序电路工作时的波形图,它反映时序电路的输入信号、输 出信号、电路状态等的取值在时间上的对应关系。 182 触发电路 在电路结构上,时序电路大多由组合逻辑电路和触发电路组成,因此首先介绍几种基本 的触发电路。 触发电路通常称为触发器,它具有两个稳定状态,能记忆二进制信号。按功能分为 RS、 34 D、T和JK 四种类型,其中最常见的是前两种;按电路结构则分为基本 RS触发器、同步 RS触发器、主从触发器和维持阻塞触发器等。 1RS触发器 1) 基本 RS触发器 图169是基本 RS触发器的逻辑图及逻辑符号,它由两个与非门 交叉耦合构成,具有两个输入端 RD 和 SD。RD 为置 “0” 端 (复位端),SD 为置 “1” 端 (置位端)。Q 和Q是两个互反的输出端,当 Q=1时,Q=0,此时称触发器为 “1” 状态; 当 Q=0时,Q=1,此时称触发器为0状态。逻辑符号中两输入端的小圆圈表示输入负脉冲 起作用。 根据与非门的功能不难导出基本 RS触发器 的功能:①当 RD=1,SD=1时,触发器状态不 变,即维持原状态;②当 RD=0,SD=1时,触 发器置 “0”,即 Q=0;③当 RD=1,SD=0时, 触发器置 “1”,即 Q=1;④基本 RS触发器禁 止 RD 和 SD 同 时 为 0。当 RD、SD 同 时 为 0 时, 图169 基本 RS触发器的逻辑图及逻辑符号 Q=Q=1,则当 RD、SD 由0同时变为1时,触发器状态不能确定。因此 RD 和SD 约束条件 为 RD+SD =1 (179) 表19是基本 RS触发器的状态转换真值表,由真值表可写出基本 RS触发器的特性方 程 现态 Qn 0 1 0 1 0 1 0 1 烄Qn+1 = QnRD+SD 烅 烆RD+SD =1 约束条件 表19 基本 RS触发器状态转换真值表 输入 次态 RD SD Qn+1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 × 0 0 × (180) 说明 Qn+1 保持 置0 置1 不定 2) 同步RS触发器 在基本RS触发器的基础上增加两个控制门即构成同步 RS触发器, 如图170所示。图中 R、S是输入端,Q、Q 是输出端,CP为时钟控制端。 同步 RS 触 发 器 的 逻 辑 功 能 为: ① 当 CP=0时,G3 门、G4 门 被 封 锁,不 管 R、S 为0还是1,R0 和S0 都是1,由基本 RS触发 器功能可知,触发器的状态不变;②当 CP= 1时,G3 门、G4 门被 打 开,R、S 信 号 能 够 图170 同步 RS触发器逻辑图及逻辑符号 35 通过,则由基本 RS触发器的功能可知: 当 R=0、S=0时,R0=1、S0=1,触发器状态不变; 当 R=1、S=0时,R0=0、S0=1,触发器置0; 当 R=0、S=1时,R0=1、S0=0,触发器置1; 当 R=1、S=1时,R0=0、S0=0,触发器状态不定,这种情况是不允许的,所以同步 RS触发器的约束条件为 R·S=0 根据以上分析,可以写出同步 RS触发器的状态转换真值表,见表110。 (181) 表110 同步 RS触发器状态转换真值表 现态 输入 次态 说明 Qn R S Qn+1 Qn+1 0 0 0 0 1 0 0 1 保持 0 1 0 0 1 1 0 0 置0 0 0 1 1 1 0 1 1 置1 0 1 1 × 1 1 1 × 不定 由真值表可写出特性方程,化简后为 烅烄Qn+1 = RQn +S 烆R·S=0 (CP=1有效) (约束条件) (182) 2D 触发器 D触发器也称为维持阻塞 D触发器,其逻辑图及逻辑符号如图171所示,它由6个与 非门组成,其中 G1 门、G2 门 构 成 基本 RS触发器,G3 门~G6 门为引 导电路,D 是输入端。 由图 可 知,当 RD=SD=1 时, G1 门、G2 门 打 开,在 此 基 础 上 则 有: 1)CP=0,G3 门、G4 门 被 封 锁,P1=P2=1,使触发器的状态保 持不变,同时通过维持反馈线使P3、 P4 保 持 在 某 一 状 态,即 D=0 时, P3=1,P4=0;D=1 时,P3=0, P4=1。 图171 D触发器逻辑图及逻辑符号 2) 当 CP由0变1时,在D=0的情况中,由于P4=0,则P2=1;因P3=1,故P1=0, 使触发器置0,Q=0,Q=1。在 D=1的情况中,由于 P4=1,则P2=0,使触发器置1,Q =1,Q=0。 3) 在 CP=1期间,触发器具有维持阻塞作用,即无论 D如何变化,触发器的状态保持 36 不变。 综上所述,D触发器在 CP 上升沿触发翻转,且输出状态等于此时刻 D 的状态;而在 CP=1期间,D 的状态不会改变触发器的状态。 表111是 D触发器的状态转换真值表,图172是时序图。由真值表可写出特性方程为 Qn+1 = QnD+QnD= D (183) 表111 D触发器状态转换真值表 现态 输入 次态 说明 Qn D Qn+1 Qn+1 0 0 0 置0 1 0 0 0 1 1 置1 1 1 1 图172 D触发器时序图 183 寄存器 寄存器是具有存放数据、指令等功能的电路。 1) 数码寄存器 图173是由四个基本RS触发器组成的四位接收数码寄存器电路,D4、 D3、D2、D1 是数码输入端,Q4、Q3、Q2、Q1 是输出端,接收端的控制信号同时控制四个 基本 RS触发器对输入端数码的接收。 图173 四位数码接收寄存器 当接收信号为低电平时,所有控制门被封锁,RDi=SDi=1,触发器Fi 的状态保持不变。 当接收信号为高电平时,各控制门打开,这时 SDi=Di,RDi=Di。将它们代入基本 RS 触发 器 的 特 性 方 程 可 得 Qi(n+1) =Di,即数码存入了寄存器。 2) 移位寄存器 图174是 由 D触发器组成的四位左移寄存 器,其中 SL是串行数码输入端, CP是移位脉冲输入端。 由图可以看出,各触发器的 输出端 Q 均接至它左边触发器的 D端,因而 CP 脉冲上升沿每作 用一次,每个触发器中的数码依 次向左移动一位。串行输入数码 则经触发器F1 依次移入。图174 图174 四位左移寄存器及其时序图 37 中所画出的时序图是数码1101从SL 移入至全部移出寄存器的工作波形。 移位寄存器的种类很多,数码输入除了串行输入还有并行输入,移位的方向有左移、右 移,还可双向移动。 184 计数器 计数器是用来累计输入脉冲的时序逻辑电路,除了用于计数,还可用来定时、分频。 计数器的种类很多,按时钟脉冲的连接方式,分为同步计数器和异步计数器;按进位制 分为二进制计数器、十进制计数器和 N 进制计数器。 1) 同步四位二进制计数器 所谓同步是指组成计数器的所有触发器共用一个时钟脉冲, 使应该翻转的触发器在时钟脉冲作用下同时翻转,这个时钟脉冲也就是被计数的输入脉冲。 如图175所示,同步四位二进制计数器由四个主从JK 触发器及四个与非门组成,其中JK 触发器的J、K 端连接在一起,从而构成 T触发器。RD 是清零端。 图175 同步四位二进制加法计数器 由于 T触发器的特性方程为 Qn+1 = TQn +TQn (184) 所以只有在 T=1时,触发器在 CP下降沿的作用下才能翻转,即 Qn+1=Qn;而 T=0时, 触发器不能翻转,即 Qn+1=Qn。由此可写出各触发器输入端的逻辑关系式 T1=1 T3=Q2n·Q1n T2=Q1n T4=Q3n·Q2n·Q1n 假如计数器的初始状态为 Q4nQ3nQ2nQ1n=0000,则在第一个脉冲的下降沿作用下,计 数器将变为 Q4nQ3nQ2nQ1n=0001,依此类推,计数器用二进制代码记录输入脉冲的个数。 当计数器计至 Q4nQ3nQ2nQ1n=1111时,下一个脉冲到来将使计数器归零,即 Q4nQ3nQ2n Q1n=0000。图176是四位二进制加法计数器的时序图。 2) 同步十进制计数器 图177是由四个JK 触发器和一个与门组成的同步十进制计数 图176 四位二进制加法计数器时序图 38 器,编码方式为8421编码。RD 是清零端,C是进位端。 图177 同步十进制加法计数器 输入方程: 进位方程: J1=1 J2=Q4nQ1n J3=Q2nQ1n J4=Q3nQ2nQ1n K1=1 K2=Q1n K3=Q2nQ1n K4=Q1n 状态方程: C=Q4nQ1n Q1(n+1)=J1Q1n+K1Q1n=Q1n Q2(n+1)=J2Q2n+K2Q2n=Q4nQ2nQ1n+Q2nQ1n Q3(n+1)=J3Q3n+K3Q3n=Q3nQ2nQ1n+Q3nQ2nQ1n Q4(n+1)=J4Q4n+K4Q4n=Q4nQ3nQ2nQ1n+Q4nQ1n 如果计数器的初始状态在0000~1001之间,则计数器随着计数脉冲的不断输入将始终 在0000~1001十个状态中依次递增循环,且这十个状态代码表示的十进制数与对应的十进 制数之间符合8421编码规律。假如电路由于某种原因进入了1010~1111六个无效状态,则 在计数脉冲的作用下,最多经过两个脉冲便可回到正常循环圈内,即这种计数器具有自启动 功能。 时序电路种类较多,分析也比较复杂,限于篇幅不作更多讲述,需要时请参照有关书 籍。 第2章 电子仪器维修基本工艺 21 线束制作工艺 211 概述 1线束制作的基本要求 1) 线束的尺寸、形状应符合扎线图的要求,分支处不能出现加错或甩错线的现象。 2) 线束转弯处弯曲半径要比线束在该处的直径大2倍以上,对经常活动的部位,在扎 线之前应把线束拧成绳状 (约45°),并留够活动的长度余量,然后在其外面缠绕聚氯乙烯 胶带或套上绝缘套管,必要时进行捆扎。 3) 扎距均匀,力求美观结实,扎距一般取线束直径的2~3倍,并根据分支情况适当增 减扎距,使分支前后的主干上均有结扣。 4) 打结力度适中,既不太松也不太紧,太松则失去了捆扎作用,太紧又可能会损伤导 线的绝缘层。 5) 理顺导线时,切忌用力拉拽导线,以免拉断芯线。 6) 线束表面平直,无扭转交错,分支应从主干线的侧下方甩出,结扣配置在线束下面, 保证线束安装到机箱内后,所能看到的结扣最少。 7) 导线在导线束内的布放一般为屏蔽导线在下面,粗导线在两侧,长导线在上面,短 导线在中间,导线束内屏蔽导线的接地处理应符合有关技术要求。 8) 导线较多的线束,捆扎时应有备份导线,备份量为总根数的3%左右,备份导线的 长度等于导线束中最长的导线,线径为最粗的线径。 2线束制作方法 线束的制作有样板布线法、续线法、机上绑扎法三种。 1) 样板布线法 样板布线是将1∶1的扎线图粘贴在样板上,并在样板上直接布线。它 适用于研制阶段还没有完全定型的小批量试生产样机的线束制作,或大型线束的制作。样板 布线法对线束制作人员的技术要求不是太高。工艺方法如图21所示。 图21 样板布线 40 样板的材料为表面光洁平整的木质板料,常用五合板,大小以扎线图尺寸为准。将扎线 图粘贴在样板上,选用一定长度的圆钢钉钉在样板图的拐弯和分支处,并套上长于钉杆3~ 5mm 的塑料套管。 根据设计或工艺排线表的要求,按屏蔽导线、短导线、长导线的顺序,将导线布放在样 板上,然后把相互交叉的导线整理调顺,并在导线束的拐弯、分支、甩线处用细铜丝或其他 材料初步捆扎成线束初样。将初样从样板上取下,用尼龙线或其他绑扎材料按扎线图要求进 行正式绑扎,最后拆除初绑材料。 2) 续线法 续线法是根据工艺文件规定的扎线方向和续线、甩线顺序,按图样扎线的 工艺方法。它适用于已经基本定型、不带封闭路径的中小型导线束。续线法对线束制作人员 的技术要求较高,要求能够识读扎线图和工艺排线表。工艺方法如图22所示。 图22 续线法示意图 3) 机上绑扎法 这是直接在电子设备上 进行布线和绑扎的方法。先将导线按工艺要求 的路径布放到电子设备上,然后用捆扎材料将 同一路径上的所有导线捆扎成束。此方法适用 于产品研制初期的样机线束制作,或科研中研 制设备的线束制作。它对线束制作人员的技术 要求最低。 3捆扎材料 扎线材料分为四类:捆扎线、线卡子、螺 旋扎线带、套管及线槽。捆扎线常用棉线、尼 龙线和亚麻线等,为防止打滑,捆扎线常用石 蜡浸渍处理。线卡子一般用尼龙或塑料制成, 其常见的形状如图23所示。螺旋扎线带、套 图23 线卡子 41 管、线槽捆扎线束的方法如图24所示。 图24 扎线带、套管、线槽扎线 212 扎线图和工艺排线表 扎线图是线束制作的主要依据。如图22所示,在扎线图中标明了线束走向、形状、尺 寸、导线的线号及导线两端连接的元器件等。由于扎线图中只有每根导线的线号,而并不标 明导线的其他内容,因此仅有扎线图还不能进行线束制作,必须同时依据工艺排线表。工艺 排线表是依据扎线图和导线表制定出来的,它规定了线束制作的工序,每一工序应甩出或加 入的导线,这些导线两端的去向、型号规格、颜色、近似长度、留长等内容。结合扎线图和 工艺排线表就可以迅速而正确地扎好线束了。 扎线图采用的是平面投影展开图形,比例一般为1∶1。为了示出线束的走向和形状,扎 线图中必须使用一些特定的符号,这些符号含义如图25所示。 图25 扎线图中的符号 表21是一份工艺排线表的一小部分。表中导线的线号通常采用等电位编号法,即每根 导线用两个号码编号,前一个号码表示按等电位为顺序排列的电位号,电位号相同的所有导 线在电气上是连接在一起的;第二个号码表示同一电位内导线的顺序号。留长为该导线在此 处加入线束时不捆扎或暂时不作捆扎的长度。 42 线号 从何处来 位号 点号 404 CZ105 1 414 CZ105 3 471 CZ105 5 472 CZ105 5 481 CZ105 6 482 CZ105 6 甩:404,414 403 CZ104 1 413 CZ104 3 451 CZ104 8 452 CZ104 9 461 CZ104 5 表21 工艺排线表 到何处去 位号 点号 导线规格/mm2 CZ104 2 CZ104 4 L18 1 ZCZK 5 L18 2 ZCZK 6 ASTVR1×075 ASTVR1×075 ASTVR1×035 ASTVR1×035 ASTVR1×05 ASTVR1×05 CZ103 3 CZ103 8 L17 1 ZCZG 38 L17 2 ASTVR1×075 ASTVR1×075 ASTVR1×035 ASTVR1×035 ASTVRP1×02 近似长度 留 长 导线颜色 /mm /mm 红 280 60 蓝 280 60 蓝 540 60 蓝 970 60 绿 540 60 绿 970 60 红 300 110 蓝 300 110 蓝 460 110 蓝 810 110 灰 460 110 213 续线法扎线的工艺过程 1准备工作 1) 按照工艺排线表准备各种型号规格的导线。 2) 准备好扎线中用到的材料,主要有捆扎材料,导线标记用的甲基紫或甲基红、二氯 乙烷、描图笔、抹布、胶布、石蜡或胶粘剂等,其中石蜡或胶粘剂是用来点封结扣的。 3) 扎线用的工具,主要有下料用的剪刀、米尺、20~30cm 直尺,标记时用的描图笔、 抹布,捆扎时用的电烙铁、镊子、钳子等。电烙铁只用于捆扎材料为尼龙线时烫化扎线线 头,使其冷却后结成一个小疙瘩,不致散开。 2下料和标记 1) 按工艺排线表规定的近似长度剪切导线。如果线束不大就一次下料;如果是大线束, 为避免混乱,可先下两三个工序的导线。下料通常用米尺量取。 2) 在白胶布上写好工艺排线表中规定的线号,每个线号写两遍,然后贴在导线两端距 离端头5~7mm 处,要求两端线号的方向都是从端头向中间读。 有时因下料方法不当,导线一端的芯线会缩入绝缘护皮里很长一段,此时要先剪去这段 空的护皮,然后再按工艺排线表中的近似长度量取。 3捆扎 依据工艺排线表和扎线图捆扎线束,在工艺排线表规定的地方甩出或续入导线。线束的 捆扎有两种方法:点结和连续结。 点结是用扎线材料在线束上不连续地打结,如图26所示。这种方法比较简单省时。 连续结所用扎线材料则只能是捆扎线,它是用一条扎线在线束上打成连续的结,扎线不 够长时,中间要进行续接。连续结的种类分为初始结、中间结、分支结和终结。下面一一介 绍这些结的打法。 43 图26 点结法示意图 a) 点结的打法 b) 点结实例 1) 初始结 初始结的打法通常 有两 种,如 图 27 所 示,其 中 图 b 的打 法 更 为 美 观。 初 始 结 一 定 要 松 紧合适。如果太松,结扣就会沿着 线束 向 中 间 结 滑 动, 失 去 捆 扎 的 作 用;太紧 则 可 能 损 伤 导 线 的 绝 缘 护 皮。初始 结 的 短 线 头 通 常 是 和 导 线 一起扎进线束里,也可以剪短。 2) 中间结 中间结的打法有单 线结 和 双 线 结 之 分, 一 般 细 线 束 或 线束 的 较 细 分 支 用 单 线 结, 粗 线 束 则必须用双线结。图 28 所 示 为 双 线中间结的打法,图 29 所 示 为 打 好的双线中间结。 图27 初始结的打法 a) 两端同向打结 b) 两端反向打结 图28 双线中间结的打法 图29 打好的双线中间结 单线结的打法与双线结相似,它在线束上只缠一圈。图210是用双股扎线采用单线结 打法捆扎的线束。 因打法上的微小差异,中间结可能会成为图211所示的形状。 3) 分支结 分支的处理较为灵活,图212是用初始结重新起头的分支捆扎方法,一般 用于较粗的线束。图213所示则是用分支结起头的 T形分支捆扎方法。图214所示为 Y 形 分支的捆扎方法。在前面图210中则示出了双股捆扎时分支的处理方法。 44 图210 双股捆扎及分支 图211 中间结的其他形状 图212 分支的捆扎 图213 T形分支 图214 Y形分支 4) 续线结 捆扎线的长度通常取1~15m,太长会使打结时穿线很不方便。稍大点的 线束,一根扎线肯定是不够的,因 此 在 捆 扎 中 间 会 遇 到 续 接 扎 线 的 情 况。 图 214 中 结I就 是续线结,图215是续线结的打法。 5) 终结 终结是在中间结的基础上打成的。图216是在双线中间结的基础上打成的终 结,在单线中间结基础上打终结与此相同。图217是双股线捆扎时终结的打法。 4写号 整个线束捆扎完毕,先依据扎线图的尺寸剪除每根导线的余长部分,然后用化学试剂将 线号写在导线的绝缘层上。具体方法如下: 45 图215 续线结的打法 图216 终结的打法 图217 双股终结 取少量甲基紫 (或甲基红) 颗粒 (约2g) 放入小试剂瓶中,倒入适量 (约10mL) 二氯 乙烷液体,用描图笔轻轻搅拌,待甲基紫完全溶化后,用描图笔醮取溶液在导线绝缘层上写 号,写号的要求如图218所示。晾置几分钟,待甲基紫干后,要用抹布用力擦去标记处的 粉末。因甲基紫溶液会与导线绝缘护皮发生化学反应,故不必担心会擦掉线号,若不擦去, 甲基紫粉末容易弄脏衣服和手。 图218 导线写号 写好线号后,就可以去除原先的白胶布。工艺设计上不要求在绝缘层上写号或因线径、导 线颜色等原因不能写号的导线仍保留白胶布线号。在导线绝缘护皮上写号要注意以下几点: 1) 写号一定要从端头向中间写。为避免出错,可将导线对折后写号。 2) 写号起始位置为留够线端剥头长度后再留15mm,不同焊接方式下线端剥头长度可 参照表22结合实际情况调整。 表22 锡焊连接的剥头长度 连线方式 剥头长度/mm 基本尺寸 调整范围 连线方式 剥头长度/mm 基本尺寸 调整范围 搭焊连线 3 +2 绕焊连线 -0 15 ±5 钩焊连线 6 +4 插焊连线 -0 5 +5 -0    3) 导线较细时,写号可以适当倾斜,并边写边旋转导线,利用导线绝缘护皮整个圆周 面写号。 214 线头处理方法 1普通导线的线端加工 (1) 剥头 46 常用的剥头方法有热截法和刃截法。此外还有磨线法、烧线法和化学法。 1) 刃截法 手工生产时常采用剥线钳,大 批量生产时则使用自动剥线机。使用剥线钳操作 简单,如 图 219 所 示, 左 手 把 导 线 线 端 放 进 钳 口里, 右 手 握 紧 钳 柄, 然 后 松 开, 取 出 导 线 即 可。刃截法的缺点是容易损伤芯线,因此单股线 禁止采用刃截法。 军用电子产品不允许采用刃截法剥头,其他 产品对刃截法也有严格要求。允许受损伤芯线的 股数应根据芯线的总股数参照表23确定,受损 伤的芯线不允许断股,断股的芯线应弃之不用。 图219 剥线钳的使用 表23 允许损伤的芯线股数 芯线总股数 <7 7~15 16~18 19~25 26~36 37~40 >40 允许损伤的芯线股数 0 1 2 3 4 5 6 2) 热截法 一般采用热脱器 (或称烧切器、烧线器),如图220所示,它是由变压器、 开关、电热丝 (电阻丝) 等元器件组成的简易设备。市电受开关控制后,经过变压器降压为 3~6V,加到一段较短的电热丝上即可使其发热烧红。剥头时把导线放在电热丝上旋转一 周,就能把绝缘层烧断一段(图221)。 图220 热脱器 a) 固定式 b) 移动式 图221 导线剥头 热截法操作较简单,基本不会损伤芯线,缺点是温度过高,可能造成芯线退火软化,烧 切处绝缘层会烧焦变黄,影响美观。此外,部分绝缘材料受热会产生有毒气体,影响人体健 康。 上述两种常用剥头方法选用的基本原则概括如下: ① 乙烯绝缘的纱包或丝包线选用热截法。 ② 绝缘层耐热差,受热易熔化的导线用刃截法。 ③ 采用聚四氟乙烯等受高温加热会产生有毒气体的材料绝缘的导线宜用刃截法。 ④ 耐热优良,热截法无效的导线 (如高温导线) 采用刃截法。 ⑤ 绝缘层很厚的导线宜用刃截法。 3) 其他剥头方法简介: 磨线法用于单股漆包线及聚乙烯线等,它是用砂纸磨去被覆层。由于容易损伤芯线,故 较细的导线不宜采用; 烧线法主要用于绞合线,它是用明火烧去绝缘层。此法容易使芯线表面变得粗糙,失去 47 原有的金属光泽,影响下一步的镀锡及焊接效果; 化学法广泛用于漆包线和聚乙烯线。它是在被覆层上刷涂化学剥离液,使被覆层膨胀, 然后用抹布即可擦除被覆层。 (2) 捻线 捻线又称捻头。多股导线剥头后,芯线容易散开,松散的线头搪锡后,线端直径变粗, 无法进行插装焊接或穿孔焊接,因此搪锡前一定要进行捻头处理。捻头应按原来合股的方向 拧紧,芯线拧紧后不得松散,一般捻线角度为30°~45°。 (3) 搪锡 搪锡又称预挂锡、镀锡。搪锡主要用焊锡锅 (缸、槽) 进 行,少量导线也可用电烙铁进行。 1) 用焊锡锅搪锡 用不锈钢或聚氯乙烯刮板刮除锡锅中焊 锡表面的氧 化 物, 将 焊 锡 加 热 到 350℃ 左 右; 将 准 备 好 的 芯 线 端头蘸 上 少 量 液 体 助 焊 剂, 然 后 将 其 插 入 焊 锡 中 搪 锡, 如 图 222所示。搪锡时间视芯线粗细而定,以芯线表面能均匀镀上 一层薄薄的焊锡而又不损伤绝缘护皮为原则,一般细导线应控 制在3s以内。从焊锡锅中取出导线时动作要迅速,防止周围的 污物随导线一同带出。 图222 导线搪锡 导线搪锡后要立即用酒精等有机溶剂清洗。搪锡持续时间如果较长,中间应往焊锡锅中 加入适量助焊剂,以防止焊锡过度氧化。 2) 用电烙铁搪锡 先清除烙铁头上的氧化物,然后在烙铁头焊接面上熔化少许焊锡, 将导线芯线放在固体松香上面,用烙铁头加热芯线,边加热边转动导线,使芯线表面均匀镀 锡。加热时始终要保持芯线在松香表面,而不能陷入溶化的液态松香中。 用电烙铁搪锡时,导线芯线根部不搪锡的长度要求和焊锡锅搪锡一样 (图222)。 不论用哪种方法搪锡后,要求芯线表面锡层平滑均匀,薄而完整,并能看出芯线拧紧的 纹理。 2屏蔽导线及同轴电缆的线端加工 (1) 同轴电缆的线端加工 加工方法及步骤如图223所示: 1) 按设计要求截一段同轴电缆。 2) 用热截法或刃截法去掉一段规定长度的外绝缘层。 3) 剪去一段铜编织网。 图223 同轴电缆线端加工 a) 同轴电缆 b) 去掉外绝缘层 c) 剪短编织网 d) 去掉内绝缘层 e) 搪锡 48 4) 根据焊接连线的方式,去掉一段内绝缘层。 5) 在铜编织网和内绝缘层之间垫上两层黄腊绸,用镀锡铜线在铜编织网上缠绕两圈, 然后锡焊,最后对芯线进行搪锡处理。图中 L2 由工作电压确定,工作电压在500V 以下时, 取 L2=10~20mm;500~3000V 之间时,取 L2=20~30mm;大于3000V 时,取 L2 应大 于30mm。 6) 如有必要,可在铜编织网上加绝缘套管。 (2) 屏蔽导线不接地端的加工 加工方法及步骤如图224所示: 图224 屏蔽导线不接地端的加工 a) 屏蔽导线 b) 去掉外绝缘层 c) 推松编织网 d) 剪短编织网 e) 翻转编织网 f) 搪锡 1) 按设计要求截一段屏蔽导线。 2) 用热截法或刃截法去掉一段规定长度的外绝缘层。 3) 左手拿住屏蔽导线的外绝缘层,右手手指向左推编织网,使之成为图224c所示形 状。 4) 剪断松散的编织网。 5) 把编织网翻转过来,套上热缩套管并加热,使套管收紧套牢,图中 L2 的要求与同 轴电缆相同。 6) 根据焊接连线的方式,去掉一段内绝缘层,然后给芯线搪锡。 (3) 屏蔽导线接地端的加工 加工方法及步骤如图225所示: 图225 屏蔽导线接地端的加工 a) 屏蔽导线 b) 去掉外绝缘层 c) 抽出芯线 d) 去掉内绝缘层 e) 搪锡 1) 按设计要求截一段屏蔽导线。 2) 用热截法或刃截法去掉一段规定长度的外绝缘层。 3) 从编织网中抽出芯线。 49 4) 把编织网去掉一部分,然后拧紧、搪锡,图中 L2 的要求与同轴电缆相同。也可如 图e所示,将拧紧的编织网剪短,再焊上一段导线,并套上套管。 5) 根据焊接连线的方式,去掉一段内绝缘层,然后给芯线搪锡;把编织网翻转过来, 套上热缩套管并加热,使套管收紧套牢,然后给芯线搪锡。 215 线束的修理 线束的故障可分为局部故障和大故障两类。局部故障通常指导线端头断线以及线束中间 断线少于五根的情况;大故障则包括线束中间断线在五根以上,线束严重烧毁,绝缘层老化 严重等。 对于导线端头断线,只需将该线头所在的线束分支的全部导线焊下 (如果能方便地单独 焊下断线的导线断头,则不必拆焊别的导线),标记如已不清,可用白胶布写上相应的线号, 包住各根导线。将断线的导线端头重新剥头、搪锡、清洗并标记好后,再将该分支的导线一 一焊回原处。 对于中间少量断线,如果线束较小,可拆开线束换上新线,按前述工艺要求将线束重新 扎好。如果线束较大,或很长,通常处理的方法是将断线的导线两端都焊下,用绝缘胶布包好。 用与原导线同型号规格、同颜色的导线附在线束底下,采用点结的方法与线束捆扎在一起。 对于严重损坏的线束,只能全部拆下来,然后重新制作新的线束并装上。 22 手工烙铁焊接工艺 221 焊接工具 1电烙铁 电烙铁是锡焊的基本工具,它的作用是把电能转换成热能,用以加热工件,熔化焊锡。 1) 外热式电烙铁 外热式电烙铁的结构如图226所示。它是由烙铁头、烙铁芯、外 图226 外热式电烙铁 壳、木柄、电源引线、插头等部分组成。由于烙铁头安装在烙铁芯里面,故称为外热式电烙 铁。 烙铁 芯 是 电 烙 铁 的 关 键 部件,它 是 将 电 热 丝 平 行 地 绕制在一根空心瓷管上构成, 中间 由 云 母 片 绝 缘,并 引 出 两根导线与220V 交流电源连 接。烙 铁 芯 的 结 构 如 图 227 所示。 图227 烙铁芯的结构 50 外热式电烙铁的规格很多,常用的有25W、45W、75W、100W 等。功率越大,烙铁头 的温度也就越高。 烙铁芯的功率规格不同,其内阻也不同。25W 烙铁芯的阻值约为2kΩ,45W 烙铁芯的 阻值约为1kΩ,75W 烙铁芯的阻值约为06kΩ,100W 烙铁芯的阻值约为05kΩ。当我们不 知所用的电烙铁为多大功率时,便可测量其内阻值,参考上述阻值加以判断。 烙铁头是用纯铜材料制成的,它的作用是储存热量和传导热量。烙铁的温度与烙铁头的 体积、形状、长短等都有一定的关系。当烙铁头的体积比较大时,则保持温度的时间就长 些。另外,为适应不同焊接物的要求,烙铁头的形状有所不同,常见的有锥形、凿形、圆斜 面形等,具体的形状如图228所示。 图228 烙铁头的形状 外热式电烙铁的烙铁头温度可以通过调节烙铁头插入烙铁芯的深度而在小范围内调整。 2) 内热式电烙铁 内热式电烙铁的结构如图229所示,它是由手柄、连接杆、弹簧 夹、烙铁芯、烙铁头组成。由于烙铁芯安装在烙铁头里面,故称为内热式电烙铁。内热式结 构发热快,热利用率高,20W 内热式电烙铁的热量与40W 左右的外热式电烙铁相当。内热 式电烙铁的常用规格有20W、35W、50W 等几种。 图229 内热式电烙铁的外形与结构 内热式电烙铁头的后端是空心的,用于套接在连接杆上,并且用弹簧夹固定,当要更换 烙铁头时,必须先将弹簧夹退出,同时用钳子夹住烙铁头的前端,慢慢地拨出,切记不能用 力过猛,以免损坏连接杆。 内热式电烙铁的烙铁头温度可以通过调节烙铁头套在连接杆上的深度而在小范围内调 整。 3) 恒温电烙铁 由于在焊接集成电路、晶体管元器件时,温度不能太高,焊接时间不 能过长,否则就会因温度过高造成元器件的损坏,因而必须对电烙铁的温度加以限制。恒温 51 电烙铁的烙铁头尾端是强磁体传感器,烙铁头温度不太高时,强磁体传感器吸附磁芯开关 (加热器控制开关) 中的永久磁铁,磁芯开关闭合,电烙铁加热升温;当烙铁头温度上升超 过强磁体传感器的居里点时,强磁体传感器失去磁性,磁芯开关在弹性簧片的作用下进入断 开状态,电烙铁停止加热,温度逐渐下降;当温度降到强磁体传感器居里点以下时,强磁体 传感器恢复磁性,磁芯开关重新闭合,开始下一轮加热过程,如此循环往复,从而使烙铁头 的温度在一定范围内保持稳定。恒温电烙铁的内部结构及原理示意图如图230所示。 图230 恒温电烙铁结构及原理示意图 除采用断续通电来控制温度 外,恒 温 电 烙 铁 通 常 先 通 过 变 压 器 将 市 电 变 换 为 直 流 12~ 24V 后再加到电热丝上加热,有的还设有电子调温电路,使温度在240~450℃范围内连续 可调。 4) 吸锡电烙铁 吸锡电烙铁是将活塞式吸锡器与电烙铁熔为一体的拆焊工具,它具有 使用方便、灵活、适用范围宽等特点。这种吸锡电烙铁的不足之处是每次只能对一个焊点进 行拆焊。活塞式吸锡器的内部结构如图231所示。 图231 吸锡器内部结构 吸锡电烙铁的使用方法是:接通电源预热3~5min,然后按压按钮1将活塞柄推下并卡 住,把吸锡铁的吸头前端对准欲拆焊的焊点,待焊锡熔化后,按下按钮 2,活塞便自动上 升,焊锡即被吸进气筒内。吸锡器通常配有两个以上直径不同的吸头,可根据元器件引线的 粗细进行选用。每次使用完毕后,要推动活塞三、四次,从吸头清除吸管内残留的焊锡,使 吸头与吸管畅通,以便下次使用。 2电烙铁的选用 由前述可知,电烙铁的种类及规格有很多种,而且被焊工件的大小又有所不同,因而合 理地选用电烙铁的功率及种类,对提高焊接质量和效率有直接的关系。如果被焊件较大,使 52 用时电烙铁功率较小,则焊接温度过低,焊料熔化较慢,焊剂不能挥发,焊点不光滑、不牢 固,这样势必造成焊接强度以及质量不合格,甚至焊料不能熔化,使焊接无法进行。如果电 烙铁的功率太大,则使过多的热量传递到被焊工件上面,使元器件的焊点过热,造成元器件 的损坏,致使印制电路板的铜箔脱落,焊料在焊接面上流动过快,并无法控制。 选用电烙铁时,可以从以下几个方面进行考虑: 1) 焊接集成电路、晶体管及受热易损元器件时,应选用20W 内热式或25W 的外热式 电烙铁。 2) 焊接导线及同轴电缆时,应先用45~75W 外热式电烙铁,或50W 内热式电烙铁。 3) 焊 接 较 大 的 元 器 件 时,如 大 电 解 电 容 器 的 引 脚、金 属 底 盘 接 地 焊 片 等,应 选 用 100W 以上的电烙铁。 3电烙铁的使用方法 1) 电烙铁的握法 为了能使被焊件焊接牢靠,又不烫伤被焊件周围的元器件及导线, 视被焊件的位置、大小及电烙铁的规格大小,适当地选择电烙铁的握法是很重要的。 电烙铁的握法可分为三种,如图232所示。图a为反握法,此法适用于握持大功率电 烙铁,焊接散热量较大的被焊件。图b所示为正握法,此法使用的电烙铁也比较大,且多为 弯形烙铁头。图c为握笔法,此法适用于小功率的电烙铁,焊接散热量小的被焊件,如焊接 印制电路板上小功率阻容器件及半导体器件等。 图232 电烙铁的握法 a) 反握法 b) 正握法 c) 握笔法 2) 新的电烙铁不能拿来就用,必须先给烙铁头镀上一层焊锡后才能正常使用。具体的 方法是:首先用平锉把烙铁头锉成所需的形状 (参见图228),然后接上电源,当烙铁头温 度升至能熔化焊锡时,用烙铁头的焊接面醮少许松香,等松香冒烟后再涂上一层焊锡。不 过,必须注意的是:对烙铁头的这种修整只适用于纯铜镀锌合金的普通烙铁头,而现在市面 上有很多纯铜镀铁合金的长寿烙铁头,其焊接面已经修整成各种常用形状供选购,并且进行 了镀银处理,因此对镀铁烙铁头一般不应再修整,否则会降低对焊锡的亲和性。 当电烙铁使用一段时间后,烙铁头的焊接面及其周围就会产生一层氧化层,严重时烙铁 头会出现 “吃锡” 困难的现象;或者由于焊接时的磨损,焊接面出现凹坑,此时可按上述方 法锉去氧化层,将焊接面锉平,重新镀上焊锡。 3) 电烙铁不易长时间通电而不焊接,因为这样容易使电烙铁芯加速氧化而烧断,同时 也会使烙铁头因长时间加热而氧化。 4) 更换烙铁芯时要注意引线不要接错,因为电烙铁有三个接线柱,而其中一个是接地 的,另外两个是接烙铁芯两根引线的。如果将220V 交流电源线错接到接地线的接线柱上, 53 则电烙铁外壳就会带电,容易发生触电事故。此外,带有市电的烙铁头在焊接半导体器件时 可能造成这些器件击穿损坏。 5) 电烙铁在焊接时最好选用松香焊剂,以保护烙铁头不被腐蚀。氯化锌和酸性焊油对 烙铁头的腐蚀性较大,缩短烙铁头的寿命,因而不宜采用。 6) 烙铁应放在烙铁架上,使用时应轻拿轻放。焊接中决不要乱甩烙铁头上的焊锡,以 免烫伤他人。 7) 要安全使用电烙铁,既要防止烫伤身体,又要防止烫伤电源线。绝缘层有破损的电 源线必须更换,以防发生触电事故。离开时,必须断开电烙铁的电源。 4焊接中使用的其他工具 1) 尖嘴钳 用于夹持小型金属零件或弯曲元器件引线,焊接时在焊接点上缠绕导线或 元器件引线。不允许用尖嘴钳装卸螺母。 2) 平嘴钳 用于弯曲元器件引线或导线。 因其钳口无纹路,所以对导线拉直、整形比尖嘴 钳适用。但钳口较薄,不易夹持螺母或需施力较 大部位。 3) 斜口钳 (偏嘴钳) 用于剪切导线、剪除 焊后余长的线头。禁止用斜口钳剪切螺钉、铁钉 或多股钢丝,以免损伤钳口。 4) 镊子 有尖嘴镊子和圆嘴镊子两种,尖嘴 镊子又称为钟表镊子,圆嘴镊子又称为医用镊子。 镊子常用于夹持较细的导线或机械零件、弯曲元 图233 辅助散热 器件引线和夹持元器件 焊 接 等。 用 镊 子 夹 持 元 器 件 焊 接 还 能 起 辅 助 散 热 作 用,如 图 233 所 示。此外,医用镊子常用于夹持小团棉纱醮取无水酒精、航空汽油等有机溶剂清除污物。 222 焊料、焊剂 1焊料 焊料是指易熔的金属及其合金。它的作用是将被焊物连接在一起。焊料的熔点要比被焊 物的熔点低,而且要易于与被焊物连为一体。 焊料按其组成成分,可分为锡铅焊料、银焊料、铜焊料等。按照使用的环境温度又可分 为高温焊料和低温焊料。 电子产品装配维修中,一般使用锡铅系列焊料,又称为焊锡。它具有如下优点: 1) 熔点低,使用25W 外热式或20W 内热式电烙铁便可进行焊接。 2) 具有一定的机械强度,能够满足电子元器件装配的要求。 3) 具有良好的导电性能。 4) 抗腐蚀性能较好。 5) 对元器件引线和导线的附着力强。 焊锡中锡铅比例不同,则 焊 锡 的 品 质 也 不 同。 图 234 是 锡 铅 合 金 状 态 图。 表 24 为 不 同比例锡铅合金的导电性能 及 力 学 性 能。从 图 表 中 可 以 看 出, 含 锡 量 为 60% 左 右 的 焊 锡 熔 点最低,机械强度最高。 54 图234 锡铅合金状态图 表24 锡铅合金的导电性能和力学性能 配比率(%) 导电性(%) 抗拉强度 抗剪强度 锡 铅 (铜=100) /MPa /MPa 100 0 139 149 202 95 5 136 315 315 60 40 116 536 347 50 50 107 473 315 42 58 102 441 315 35 65 97 457 336 30 70 93 473 347 0 100 79 142 139 表25是国产锡铅焊料成分和用途,表26为常用的几种低温焊锡。手工烙铁焊接中通 常使用松香芯焊锡丝,这样在进行印制电路板焊接或小型结构件焊接时就可以不另加助焊剂 了。 焊 锡 丝 的 直 径 有 05mm、08mm、09mm、10mm、13mm、15mm、20mm、 23mm、25mm、30mm、40mm、50mm 等,视焊接点大小加以选用。此外还有带状、 棒状、球状等形状的成形焊料。 表25 锡铅焊料的成分及用途 牌号 主要成分 (质量分数)(%) 锡 锑 铅 杂质 < (%) 熔点 /℃ 抗拉强度 /MPa 用途及焊接对象 H1SnPb10 H1SnPb39 H1SnPb50 H1SnPb582 H1SnPb682 H1SnPb732 H1SnPb802 H1SnPb906 89~91 ≤015 59~61 ≤08 49~51 余 39~41 29~31 15~2 量 24~26 17~19 3~4 5~6 01 06 220 183 210 235 256 265 277 265 43 食品医药卫生物品 47 电子、电气制品 散热器、黄铜 38 工业及物理仪表等 33 电缆护套、铅管 铅管 28 油壶容器、散热器 59 纯铜、黄铜    表26 常用低温焊锡 主要成分 (质量分数)(%) 锡 (Sn) 铅 (Pb) 铋 (Bi) 镉 (Cd) 熔点/℃ 主要成分 (质量分数)(%) 锡 (Sn) 铅 (Pb) 铋 (Bi) 镉 (Cd) 20 40 40 110 50 32 18 23 40 37 125 35 42 23 熔点/℃ 145 150 2焊剂 焊剂有两类,一类是助焊剂,另一类是阻焊剂。阻焊剂主要是工厂加工印制电路板时使 用,将焊点之外所有不需要焊接的部分用阻焊剂覆盖起来,就可以有效地防止焊接 (尤其是 工厂浸焊、波峰焊) 过程中,印制导线之间发生桥接现象。由于手工烙铁焊接时并不直接使 55 用阻焊剂,因此,在这里只对助焊剂加以介绍。 助焊剂是锡焊中十分重要的材料之一,其性能的优劣直接影响焊接的质量,因此在锡焊 过程中不仅必须使用助焊剂,而且要正确选用助焊剂。 (1) 助焊剂的作用 1) 去除氧化膜。焊接前,被焊工件表面不同程度地存在氧化物和油污、灰尘等杂质, 它们会影响焊接的质量,因此必须采取有效措施先去除这些氧化物和杂质。助焊剂中的氯化 物、酸性物质等能够同氧化物发生反应,从而除去氧化物。反应后的生成物及杂质会漂浮在 熔化的焊锡表面,而焊锡与被焊工件的接触面上则很干净,保证了焊接的质量。 2) 防止再次氧化。液态的焊锡及被加热的工件与空气直接接触很容易再次氧化,助焊 剂熔化后,会漂浮在焊锡表面形成一层薄膜,使焊接部位与空气隔绝,从而能够有效地防止 焊锡及工件被氧化。 3) 减小焊料的表面张力。液态的焊锡由于自身的表面张力而力图变成球状,不容易向 周围流散,从而减小了焊料的附着力。助焊剂则有减小表面张力,增加流动性的功能,使焊 锡容易流动,充分浸润被焊工件表面。 4) 使焊点美观。助焊剂具有整理焊点的功能,使焊点表面光滑,保持明亮的金属光泽。 (2) 助焊剂的种类 助焊剂可分为无机系列、有机系列和树脂系列三大类。 1) 无机系列助焊剂。这种类型的助焊剂具有最强的活性,助焊作用很好,但腐蚀性也 最强。它的主要成分是氯化锌或氯化氨,用机油乳化后可制成膏状物质,俗称焊油、焊锡 膏。无机助焊剂主要用于可以很方便清洗的金属焊接,虽然其残渣能用酒精、汽油等有机溶 剂清洗,但在导线、元器件的焊接中,由于焊点密、间距小往往很难彻底清除,因此电子产 品焊接中一般不允许使用。 2) 有机系列助焊剂。这种类型的助焊剂的活性稍弱于无机系列助焊剂,但也具有很好 的助焊作用,仍具有一定的腐蚀性。它的主要成分为有机酸卤化物,其残渣不易清除,受热 后挥发物对人体有害,因此在电子产品焊接中也很少使用。 3) 树脂系列助焊剂。这类助焊剂由松香和活性剂配合而成,其特点是常温下呈中性, 没有腐蚀性,加热后呈现弱酸性,从而具有助焊作用。松香是电子产品焊接中最常用的助焊 剂,手工烙铁焊接中主要使用固体松香,工厂浸焊、波峰焊则主要使用酒精松香溶液,俗称 松香水。松香经反复加热后会碳化变黑而失去助焊作用,故发黑的松香不能继续使用。 表27是几种常用国产助焊剂的配方、性能及适用范围。 表27 常用国产助焊剂的配方、性能及作用 名称 松香酒精焊剂 盐酸二乙胺焊剂 配方 (质量分数)(%) 松香 30 无水乙醇 70 盐酸二乙胺 4 三乙醇胺 6 松香 20 正丁醇 10 无水乙醇 60 焊接性 活 性 适用范围 中 中性 印制电路板、导线焊接 有 轻 好 度 腐 手工烙铁焊接电子元件、零件 蚀 性 56 名称 盐酸苯胺焊剂 201焊剂 2011焊剂 氯化锌焊剂 氯化胺焊剂 配方 (质量分数)(%) 盐酸苯胺 三乙醇胺 松香 无水乙醇 溴化水杨酸 45 25 23 60 10 溴化水杨酸 10 树脂 20 松香 20 无水乙醇 50 焊接性 好 溴化水杨酸 丙烯酸树脂 松香 无水乙醇 79 35 205 681 ZnCl2 饱和水溶液 乙醇 NH4Cl饱和甘油 很好 70 30 活性 有 轻 度 腐 蚀 性 强 腐 蚀 性 (续) 适用范围 同上,可用于搪锡 元器件搪锡、浸焊、波峰焊 印制电路板涂覆 各种金属制品、钣金件 各种黄铜零件 223 锡焊应具备的条件 被焊金属与焊锡之间能否形成合金与下述条件有关: 1) 良好的焊接性。对锡焊来说,焊接性好的金属材料是金、银、铜、锡、镉,其次是 铅、青铜合金、黄铜合金,难焊的金属材料有铁、锡镍合金、铁镍合金、镀锌材料等,很难 焊的金属材料有铬、镍铬合金、镍铜合金、不锈钢,最难焊的金属材料则有铝、铝青铜合 金。良好的焊接性是确保锡焊质量的最基本条件,对焊接性差的金属材料可在其表面电镀 金、银、铜、锡 (一般为锡铅合金,即焊锡) 来提高其焊接性,镀金、银还能提高导电性。 2) 表面清洁。即使是焊接性很好的金属,如果其表面氧化严重或有油污,也会影响焊 接质量。对于轻度氧化,焊接过程中助焊剂就能够清除,但氧化严重或存在油污时,焊接前 必须打磨或清洗。 3) 合适的助焊剂。应结合被焊件的材质、焊接要求、产品使用环境等因素合理选用助 焊剂。 4) 适当的温度。温度是关系焊接质量的重要因素之一,加热温度以略高于焊锡熔点为 宜。温度过低容易虚焊;温度过高,助焊剂分解过快,助焊作用严重削弱,此外会使印制电 路板焊盘剥落、接线端子绝缘底座熔化。 5) 恰当的焊接时间。在确保被焊件充分湿润的前提下,焊接时间应尽量缩短。通常印 制电路板上小元器件的焊接应控制在 每 个 焊 点 3s以 内, 热 容 量 较 大 的 被 焊 件 则 应 视 湿 润 的 程度适当增加焊接时间。 6) 固定好被焊件。从焊接开始到焊锡冷却凝固的这段时间里,应使被焊件基本保持不 动,否则易造成虚焊。 57 224 焊接前的准备 1元器件引线及导线搪锡 所有需要焊接的导线端头都必须搪锡,导线的搪锡在前面已经介绍,不再重复。 并不是所有的元器件引线都 要搪锡,基本原则是:镀金、镀 银的引线不需搪锡,如果镀层表 面氧化或有污物,用橡皮擦拭干 净即可;镀锡引线如果锡层仍然 比较光亮,也不必搪锡,但如果 锡层氧化严重,已经变灰,甚至 发黑,或者锡层剥落,则必须搪 锡处理,有时还要先用小刀或自 动刮脚机刮除氧化层。搪锡的方 法与导线搪锡的方法相同,其要 求如图235所示。为防止损坏元 器件,半导体器件的搪锡时间应 图235 元器件引线搪锡 a) 阻容器件搪锡 b) 半导体器件搪锡 控制在1~2s内,阻容器件应控制在2~3s以内。 2元器件引线成形加工 在印制电路板上安装的元器件应按照安装方式预先进行成形加工,使用的工具是尖嘴 钳、平口钳或医用镊子。成形时,一只手用钳子或镊子夹住引线根部,另一只手按要求弯曲 引线。成形的基本要求如图236和图237所示,图中 R=2da。图238则为元器件引线成 形后主要标记应处于可视范围内,对色环电阻则没有此项要求。 图236 引线成形的基本要求 图237 引线弯曲 图238 标记位置 58 如果印制电路板上的安装孔距不合适时,则应按照图239要求成形。图240则是直立 插装时元器件成形的情况。 图239 孔距不合适时的成形方法 图240 直立插装元器件的引线成形方法 3印制电路板上元器件的安装方式 元器件在印制电路板上的安装方式可归纳为六种。 1) 贴板安装 (贴装)。如图241所示,将元器件贴紧印制电路板表面安装,安装间隙 小于1mm。当印制电路板元件安装面布有印制导线,而元器件又为金属外壳时,应加装绝 缘衬垫或给元器件套上绝缘套管。航空航天电子设备通常采用这种安装方式。 图241 贴板安装 2) 悬空安装 (浮装)。如图242所示,将元器件距离印制电路板一定高度安装,安装 的距离一般在3~7mm 的范围内。这种安装方式适用于发热较大的元器件及结构上不能贴板 安装的元器件,如功率在1W 以上的电阻、大电流二极管、管脚间距很小的三极管、电容器 等。 图242 悬空安装 3) 垂直安装。如图243所示,将元器件垂直印制电路板表面安装,元器件轴线与印制 电路板表面的夹角为90°±2°。这种安装方式适用于印制电路板面积小、安装密度高的情况, 但引线细而质量较重的元器件不宜采用这种安装方式。此外,由于引线长,分布电感大,高 频电路也不宜采用。 4) 支架固定安装。对质量超过28g的元器件,如小型继电器、放大器、阻流圈等,应 用金属支架将元器件固定在印制电路板上,如图244所示。 5) 粘接和绑扎安装。防振要求高的元器件,贴板安装后可用粘合剂将元器件与印制电 路板粘接在一起,也可以用棉线、尼龙线、锦丝线绑扎在印制电路板上,如图245所示。 59 图243 垂直安装 图244 支架固定安装 6) 埋头安装。又称为嵌入式安装,是将元器件壳体嵌入印制电路板上相应的嵌入孔内 固定,如图246所示。这种安装方式能够降低元器件相对印制电路板的重心,提高防振抗 振能力。 图245 粘接绑扎安装 a) 粘接安装 b) 绑扎安装 图246 埋头安装 在上述六种安装方式中,对于水平安装的元 器件,其插装方向应符合以下原则: 装配图样上标明了方向的元器件严格按图样 插装,如带有极性的元器件、特殊安装的元器件 等;当图 样 没 有 标 明 方 向 时, 按 图 247 所 示 方 法确定插装方向。将布线端子或插脚朝向自己, 并设定图中所示坐标方向,使插装后元器件上文 字标记均沿着两个坐标轴的正向读出。如果印制 电路板元 件 面 上 印 刷 有 元 器 件 符 号、名 称、代 图247 元器件插装方向 号、参数等文字标记,则插装的元器件尽量与这些标记保持相同的方向。 4结构件焊接前的连接 结构件焊接是指在各种形状的接线端子上焊接导线,焊接的形式主要有绕焊、钩焊、搭 焊、插焊四种,其中绕焊和钩焊在焊接之前必须先将导线连接到接线端子上,分别称为绕 接、钩接。 1) 绕接 采用绕接的接线端子形状有带孔片状、柱状、针状、开有侧孔的管状等。图 248是绕接的基本步骤,分别为穿入导线、缠绕、剪掉多余线头、收头、成形。穿入导线 时要综合考虑布线的整齐美观、焊接加热时不会烫伤导线绝缘护皮或套管、便于焊接等因 60 素。一般产品缠绕一圈即可,有特殊要求的可缠绕两圈。绕接要求外形美观,导线始终紧贴 接线端子表面,确保焊接后焊点光 滑, 导 线 端 头 不 外 露。 图 249 是 常 用 的 绕 接 形 式, 图 2 50为不正确的绕接举例。 图248 绕接步骤 图249 常用绕接形式 2) 钩接 钩接比绕接简单,常用于机械强度要求不太高或不便于绕接的场合。其方法 是:用尖嘴钳或医用镊子将导线端头预先弯成钩状,然后钩在带孔接线端子上,并用平口钳 夹紧,如图251所示。图中 D 为10~15mm,通常钩接时不留此长度,焊接时导线绝缘 层受热退缩就会留出适当距离,图中d 为05mm。钩接同样要求外形美观,导线紧贴接线 端子表面。 图250 不正确的绕接 图251 钩接 225 手工锡焊技巧 1手工锡焊步骤 手工烙铁焊接应该按照五步操作法进行: 1) 准备 左手拿焊锡丝,右手拿电烙铁,处于随时可进行焊接的状态,如图252a所 61 示。 2) 加热被焊件 把烙铁头放在接线端子和引线 (导线端头) 上进行加热,如图252b 所示。 3) 放上焊锡丝 被焊件被加热到一定温度后,将焊锡丝加到被焊件上与烙铁头相对的 一侧,不能加到烙铁头上,如图252c所示。 4) 移开焊锡丝 当焊锡熔化到一定量后,迅速移开焊锡丝,如图252d所示。焊锡用 量以刚好包裹整个焊接处为宜,避免用锡太多。 5) 移开电烙铁 当焊锡的扩散范围达到要求后,移开电烙铁,如图252e所示。移开 烙铁的方向和速度会影响焊接质量,操作时 应 特 别 注 意,一 般 从 斜 上 方 约 45°的 方 向 移 开 较 好。水平方向移开电烙铁容易造成印制导线之间桥接,而垂直向上移开电烙铁则容易使焊点 出现拉尖和毛刺。 图252 手工锡焊五步操作法 a) 准备 b) 加热 c) 放焊锡 d) 移开焊锡 e) 移开电烙铁 五步操作法是手工锡焊的基本步骤,对于热容量较大的被焊件,为保证焊接质量,必须 认真按五步法操作;对于热容量较小的焊点,如印制电路板上的焊点、小型结构件的焊接 等,则可简化为三步操作法,分别为准备、同时加热和放入焊锡丝、同时移开焊锡丝和电烙 铁。需要注意的是:焊锡丝实际上仍然必须比电烙铁先移开,否则会被凝固在焊点上。 2结构件焊接 对于绕焊、钩焊和搭焊,电烙铁应同时加热接线端子和导线端头,焊接后导线绝缘护皮 与焊点的距离均要求为10~15mm。图253是绕焊时加热位置示意图;图254为钩焊时 加热位置示意图;图255是搭焊时加热位置示意图。 图253 绕焊 图254 钩焊 图255 搭焊 插焊的对象为管状接线端子,焊接时先加热接线端子,达到一定温度后,往管孔内熔化 焊锡,焊锡不能填满管孔,否则插入导线后焊锡会溢出。此外,焊锡丝应贴着管壁熔化,以 免管孔底部残留气泡或焊剂。图256是导线插入管状端子的示意图,图中 L 一般为10~ 15mm。由于要求导线端头应插到底部,因此导线端头的长度一定要合适。管状端子中焊 62 锡的凝固较慢,在凝固过程中一定要保持导线固定不动,不然易造成虚焊。 3印制电路板焊接 印制电路板上穿孔安装的元器件插装后,其引线有两种处理方法:一种是进行弯曲,使 引线紧贴印制导线;另一种是不弯曲,直接焊接。图257为这两种不同情况中电烙铁加热 位置示意图。 图256 插焊 图257 印制电路板焊接 图258是印制电路板焊接对焊点外观的要求。对于单面印制电路板,原则上不允许在 印制导线面安装元器件,双面和多层印制电路板的焊接则分别应符合图259和图260的要 求。 图258 典型焊点的外观 图259 双面印制电路板的焊接 a) 合格 b) 不合格 (焊锡未填满孔两端) 4焊接缺陷及补救 由于选用的焊锡、助焊剂或焊接工具不合适,或者焊接方法不正确,操作时粗心大意等 原因,焊接中难免会出现有缺陷的焊点。缺陷分为外观缺陷和电气缺陷,不管哪一种,都应 63 尽量 避 免。根 据 缺 陷 的 不 同 类 型、 程度轻重,补救的方法有补焊、重 焊。不论 是 结 构 件 焊 接 还 是 印 制 电 路板 焊 接, 每 个 焊 点 只 允 许 补 焊 一 次,如 果 补 焊 仍 然 不 合 格, 则 应 重 焊。重 焊 前, 必 须 拆 除 焊 点 上 的 导 线或 取 下 元 器 件, 清 除 焊 点 上 的 焊 锡,然后 认 真 查 找 分 析 造 成 缺 陷 的 原因,并采取相应的改进措施,最 图260 多层印制电路板的焊接 a) 合格 b) 不合格 后实施焊接。表28是印制电路 板 焊 接 时 常 见 的 缺 陷 类 型; 图 261 是 结 构 件 焊 接 时 常 见 的 缺陷示例。 焊点缺陷 表28 印制电路板焊接缺陷 外观特点 危害 原因分析 焊料面呈凸形 浪 费 焊 料,且 可 能 包藏缺陷 焊锡丝撤离太晚 元器件引线能够移 动 导通不良或不导通 焊锡未 凝 固 前 引 线 移 动 或 引 线 未 处 理好 出现尖端 外 观 差,在 高 频 高 压电路中容易尖端放 电 助焊剂过少,而加热时间过长 烙铁撤离角度不当 焊料未形成平滑面 强度不足 焊锡丝撤离过早 焊缝中夹有松香渣 强 度 不 足,导 通 不 助焊剂过多,或助焊剂已失效 良,或时通时断 焊接时间短,加热不足 印制导线表面处理不好 焊 点 发 白,无 金 属 焊 盘 容 易 剥 落,强 光泽,表面粗糙 度降低 烙铁功率太大 加热时间太长 64 焊点缺陷 外观特点 危害 表面呈豆腐渣状颗 粒,有时可见裂纹 导电性不好 (续) 原因分析 焊料未凝固前引线搅动 烙铁功率不足 焊料与印制导线接 强 度 低,不 导 通 或 印制导线不清洁 触角过大,不平滑 时通时断 助焊剂不足或质量差 加热不充分 焊锡未流满整个焊 盘 强度不足 相邻印制导线间发 生连接 电气短路 焊料流动性不好 助焊剂不足或质量差 加热不充分 焊锡过多 烙铁撤离方向不当 目测或低倍放大镜 强 度 不 足,焊 点 容 可见孔隙 易被腐蚀 焊盘孔与引线间隙过大 引线浸润不良 引线根部有时有喷 暂 时 导 通,日 久 则 火式 焊 料 隆 起,内 部 易引起导通不良 藏有空洞 焊盘孔与引线间隙过大 引线浸润不良 图261 结构件焊接缺陷示例 a) 虚焊 b) 芯线过长 c) 焊锡浸过外皮 d) 外皮烧焦 e) 焊锡上吸 f) 断丝 g) 甩丝 h) 芯线散开 65 226 拆焊 拆焊又称为解焊。由于种种原因,有时需要将已焊接的焊点拆除,这个过程就是拆焊, 它是焊接技术的重要组成部分。在实际操作上,拆焊比焊接更困难。拆焊方法不当,很容易 损坏元器件,或破坏原焊接点,因此拆焊技术同样是应该熟练掌握的操作技术。 拆焊时,应尽量避免损坏元器件,防止印制电路板的焊盘、印制导线剥落。如果无法保 全元器件,则可先剪断元器件的引线,然后拆除焊点。 1结构件的拆焊 (1) 剪断拆焊法 这种拆焊方法简单易行,不容易损坏元器件及导线,对焊接点也较有利。当待拆焊点上 元器件引线、导线有再焊接余量,或者元器件可以舍去时,可以采用剪断法进行拆焊。 操作时,先用斜口钳紧靠焊点剪断导线或元器件引线,然后用电烙铁加热焊接点,去除 焊锡,露出残留线头的轮廓。接着,用尖嘴镊子或其他针状物挑开线头并取出线头,最后清 理焊接点,准备重焊。 (2) 保留拆焊法 这种拆焊法能够完好地保留元器件的引线或导线的端头,拆焊后可以重新焊接。但这种 方法要求比较严格,操作也较难。 搭焊和插焊的拆除比较容易,在此只对钩焊和绕焊的拆焊进行介绍。 拆焊钩焊点时,首先用烙铁头去掉焊锡,然后撬起并抽出引线。需要注意的是:撬起引 线时应先弄清钩线的方向,并且用力不能过猛。 拆焊绕焊接点比较困难,应严格按以下步骤进行: 首先用电烙铁除去焊接点上的焊锡,露出导线或元器件引线的轮廓,弄清缠绕的方向; 找出导线或引线的端头,用尖嘴镊子或其他针状物挑出线头; 拉出导线,清除焊点上的剩余焊锡; 重新处理导线端头或元器件引线。 2印制电路板元器件的拆焊 (1) 分点拆焊法 对于水平安装的电阻、电容、二极管等两脚器件,可采用分点拆除的方法,即先焊下一 端,然后拆除另一端。为操作方便,通常用台钳或其他夹具将印制电路板夹持成垂直状态, 如图262所示。 (2) 集中拆焊法 有些元器件的焊接点间距比较小,如小型晶体管、直立安装的阻容器件等,可用电烙铁 同时或快速交替加热几个焊接点,如图263所示,待各焊点焊锡均熔化后拔出器件。此法 要求加热迅速,注意力集中,动作迅速。 (3) 多脚元器件的拆焊 1) 用医用针头拆焊 用锉刀将孔径较大的医用针头的针尖锉平,就成为拆焊的工具。 拆焊时,先加热焊点,焊锡熔化后将针头套在焊点上,并来回转动,使元器件引线与印制电 路板的焊盘分开,如图264所示。 2) 用编织导线拆焊 将一段铜编织导线放在松香表面,用烙铁加热使编织导线上粘上 66 图262 分点拆焊法 图263 集中拆焊法 松香,然后将其放在焊点上,把电烙铁放在编织导线上加热焊点,待焊锡熔化后,使编织导 线绕着焊点来回转动几次,则焊点上焊锡会被编织导线吸走,如图265所示。如果焊点上 焊锡一次没有吸完,可反复进行多次,直到吸除干净。当这段编织导线吸满焊锡后,应剪去 再使用。在没有编织导线的情况下,可从多股绝缘导线中拆出芯线,并简单编织,就可代替 编织导线使用。 图264 用医用针头拆焊 图265 用编织导线拆焊 3) 用气囊进行拆焊 加热焊点,使焊锡熔化,然后捏瘪气囊,把吸嘴对准焊锡,松手 则焊锡会被吸入气囊中,如图266所示。 4) 用专用烙铁头拆焊 图267所示的专用烙铁头能够一次完成多脚元器件的拆焊,操 作简单,不会损坏元器件和印制电路板。 5) 用吸锡电烙铁拆焊 拆焊的原理与气囊拆焊相同,但操作更简单,吸锡效果更好。 图266 用气囊拆焊 图267 专用烙铁头 第3章 电子仪器维护的基本知识 31 概述 电子仪器是泛指一切利用电子学原理进行测量的仪表、仪器、装置、系统和辅助设备, 其中常用的有万用表、电子电压表、电子示波器、频率计、阻抗电桥、Q 表、调制度测量 仪、失真度测量仪、频率特性测试仪、频谱分析仪、信号发生器、晶体管特性图示仪和稳压 电源等。随着电子测量技术的发展和电子工业水平的提高,国产电子仪器的品种不断增多, 类型也日新月异,并朝着多功能化、数字化、集成化、自动化和系统化的方向发展。 电子仪器具有功能多、量程广、频率宽、精度高、测速快及便于实现遥控遥测等许多优 点,应用换能技术又可将温度、压力、振动、速度等各种非电量,转变为便于观察、记录和 测量的电量,因此电子仪器的使用范围,已扩大到几乎所有的科学技术领域和国民经济各部 门,成为教学、科研、生产、通信、医疗和国防等方面不可缺少的测量工具。电子仪器是由 电阻、电容、电感等元件和电子管、晶体管、集成电路等器件连接成的各种电子线路,以及 相应的指示器、显示器、记录器、终端装置组合而成的测量仪器。由于它的电路复杂,结构 精巧,定量准确度要求高,并且受温度、湿度、电磁场等环境条件的影响很大,因此,对电 子仪器的维护要周到,使用要正确,检修要得法。 如果对电子仪器维护不周到,比如对外表不注意防护,将会积尘沾污,损害油漆镀层, 使一台新的仪器很快脱漆生锈,破旧不堪;不注意防潮防热,将会使内部的电源变压器、电 路元器件、支架、接线等的绝缘强度下降,因而产生漏电、变值、击穿、烧坏等严重故障。 如果对电子仪器使用不当,比如不注意检查工作电压,而将220V 交流电源加到电源电压为 110V 的仪器上,势必发生烧坏仪器的严重事故;操作过快、过猛,将会使面板上的旋钮、 开关、度盘、插口、插头、接线柱等发生松动、滑位、断裂等现象,因而牵动内部的电路, 造成断线、短路、接触不良等人为事故。如果检修电子仪器不得法,比如对仪器的故障现象 不加以研究分析就瞎摸乱碰,甚至随意变动电路的工作点,势必会出现毛病愈修愈多,终至 无法修复;或者不懂得检修的方法,害怕动手而盲目猜测,即使产生故障的原因仅仅是由于 个别元器件损坏,个别接点开断,也将束手无策,造成时间上和经济上很大的损失。因此, 为了使电子仪器保持良好的备用状况,防止由于使用不当而造成损坏,以及按照科学的方法 进行检修,就必须采取维护电子仪器的基本措施,重视使用电子仪器的注意事项,遵循检修 电子仪器的一般程序。 在维修电子仪器中,经常要检测其内部的电路参数是否正确,工作波形是否正常,元器 件性能是否合格等等。因此,单凭万用表、电烙铁和螺钉旋具是很难完成任务的。特别是专 门的电子仪器修理部门,更要具备必要的物质条件,即配置一定品种、规格、数量的测试仪 器仪表、装修工具、维修器材和参考资料,才能有效地进行工作。 综上所述,要搞好电子仪器的维修工作,应该熟悉和实现维护电子仪器的基本措施、使 用电子仪器的注意事项、检修电子仪器的一般程序和电子仪器修理室的装备条件。本章就对 68 这几方面内容,作比较系统的阐述。 32 电子仪器维护基本措施 认真做好电子仪器的日常维护工作,对延长仪器的正常工作寿命、减少仪器的故障、确 保安全使用和保证测量准确度等方面,都具有十分重要的作用。维护措施大致可归纳为下列 八条: 1防尘、去尘 要保证电子仪器处于良好的备用状态,首先应保持其外表的整洁。因此,防尘与去尘是 一项最基本的维护措施。 大部分的电子仪器都备有专用的防尘罩,仪器使用完毕后应注意加罩。在使用塑料罩的 情况下,最好要等待温度下降后再加罩,以免水汽不易散发出去。如果没有专用的仪器罩, 应设法盖好,或将仪器放进柜橱内。玻璃纤维的罩布,对使用者的健康有危害,玻璃纤维进 仪器内也不易清除,甚至会引起元器件的接触不良和干涩等问题,因此严禁使用。此外,应 禁止将电子仪器无遮盖地长期搁置在水泥地或靠墙的地板上。平时要常用毛刷、干布或沾有 绝缘油 (如废弃的变压器油) 的抹布纱团,将仪器的外表擦刷干净,但不要使用沾水的湿布 抹擦,避免水汽进入仪器内部以及防止机壳脱漆部分生锈。如果发现仪器外壳粘附松香,切 忌使用刀口铲刮,应该使用沾有酒精的棉花擦除;如果粘附焊油,应该使用汽油或四氯化碳 擦除;如果粘附焊锡,可用刀口小心地剔下来。 对于电子仪器内部的积灰,通常利用检修仪器的机会,使用 “皮老虎” 或长毛刷吹刷干 净。应当指出,在清理仪器内部积尘时,最好不要变动电路元器件与接线的位置,以及避免 拔出电子管、石英晶体等插接器件。必要时应事先做好记号,以免复位时插错位置。 2防潮、驱潮 电子仪器内部的电源变压器和其他线绕元件 (如线绕电阻器、电位器、电感线圈、表头 动圈等) 的绝缘强度,经常会由于受潮而下降,发生漏电、击穿,甚至霉烂断线,使仪器发 生故障,因此,对于电子仪器,必须采取有效的防潮与驱潮措施。 首先,电子仪器存放的地点,最好选择比较干燥的房间,室内门窗应利于阳光照射、通 风良好。在精密仪器内部,或者存放仪器的柜橱里,应放置 “硅胶” 布袋,以吸收空气中的 水分。应定期检查硅胶是否干燥 (正常应呈白色半透明颗粒状),如果发现硅胶结块变黄, 表明它的吸水功能已经下降,应调换新的硅胶袋,或者把结块的硅胶加热烘干,使它恢复颗 粒状继续使用。在新购仪器的木箱内,经常附有存放硅胶的塑料袋,应扯开取出改装布袋后 使用。此外,在仪器橱内,也可装置100W 左右的灯泡,或者25W 左右的红外线灯泡,定 期通电驱潮。长期搁置不用的电子仪器,在使用之前应进行排潮烘干工作。通常可把仪器放 置在大容积的恒温箱内,用60℃左右温度加热2~4h。在缺少大容积恒温箱,或者需要大量 进行排潮工作时,可使用适当电功率的调压自耦变压器,先将市电交流电源的电压降低到 190V 左右,使仪器在较低的电源电压下,通电1~2h,然后再将交流电源电压升高至220V 额定值,继续通电1~2h。这样同样可收到排潮烘干的效果,否则,受潮的电子仪器,在使 用220V 交流电源供电时,往往会发生内部电源变压器或整流电路跳火、击穿或局部短路等 故障现象。 根据气候变化的规律,控制仪器存放的房间门窗启闭时间,是一种经济的防潮方法。通 69 常在室内装可换算 “相对湿度” 的干、湿球温度计。当室内湿度大于75%时,特别是在大 雨前后,应关闭门窗。一般早晨的湿度较大,不宜过早开窗,待雾气消失、太阳出来后,再 打开门窗为宜。天气晴朗时,应敞开门窗通风。有时也可利用阳光驱潮,但应避免强烈的阳 光直接照射。在霉雨季节,如果室内存放仪器比较集中,可关闭门窗,并使用辐射式电炉, 以提高室温,排除室内潮气。 3防热、排热 绝缘材料的介电性能会随着温度的升高而下降,而电路元器件的参量也会受温度的影响 (例如,碳质电阻和电解电容器等往往由于过热而变值、损坏),特别是半导体器件的特性, 受温度的影响比较明显,例如,晶体管的电流放大系数和集电极穿透电流,都会随着温度的 上升而增大。这些情况将导致电子仪器工作的不稳定,甚至发生各种故障。因此,对于仪器 的 “温升” 都有一定的限制,一般不得超过40℃;而仪器的最高工作温度不应超过65℃, 即不烫手为限。通常室内温度以保持在20~25℃最为合适。如果室温超过35℃,应采取通 风排热等人工降温措施,也可适当缩短仪器连续工作的时间,必要时,应取下机壳盖板,以 利散热。但应特别指出:要禁止在存放电子仪器的室内,用洒水或放置冰块来降温,以免水 汽侵蚀仪器而受潮。 许多电子仪器,特别是消耗电功率较大的仪器设备,大多在内部装置有小型的排气电风 扇,以辅助通风冷却。对于这类仪器,应定期检查电风扇的运转情况。如果运转缓慢或干涩 停转,将会导致仪器温升过高而损坏。此外,还要防止电子仪器长时间受阳光暴晒,以免使 仪器机壳的漆层受热变黄、开裂甚至翘起,特别是仪器的度盘或指示电表,往往因久晒受 热,而导致刻度漆面开裂或翅起,造成显示不准确甚至无法使用。所以,放置或使用电子仪 器的场所如有东、西向的窗户,应装置窗帘,特别是在炎夏季节,应注意挂窗帘。 4防振、防松 大部分电子仪器的机壳底板上,都安装有防振用的橡胶垫脚。如果发现橡胶垫脚变形硬 化或者脱落,应随时调换更新。在搬运或移动仪器时应轻拿轻放,严禁剧烈振动或者碰撞, 以免损坏仪器的插件和表头等元器件。在检修仪器的过程中,不应漏装弹簧垫圈、电子管屏 蔽罩以及弹簧压片等紧固用的零件,特别在搬运笨重仪器之前,应注意检查仪器上的把手是 否牢靠。对于装有塑料或人造革把手的仪器设备,在搬运的时候应手托底部,以免把手断裂 而摔坏仪器。 在放置电子仪器的桌面上,不应进行敲击锤打的工作。靠近仪器集中存放的地方,不应 装置或放置振动很大的机电设备,对仪器的开关、旋钮、度盘、接合器等的锁定螺钉、螺母 应注意紧固,必要时可加点清漆,以免松脱。新仪器开箱启用时,应注意保存箱内原有的防 振器材 (如万连纸盒、泡沫塑料匣、塑料气垫、纸筋、木花等),以备重新装箱搬运时使用。 5防腐蚀 电子仪器应避免靠近酸性或碱性物体 (诸如蓄电池、石灰桶等)。仪器内部如装有电池, 应定期检查,以免发生漏液或腐烂。如果长期不用,应取出电池另行存放。对于附有标准电 池的电子仪器 (如数字式直流电压表、补偿式电压表等),在搬运时应防止倒置,装箱搬运 时,应取出标准电池另行运送。电子仪器如果需要较长时间的包装存放,应使用凡士林或黄 油涂擦仪器面板的镀层部件 (如钮子开关、面板螺钉、把手、插口、接线柱等) 和金属的附 配件,并用油纸或蜡纸包封,以免受到腐蚀,使用时,可用干布把涂料抹擦干净。 70 6防漏电 由于电子仪器大都使用市交流电来供电,因此,防止漏电是一项关系到使用安全的重要 维护措施,特别是对于采用双芯电源插头,而仪器的机壳又没有接地的情况,如果仪器内部 电源变压器的一次绕组对机壳之间严重漏电,则仪器机壳与地面之间就可能有相当大的交流 电压 (100~200V)。这样,人手碰触仪器外壳时,就会感到麻电,甚至发生触电事故。所 以,对于各种电子仪器必须定期检查其漏电程度,即在仪器不插市电交流电源的情况下,把 仪器的电源开关扳置于 “通” 部位,然后用绝缘电阻表 (习称兆欧表) 检查仪器电源插头对 机壳之间的 绝 缘 是 否 符 合 要 求。 根 据 一 般 规 定, 电 气 用 具 的 最 小 允 许 绝 缘 电 阻 不 得 低 于 500kΩ,否则应禁止使用,进行检修或处理。如果没有绝缘电阻表,也可在预先采取防电措 施的条件下,如带上橡胶手套或站在橡胶垫板上操作,把被测仪器接通市电交流电源,然后 使用万用表的250V 交流电压档,进行漏电程度的检查,具体做法如图31所示,即用万用 表测试棒之一接到被测电子仪器的机壳或 “地” 线接线柱上,而将另一根测试棒,碰触双孔 电源插座的一端,如果无交流电压指示或者电压指示很小,再将这根测试棒调换碰触双孔电 源插座的另一端,如图31虚线部位所示。此时,如果交流电压指示值大于50V,则表明被 测仪器的漏电程度超过允许的安全值,应禁止使用,并进行检修。应当指出,由于仪器内部 电源变压器的静电感应作用,有时电子仪器的机壳对 “地” 线之间会有相当大的交流感应电 压,某些电子仪器的电源变压器一次侧采用了电容平衡式的高频滤波电路,如图32所示, 它的机壳对 “地” 线之间也会有100V 左右的交流电压。如果使用普通的验电笔碰触仪器的 机壳,笔内的氖管会发亮而指示机壳带电。但是上述机壳电压都没有负载能力,如果使用内 阻较小的低量程交流电压表检查,其电压值就会下降到很小。因此,在使用验电笔检测电子 仪器的机壳带电情况时,最好再用万用表的交流电压档来进一步检测其负载能力,这样就比 较可靠。 图31 万用表检测仪器漏电的接线图 图32 变压器一次电容平衡式高频滤波电路 71 7定性测试 电子仪器在使用之前,应进行定性测试,即粗略地检查仪器设备的工作情况是否正常, 以便及时发现问题进行检修或校正。定性测试的项目不要过多,测试方法也应简便可靠,只 要能确定仪器设备的主要功能以及各种开关、旋钮、度盘、表头、示波管等表面元器件的作 用情况是否正常即可。例如,对电子电压表的定性测试,要求各电压档级的 “零位” 调节正 常和电压 “校正” 准确即可;如果无 “校正” 电压装置,可将量程开关扳置在 “3V” 档级, 并用手指碰触电子电压表的输入端,如果表头有指示,即表明仪表测电压功能正常。又如, 对电子示波器的定性测试,要求示波管的 “辉度”、“聚焦”、“位移” 等调节正常,以及利用 本机的 “试验电压” 或 “比较信号” 能观测相应的波形即可。再如,对信号发生器,要求各 波段均有输出指示即可。 8周期检定 因为电子仪器都有一定的寿命和精确度,所以仪器使用日久,它的主要性能就会逐渐下 降,这就要求对仪器主要性能的指标进行定期检定。对于一般的电子仪器,在使用了一定期 限 (一年左右) 或者大修以后,应根据仪器说明书所给出的主要技术数据,借助标准仪器或 者同类型的新仪器进行对比和校准,以检定仪器设备的性能是否下降,这就是所谓定量测 试。精密的标准电子仪器,例如标准信号发生器、补偿式标准电压表、精密万用电桥、数字 频率计等,连续工作1000h或存放时间达到一、二年,就有可能丧失其原有的精确度和可靠 性,必须到法定标准计量单位进行 “法定检定”。通过法定检定后的标准精密仪器,可作为 精确度等级较低的电子仪器的实用标准仪器。 准确度是各种电子仪器的主要技术性能指标之一,它的表征方式有绝对误差、相对误 差、允许误差、基本误差、附加误差等。电子仪器所确定的被测参量的数值称为 “标称值”。 根据标准仪器所确定的被测参量的数值称为 “实际值”。标称值 AH 与实际值 A 之差称为 “绝对误差”ΔA,即 ΔA = AH -A 绝对误差的负值 (-ΔA),即实际值与标称值之差,称为测量的 “校正值” 或 “补值”, 即 σA = A -AH =-ΔA 由此可知,被测参量的实际值等于仪器所测出的标称值与校正值之和,即 A = AH +σA 测量的绝对误差 ΔA 对于测量的实际值A 的百分率,定义为测量的 “相对误差”,即 r = ΔA A ×100% 由于标称值 AH 与实际值 A 极其相近,在计算相对误差时,通常采用 ΔA 对于AH 的百 分率来表示,即 rH = ΔA AH ×100% 这样表征的相对误差通常称为 “相对标称误差”。采用指针式电表作为测量指示器的电 子仪器,其准确度通常是以绝对误差 ΔA 对于相应量程的满度值A0 的百分率表征的,称为 “相对满度误差” 或 “相对引用误差”r0,即 72 r0 = ΔA A0 ×100% 电子仪器的准确度,是仪器在正常的使用条件下,所允许的最大测量误差,此误差即所 谓仪器的 “允许误差”。由于允许误差只是规定了误差的界限,并没有确定其符号,所以在 仪器的允许误差的数字前面标以 “±” 符号。由于环境条件、电源条件以及仪器的工作频率 不同,都会影响电子仪器的准确度,所以,通常以某一特定温度 (20℃)、某一特定频率 (低频仪器用50Hz、400Hz或100Hz,高频仪器用100kHz或1MHz) 以及额定交流电源电压 (220V) 条件下,所规定的允许误差作为 “基本误差”;而把环境温度、工作频率和电源电 压在一定范围内变动时,所导致的附加测量误差,分别为温度附加误差、频率附加误差和电 源附加误差。周期检定就是根据精密仪器所确定的被测参数的实际值,来绘制有关电子仪器 的标称值 “校正” 曲线或 “补值” 数据表,或者确定其准确度的基本误差是否合格 (电子仪 器的基本误差有时采用相对误差和绝对误差相结合的方式来表征,前者适用于大量程的准确 度,后者适用于小量程的准确度)。 实际上,在一般的装备条件下,也很少有 “二次” 甚至 “三次” 传递的标准精密仪器。 因此,对于通用电子仪器的性能鉴定,通常使用准确度较高一级的仪器进行定量测试 (准确 度的等级分别为01、02、05、10、15、25、50等)。例如,可用数字频率计来校正 信号发生器的频率准确度;可用25级的电子电压表来校正 Q 表的Q 值准确度 (一般为 ±5%~10%);可用10级的电工仪表来校正25级的电子电压表的电压准确度等,这样也 有助于避免测量的盲目性。 33 电子仪器使用注意事项 电子仪器如果使用不当,很容易发生人为损坏事故,轻则影响测量工作,重则造成仪器 严重损坏。各种电子仪器的说明书上都规定有操作规程和使用方法,必须严格遵循。在使用 电子仪器前后以及在使用过程中,一般都应注意下述事项,以确保安全,防止事故,减少故 障。 1仪器开机前注意事项 1) 在开机通电前,应检查仪器设备的工作电压跟市电交流电压是否相符;检查仪器设 备的电源电压变换装置是否正确地插置在相应电压的部位 (通常有110V、127V、220V 三 种电源电压部位)。有些电子仪器的熔丝管插塞还兼作电源电压的变换装置,应特别注意在 调换熔丝管时不能插错位置 (如果使用220V 电源而误插到110V 位置,开机通电时就会烧 断熔丝,甚至会损坏仪器内部的电路元器件)。 2) 在开机通电前,应检查仪器面板上各种开关、旋钮、度盘、接线柱、插孔等是否松 脱或滑位,如果发生这些现象应加以紧固或整位,以防止因此而牵断仪表内部连线,甚至造 成开断、短路以及接触不良等人为故障。 仪器面板上 “增益”、“输出”、“辉度”、“调制” 等旋钮,应依反时针向左转到底,即旋 置于最小部位,防止由于仪器通电后可能出现的冲击而造成损伤或失常。如辉度太强,会使 示波管的荧光屏烧毁;增益过大,会使指示电表受到冲击等。在被测量值不便估计的情况 下,应把仪器的 “衰减” 或 “量程” 选择开关扳置于最大档级,防止仪器过载受损。 3) 在开机通电前,应检查电子仪器的接 “地” 情况是否良好,这是关系到测量的稳定 73 性、可靠性和人身安全的重要问题,特别是多台电子仪器联用的场合,最好使用金属编织线 作为各台仪器的接 “地” 连线,不要使用实芯或多芯的导线作为接地线,否则,由于杂散电 磁场的感应作用,可能引进干扰信号,这对灵敏度较高的电子仪器影响尤大。 2仪器开机时注意事项 1) 在开机通电时,应先接通电子仪器上的 “低压” 开关,待仪器预热5~10min后,再 接通 “高压” 开关,否则可能引起仪器内部整流电路的元器件 (整流管或滤波电解电容器 等) 产生跳火、击穿等故障。对于使用单一电源开关的仪器,开机通电后,也应预热 5~ 10min,待仪器工作稳定后使用。 2) 在开机通电时,应注意观察仪器的工作情况,即用眼看、耳听、鼻闻来检查仪器是 否有不正常的观象。如果发现仪器内部有响声、臭味、冒烟等异常现象,应立即切断电源。 在尚未查明原因之前,应禁止再行开机通电,以免扩大故障。只用单一电源开关的仪器设 备,由于没有 “低压” 预热的过程,开机通电时可能出现短暂的冲击现象 (例如指示电表短 暂的冲击,或者偶尔出现一二次声响),可不急于切断电源,待仪器稳定后再依情况而定。 3) 在开机通电时,如发现仪器的熔丝烧断,应调换相同规格的熔丝管后再进行开机通 电。如果第二次开机通电又烧断熔丝,应立即检查,不应再调换熔丝管进行第三次通电,更 不要随便加大熔丝的规格或者用铜线代替,否则会导致仪器内部故障扩大,甚至会烧坏电源 变压器或其他元器件。 4) 对于内部有通风设备的电子测量仪器,在开机通电后,应注意仪器内部电风扇是否 运转正常。如发现电风扇有碰片声或旋转缓慢,甚至停转,应立即切断电源进行检修,否则 通电时间久了,将会使仪器的工作温度过高,甚至会烧坏电风扇或其他电路元器件 (如大功 率的晶体管等)。 3使用仪器时注意事项 1) 在使用仪器的过程中,对于面板上各种旋钮、开关、度盘等的扳动或调节动作,应 缓慢稳妥,不可猛扳猛转。当遇到转动困难时,不能硬扳硬转,以免造成松脱、滑位、断裂 等人为故障,此时应切断电源进行检修。仪器通电工作时,应禁止敲打机壳。对于笨重的仪 器设备,在通电工作的情况下,不应用力拖动,以免受振损坏。对于输出、输入电缆的插接 或取离应握住套管,不应直接拉扯电线,以免拉断内部导线。 2) 对于消耗电功率较大的电子仪器,应避免在使用过程中,切断电源后立即再行开机 使用,否则可能会引起熔丝烧断。如有必要,应等待仪器冷却5~10min后再开机。 3) 信号发生器的输出端,不应直接连到有直流电压的电路上,以免电流注入仪器的低 阻抗输入衰减器,烧坏衰减器电阻。必要时,应串联一个相应工作电压和适当电容量的耦合 电容器后,再引接信号电压到测试电路上。 4) 使用电子仪器进行测试工作时,应先连接 “低电位” 的端子 (即地线),然后再连接 “高电位” 的端子 (如探测器的探针等)。反之,测试完毕应先拆除高电位的端子,然后再拆 除低电位的端子,否则会导致仪器过载,甚至打坏指示电表。 4仪器使用后注意事项 1) 仪器使用完毕,应先切断 “高压” 开关,然后切断 “低压” 开关,否则由于电子管 灯丝的余热,可能使电路工作在不正常的条件下,造成意外的故障。 2) 仪器使用完毕,应先切断仪器的电源开关,然后取离电源插头。应禁止只拔掉电源 74 插头而不切断仪器电源开关的简单作法,也应反对只切断电源开关而不取离电源插头的习 惯。前一情况使再次使用仪器时,容易忽略开机前的准备工作,而使仪器产生不应有的冲击 现象;后一情况可能导致忽略仪器局部电路的电源切断,而使这一部分的电路一直处于通电 状态 (例如数字频率计的主机电源开关和晶体振荡器部分的电源开关一般都是分别装置的)。 3) 仪器使用完毕,应将使用过程中暂时取离或替换的零附件 (如接线柱、插件、探测 器、测试笔等) 整理并复位,以免散失或错配而影响工作和测量准确度。必要时应将仪器加 罩,以免积灰尘。 34 电子仪器检修的一般程序 电子仪器使用一定时间以后,或者由于维护和使用不当,仪器内部的电路元器件、分档 开关、指示电表、电源变压器等,经常会出现老化、变值、漏电、击穿、开断、烧坏及接触 不良等问题,导致仪器性能下降,或者出现各种故障,这就需要及时地进行检修。检修电子 仪器是一项理论性与实践性要求较高的技术工作。电子仪器的检修者,既不应单凭经验,也 不应纸上谈兵,更不应瞎摸乱碰以图侥幸成功。否则,不但捣鼓半天一无所得,反而会使故 障越修越复杂。 因此,要搞好电子仪器的检修工作,必须具备一定的电工基础和电子线路的理论知识, 懂得常用测试仪表的正确使用与操作方法,了解检查电子仪器故障产生原因的基本方法,并 在此基础上遵循科学的工作程序。通常可将电子仪器的检修程序归纳为九条,即了解故障情 况、观察故障现象、初步表面检查、研究工作原理、拟定测试方案、分析测试结果、查出毛 病整修、修后性能检定和填写检修记录。 1了解故障情况 在检修电子仪器之前,要确切了解仪器发生故障的经过情况,以及已发现的故障现象。 这对于初步分析仪器故障的产生原因很有启发作用。了解被使用仪器的使用周期、出现故障 时的操作和故障现象,由此推断仪器出现故障的一切可能原因。究竟是什么原因,需要进一 步观察故障现象后才能加以确定。 2观察故障现象 检修电子仪器必须从故障现象入手。对待修仪器进行定性测试,进一步观察与记录故障 的确切现象与轻重程度,对于判断故障的性质和发生毛病的部位很有帮助。但是必须指出, 对于烧熔丝、跳火、冒烟、焦味等故障现象,必须采用逐步加电压 (指加交流电源的电压) 的方法进行观察,以免扩大仪器的故障。 3初步表面检查 在检修电子仪器时,为了加快查出故障产生原因的速度,通常是先初步检查待修仪器面 板上开关、旋钮、度盘、插头、插座、接线柱、表头、探测器等是否有松脱、滑位、断线、 卡阻和接触不良等问题;或者打开盖板,检查内部电路的电阻、电容,电感、电子管、石英 晶体、电源变压器、熔丝管等是否有烧焦、漏液、击穿、霉烂、松脱、破裂、断路和接触不 良等问题。—经发现问题,予以更新修整。 4研究工作原理 如果初步表面检查没有发现问题,或者对已发现的毛病进行整修后仍存在原先的故障现 象,甚至又有别的元器件损坏,就必须进一步认真研究待修仪器说明书所提供的有关技术资 75 料,即电路结构框图、整机电路原理图和电路工作原理等,以便分析产生故障的可能原因, 确定需要检测的电路部位。即使对比较熟悉的仪器设备,电子仪器的维修者也应该查对电路 原理图,联系故障现象进行思维推理,否则就将无从下手,事倍功半。显然,必须认真研究 仪器的工作原理,才能拟定测试方案,并根据测试的结果,进一步分析和确定故障的原因与 部位。 5拟定测试方案 根据电子仪器的故障现象,以及对仪器工作原理的研究,拟定出检查故障原因的方法、 步骤和所需测试仪表的方案,以便做到心中有数,这是进行仪器检修工作的重要程序。检测 故障的方法通常有两种,一种是所谓 “信号注入法” 的测试,在电路的各级输入端逐级加入 激励信号,观察显示现象,从而判断故障产生的原因;另一种检测方法是所谓 “信号寻迹 法” 的测试,用直流电压加到仪器的输入端 (通常利用万用表电阻档的15V 内电池电压), 然后借助电子示波器观测各级输出信号波形和电压是否正常。 6分析测试结果 下一步是根据测试所得到的结果———数据、波形、反应,进一步分析产生故障的原因和 部位。通过再测试再分析,肯定完好的部分,确定故障的部分,直至查出损坏、变值、虚焊 的元器件为止。因为仪器的修理者对于故障原因的正确认识,只有在不断地分析测试结果的 过程中,才能由片面到全面,由个别到系统,由现象到实质。这是检修电子仪器的整个程序 中,最关键而且最费时的环节。 7查出毛病整修 电子仪器的故障,无非是个别元器件损坏、变位、松脱、虚焊等引起,或是个别点开 断、短路、虚焊、接触不良等造成。通过检测查出毛病后,就可进行必要的选配、更新、清 洗、重焊、调整、复制等整修工作,使仪器恢复正常功能。最简单的整修方法是更新一只同 类型规格的部件。但是应该指出,对于某些比较贵重或者比较难买的元器件,应该仔细检查 其损坏的程度,如果可以通过一定的整修,或者适当调整电路参数尚能使用者,应尽量加以 利用。此外,有些元器件的选配要求不一定非常严格,其规格、数值略有出入也可替代,主 要是根据修后性能检定的结果来决定取舍的。 8修后性能检定 对修复后的电子仪器要进行定性测试,粗略地核定其主要功能是否正常。如果修整更新 的元器件会影响仪器的主要技术性能,在修复后还应进行定量测试,以便进行必要的调整与 校正,保持仪器的测量准确度。 9填写检修记录 修复一台仪器后,为了能在理论上和实践上有所提高,必须认真填写检修记录。 每台仪器应配置一个记录本,一般来说,检修记录包括的内容为:待修电子仪器的名 称、型号、厂家、机号、送修日 期、 委 托 单 位、 故 障 现 象、 检 测 结 果、 原 因 分 析、 使 用 器 材、修复日期、修后性能、检修费用、检修人、验收人等。 35 电子仪器修理室的装备条件 检修电子仪器不但要使用多种测试仪表进行故障原因的检查、修复后的性能检定,还要 使用各种工具进行拆卸、装配、焊接、修整、绕制和测量;对于查出的变值、失效、损坏的 76 元件、器件、部件,要有相应的器材以便更新、选配和复制。此外,还要备有常用电子仪器 的说明书,各种电子管、晶体管,集成电路的技术手册,以及有关磁性材料、绝缘材料和漆 包线线规等技术资料。 1测试仪表 电子仪器修理室所需装备的基本测试仪表大体是: 1) 万用表 它的灵敏度应在5kΩ?V 以上。直流和交流电压的最高量程应在2500V 左 右。常用的这类万用表有500型和108T 型。 2) 电子电压表 应装备有低频毫伏表 (如 DA16型)、电子管万用表 (如 DYC5型) 和超高频毫伏表 (如 HFC1型)。有条件的应装备数字万用表 (如JSW1型) 或 DYB2型 电子管电压表检定仪,作为电子电压表修复后性能检定用的仪器。 3) 电子示波器 应能观测从低频到高频的各种电信号波形,Y 轴增幅灵敏度应不低于 10mV?cm,并带有高频探测器。常用的有 SBM10型和 SBM11型多用示波器,以及 SR8型 和SR32型双踪示波器。有条件的可装备 B03型示波器校准仪,作为电子示波器修复后性能 检定用的仪器。 4) 信号发生器 通常需备有低频信号发生器 (如 XD2型)、高频标准信号发生器 (如 XFG7型) 和双脉冲信号发生器 (如 MFS2A 型),作为 “信号注入法” 和 “信号寻迹法” 的信号源。有条件的可装备数字频率计 (如 E312型或 E324型),作为频率检定用的仪器。 5) 波形参数测量仪 应备有失真度测量仪 (如 BS1型)、调制度测量仪 (如 TF2型) 和频率特性测试仪,作为信号发生器和电子示波器修复后性能检定用的仪器。 6) 元件参数测量仪 应备有阻抗电桥 (如 WQ5A 型或 WQJ1型万用电桥) 和高频 Q 表 (如 QBG1A型或 QBG3型),作为电阻、电容、电感定量测试仪器。 7) 器件参数测量仪 应备有电子管测试仪 (如 GS5A型)、晶体管特性图示仪(如JT1 型或 QT2型)、晶体管参数测试仪 (如 QG16型)、集成电路测试仪 (如SC1型或 QL10A 型) 和运算放大器测试仪 (如 QL12型或 TOC2型),作为电子管、晶体管、场效应晶体 管、数字集成电路和集成运算放大器的定量测试仪器。 8) 稳压电源 由于电子仪器通常在200~230V 交流电压范围以外就不能正常工作,因 此必须装备适当功率的电子交流稳压器 (如614B型或614C型)。此外,还需要备有晶体 管稳压电源 (0~30V,1A) 和电子管稳压电源 (0~300V,100mA),用以替代待修电子仪 器内部的相应直流电源。 9) 电工仪表 应包括绝缘电阻表 (如5050型)、交直流电流表 (如111型,012A 和 0255A)、直流毫安表 (如0250500mA)、直流微安表 (如0~100μA)、交流电压表 (如 0~300V) 等。 10) 辅助设备 应包括线圈匝数测量仪 (如58I型,可测1~22000匝)、十进电阻箱 (01Ω~100kΩ)、滑线变阻器 (如0~10kΩ、02A和0~500Ω,1A)、调压自耦变压器 (如 0~240V,500VA) 等。 2装修工具 电子仪器修理室使用的装修工具包括电气装配工具、机械安装工具、绕制工具、修表工 具和量具等,其具体配备情况大体如下: 1) 电气装配工具 包括锡焊用的各种电烙铁和有关的电工装配工具。在维修电子仪器 77 的工作中,经常需要拆焊和重焊电路元件和电子器件以及电路接线等,需要使用大、中、小 号的电烙铁。小号电烙铁的电 功 率 为 15~25W, 适 用 于 焊 接 电 表 游 丝、 细 漆 包 线 和 各 种 小 功率的晶体管、集成电路、电阻器以及小型的电位器、中周变压器、色码电感、陶瓷电容 等。中号电烙铁的电功率为45~75W,适用于焊接各种大功率的晶体管、电阻器、电位器 和大容量的电容器以及波段开关、管座焊片、电源变压器、一般接线焊点等。大号电烙铁的 电功率为150W 以上,适用于焊接地线、金属编织线以及钢铁底板等散热面积较大的焊接 点。常用的电工装配工具应包括验电笔、电工刀、尖嘴钳、弯嘴钳、斜嘴钳、扁嘴钳、圆嘴 钳、钢丝钳、剥线钳以及弹簧镊子等。 2) 机械安装工具 维修电子仪器时,除了需要打开机壳盖板以外,往往还需要拆卸和装 配各种旋钮、开关、电位器、表头、管座、电源变压器以及机械联动机构等,要备有大、中、小号一 字槽螺钉旋具、长柄螺钉旋具、十字槽螺钉旋具、套筒扳手、中小号活扳手、鲤鱼钳、圆锉、半圆 锉、扁锉、整形锉、手摇钻、手电钻、麻花钻头、台虎钳、钢锯、钢锤、剪刀等机械安装工具。 3) 绕制工具 在维修电子仪器中,有时需要复制各种损坏的电源变压器和电感线圈等, 因此要备有基本的绕制工具,包括能绕制普通线圈和蜂房线圈的手摇绕线机、退线架、木 锤、打包器、剪刀、裁纸刀、丁字尺、钢直尺以及木芯等。 4) 修表工具 不少电子仪器装置有动圈式指示电表,因此修整表头也是维修工作的需 要,应配备的修表工具包括修钟表用的小螺钉旋具、白金扳手、放大镜、尖嘴镊子、轴芯夹 具、玻璃罩缸、方木芯柱、软铁块、长毛刷、匝数记录器、专用手摇绕线机等。 5) 量具 应备有千分尺、线规卡板、小磅秤以及袖珍式电子计算器等。 3维修材料、元件、零件 为了顺利地进行电子仪器的维修工作,修理室必须配备一定品种、规格、数量的常用维 修材料,诸如无线电材料元件、焊接材料、绝缘材料、化工材料和机装材料、零件等。 1) 无线电材料、元件 应包括各种常用规格的电阻器、电容器、电位器、电子管、晶 体管、集成电路、色码电感等,以及各种常用的旋钮、开关、指示灯、熔丝管、熔丝管插 塞、氖气灯珠、电子管管座、橡胶垫脚、接线柱、实心塑料线、多芯塑料线、双股塑料线、 电源插头等。此外还应备有常用的示波管和表头以及漆包线、多芯丝包线等。 2) 焊接材料 应包括松香、焊锡丝、焊油以及粗细砂布等。 3) 绝缘材料 应包括黑胶布、透明胶布、医用胶布、凡立水、普通胶水、无水蜂蜡、 高频漆、万能胶、环氧树 脂、 黄 蜡 布、 黄 蜡 绸、 涤 纶 纸、 牛 皮 纸、 电 缆 纸、 电 话 纸、 电 容 纸、青壳纸、黄蜡套管和塑料套管等。 4) 化工材料 应备有无水酒精、汽油、香蕉水、四氯化碳、甲苯、油漆等。 5) 机装材料、零件 应备有常用规格的螺钉、螺母、垫圈、焊片等,以及电位器、波 段开关、钮子开关等使用的螺母、垫圈和旋钮固定螺钉等。 4技术资料 修理室应备有常用电子仪器的说明书、无线电测量仪器手册及电子测量仪器资料汇编等 技术资料。此外,还应备有电子管手册、晶体管手册、集成电路手册、无线电手册、电工手 册及无线电元件手册等,以便日常工作时查阅。 作为电子仪器修理室的基本设备,当然还需要配备适当电功率和容积的烘箱,一定电压 范围 (500~20000V) 的交、直流高压测试台,以及工作台灯、电风扇、电炉等。 第4章 检查电子仪器故障原因的基本方法 检修电子仪器的关键在于选用适当的检查方法,发现、判断和确定产生故障的部位和原 因。检查电子仪器故障原因的基本方法,一般可归纳为:观察法、测量电压法、测量电阻 法、测量电流法、波形观测法、信号寻迹法、信号注入法、旁路法、分割法、替代比较法等 10种。实际上,这也是检修电子 仪 器 的 通 常 步 骤。 只 要 根 据 仪 器 的 故 障 现 象 和 工 作 原 理, 针对各种电路的特点,交叉而灵活地运用这几种方法,就能有效而迅速地修复电子仪器。 41 观察法 电子仪器发生故障,主要是由于电阻、电容、电感等电路元件和电子管、晶体管、集成 电路等电子器件以及变压器、电表、开关等部件的损坏而引起的,也可能是由于电路的或机 械的连线或接点不良而造成的,其中,如电阻器烧坏、电容器漏液或炸裂、电子管漏气或松 脱、电源变压器损坏、电表卡针、开关滑位、电路断线、接合器松脱等迹象都很容易发现。 因此,在检修电子仪器时,可先在不通电的情况下,观察仪器面板上开关、旋钮、度盘、插 口、接线柱、探测器、指示电表等有无松脱、滑位、卡阻、断线等问题;打开仪器的外壳盖 板,观察仪器内部的元件、器件、插件、电源变压器、电路连线等有无烧焦、漏液、发霉、 击穿、脱落、开断等现象。 但是应当指出,在修理时,不能单纯地调换已损坏的元器件就算了事,应当进一步查对 仪器的电路原理图,搞清楚损坏元器件的部位和作用,从而分析导致损坏的原因,及其可能 波及的范围,查出导致故障发生的真正原因,以及连带损坏的其他元器件,这样才算完全修 好仪 器。否 则,真 正 的 故 障 因素 没 有 排 除,仪 器 开 机 使 用后,更 新 的 元 器 件 一 定 又 会损坏。 其次, 对 仪 器 进 行 通 电。 如果 在 不 通 电 观 察 中 未 能 发 现问 题,就 应 采 用 通 电 观 察 进行 检 查。为 了 避 免 仪 器 故 障的 扩 大,以 及 便 于 重 复 观 察,必 须 使 用 自 耦 调 压 变 压 器 (0~240V,500VA) 逐步 图41 逐步加压的通电观察法 加压供电,见图41。在自耦调压变压器 TA的输出端,应串联一个适当量程的交流电流表, 以及并联一个适当量程的交流电压表,然后使用带有夹头的导线,引接交流电源至被修电子 仪器的电源插头上。 通电观察时,应将被修仪器的电源开关扳到 “通” 部位,然后自 “0V” 开始逐步升高 TA 的输出交流电压值,这时既要注意电流表的指示,又要观察被修仪器内部有无 异 常 现 象 79 发生。 通电观察法特别适用于检查跳火、冒烟、异味、烧熔丝等故障现象。这些故障通常发生 在仪器的整流电路部分,通电观察时,首先应注意观察整流管的工作状态。如果在升压过程 中发现整流管的屏极发红、跳火,或者电解电容器有吱吱声,或者电源变压器、电阻器等元 器件有发烫、发臭、发黑、冒烟、跳火等现象时,应立即切断仪器的电源,并将自耦变压器 的输出电压退回到零。如果一时看不清损坏元器件的部位,可再开机逐步升压观察。应当指 出,通常在出现明显的故障现象之前,交流电流表的指示已有明显增大。因此,应特别注意 电流表不要超量程,或者改用较大量程的电流表。同理,当查出损坏的元器件后,应进一步 查对仪器的电路原理图,分析元器件损坏的原因,以及可能波及的范围,然后再拟定下一步 测试方案。 42 测量电压法 检查电子仪器内部各种电源电压是否正常,是分析故障原因的基础。因此,检修电子仪 器时,应先测量待修仪器中各种直流电源的电压值是否正常。即使在已经确定故障所在的电 路部位时,也经常需要进一步测量有关电路中的电子管、晶体管各个电极的工作点电压是否 正常,这对于发现与分析故障的原因和损坏的元器件都是极有帮助的。此外,对于电路中通 过电流的测试,也往往测量通过被测电流的已知电阻器两端的电压降,然后借助欧姆定律进 行换算。所以,测量电压法是检查电子仪器故障原因的最基本方法。比较完善的仪器说明书 中,大多附有电子管或晶体管各个电极的工作电压数据表,或者在仪器的电路原理图上,标 注有主要部位的工作电压值。在检修电子仪器过程中,经常需要对照仪器说明书中给出的电 压数据,进行必要的直流电压测量,这样就能很快地查明故障产生的原因和损坏变值的元器 件。如果没有现成的电压数据可供参考对照,也应当根据电路的工作原理加以分析和估计。 43 测量电阻法 在检修电子仪器时,经常发现由于电路元器件的插脚或滑动触点接触不良,或者个别接 点虚焊,或者电阻变值,以及电容器漏电等等,从而导致故障的发生。这些问题都需要在待 修仪器不通电的情况下,采用测量电阻法进行检查,以寻找故障所在之处。 对于接触电阻或通路电阻的测量,要使用万用表的最小电阻档,即 “R×1” 档;对于 连接在电路中的电阻的测试,要考虑到被测元件与其他电路之间的连通关系。如果没有其他 回路的连通,则可用万用表的相应电阻档,直接在待测电阻的两端进行测量,否则应焊脱被 测电阻的一端,然后才能进行阻值的正确测量。对于高阻值电阻的测试,应防止手指碰触测 试棒的金属探针,以免影响测试结果而引起错觉。对于整流输出短路情况,也可用测量负载 电阻的阻值加以判断。 对于电容器的漏电程度、绝缘击穿以及电容量变值等情况,一般都可采用测量电阻法进 行检查,但必须焊脱被测电容器的一端。在检测电解电容器时,应注意万用表电阻档的测试 棒极性不能接错,即红笔为 “-” 电压端,黑笔为 “+” 电压端。 对于电感线圈和变压器绕组的通断,也可采用测量电阻法进行检查。在缺少专门的晶体 管测试仪器的情况下,经常采用测量电阻法来粗略地判断各种晶体管的好坏,即用万用表的 适当电阻档来检测晶体管 PN 结的正反向电阻的大小,以及检测相应于Iceo、Icbo和Ic 量值 80 的电阻指示值,并加以比较或估算。如果 PN 结的正反向电阻都很小,表明晶体管已击穿短 路;反之,正反向电阻都很大,表明晶体管已烧坏断路等等。 44 测量电流法 测量电流法就是把电流表串入电路的适当部位,对仪器进行通电,从而测试仪器的电流 大小数据的方法。在电子仪器的说明书中,大多有比较完整的维修与调整资料,其中应包含 一些主要元器件基本的电流参数、各级电路的工作电压数据、波形图以及常见故障现象、原 因、检修方法对照表等,这些都是很有价值的参考资料。因此,在检修电子仪器时,可根据 故障现象,参照现成资料,串入电流表,测试其电流的大小,以判断电流数据是否合格,从 而加快仪器的修复。 45 波形观测法 检修电子仪器时,特别是检查各种信号发生器的故障原因时,用电子示波器来观测待修 仪器的振荡、放大、倒相、整形、分频、倍频、调制等电路部分的输出和输入信号波形,可 以迅速地发现产生故障的部位,有助于故障原因的分析,进一步确定检修的方法与步骤。使 用波形观测法的条件是:待修仪器必须具有自激振荡的信号源,而观测波形的次序应从自激 振荡电路开始,然后逐级往后推移,直至发现某一级的输出信号波形不正常,甚至有输入信 号而无输出信号,则可确定故障原因是存在于这一级的电路中。 在观测波形时,有时还可有目的地变动有关电路中的半可调元器件,也包括有目的地触 动有关元器件的管脚、管座、焊片、开关触点等,或者把电子管等插件拔出来再插进去,以 及把有疑问的晶体管和电路元件等重新焊接,甚至大幅度地改变有关元器件的数值或有关电 路的工作点,以观测波形数值的变化,往往就会使接触不良、虚焊、变值、性能下降等问题 暴露出来,以便加以修整、更换,即可排除故障,修复仪器。 严格地说,在检修仪器时,一般不应随便变动半可调元器件的旋置部位,例如振荡线 圈、补偿电感或中周变压器等的螺杆磁心,各种频率补偿微调电容器,各种电路参数调整变 阻器和电位器等。但是事物总是一分为二的,不应变动不是绝对的。如果事先采取复位措 施,如在未变动之前做好定位标记,或者先测得阻值,或者使用外部的示波器、频率计、电 压表等监视变动前、后的参数等,这样,必要时还是允许变动有关半可调元器件的旋置部 位,尤其是对于使用很久的设备,或者在其他检查方法都已用过而未能发现问题时,采用变 动现状进行波形测试,往往能查出故障的原因而修复仪器。 46 信号寻迹法 在检修具有工作于同一信号的多级放大器的电子仪器 (诸如测量放大器、晶体管毫伏 表、电子示波器的 X轴或 Y 轴放大系统) 时,通常采用信号寻迹法进行故障原因的检查, 以迅速确定发生故障的部位。其具体方法是,使用适当频率和振幅的外部信号源,作为测试 信号电压,加到待修仪器的输入端或多级放大器的前置级输入端,然后利用外部的电子示波 器,从信号输入端开始,逐一观测后面各级放大器的输入和输出信号的波形和振幅,以寻找 反常的迹象。如果某一级放大器的输入端信号是正常的,而其输出端的信号电压反而变小, 或者出现波形限幅或失真,则表明故障存在于这一级放大器的电路中。由此可见,信号寻迹 81 法的特点是,只需要使用单一的测试信号,并且要借助外部的电子示波器进行寻迹。 47 信号注入法 有些电子仪器是由工作于不同信号的各种电路组成的,并且具有本机的终端指示器 (诸 如各种电子电压表、失真度测量仪、调制度测量仪等)。对于这类电子仪器,采用信号注入 法来检查存在故障的电路部分特别有效。具体方法是,使用外部的相应信号源,从待修仪器 的终端指示器的输入端开始注入,然后依序向前级电路推移,注入测试信号到各级电路的输 入端,同时观察仪器终端指示器的反应是否正常,作为确定故障存在的部位和分析故障发生 原因的依据。如果一开始指示器就无反应,表明故障是存在于指示器本身的电路中;如果指 示器反应正常,表明信号注入的这一级电路是好的;如果指示器反应不正常甚至没有反应, 则表明故障是存在于这一级被测电路中。由此可见,信号注入法的特点是使用外部的不同信 号源作为检测信号,并利用本机的终端指示器表明测试的结果。 48 旁路法 在检修有寄生振荡或寄生调幅等故障现象的电子仪器时,通常采用旁路法来检查和确定 发生问题的电路部分。具体的方法是,使用一个适当电容量和电压的电容器,临时跨接在有 疑问电路的输入端,使之对 “地” 旁路,以观测其对故障现象的影响。如果故障现象消失 了,表明问题存在于前面各级电路中。反之,故障不消失,表明问题存在于本级电路。一般 情况下,寄生调幅大都是由于整流电源的滤波电容器,或者是有关电路部分的电源输入滤波 电容器和去耦电容器等变值、虚焊、断线所引起的。检查时,应选用相应工作电压和大容量 电解电容器,临时跨接在有疑问电容器的两端进行旁路,以观测其对故障观象的影响。如果 寄生调幅现象消失了,则表明有关电容器有问题,必须加以重焊或更新。 49 分割法 有些电子仪器的组成电路部分比较复杂,涉及的元器件很多,并且互相牵制,多方影 响。例如电子示波器的密勒扫描电路是一种闭环电路,它由同步触发放大器、扫描闸门双稳 电路、二极管开关器、密勒积分放大器、释抑取样放大器等组成,其工作状态是互相牵制 的,只要其中一个单元电路出现问题,就不能产生扫描信号。又如音频信号发生器的晶体管 功率放大过载保护电路,是由过载取样、相位识别、过载保护双稳、过载保护延时等电路组 成的,只要其中一个单元电路存在毛病,就会出现过载保护的故障现象。因此,在检修这类 电子仪器时,必须采用分割电路的方法,即焊脱电路连线的一端,或者取离有关的电子管和 单元板插件,观测其对故障现象的影响,或者单独测试被分割电路的功能,这样就能发现问 题所在之处,便于进一步检查故障的产生原因。 410 替代比较法 在检修电子仪器时,最好不要拆动电路中的元件和器件,特别是精密仪器,更不应随便 拆动。通常先使用相同型号、相同规格、相同结构的元件、器件、印制电路板、单元插接部 件等来临时替代有疑问的部分,以便观测其对故障现象的影响。如果故障现象消失了,表明 被替代的部分存在问题,然后再行焊脱更新,或者进一步检查故障的原因。 82 检修电子仪器时,还要有电路正常时的工作点电压数值和工作波形图作为参考,以便采 用测量电压法和波形观测法来比较其差别而发现问题。因此,在缺少有关技术资料,并且已 使用多种检测方法仍难于分析故障的发生原因,或者难于确定存在问题的部位时,通常采用 相同元器件进行比较或整机进行比较的方法,即对有疑问的元器件进行替换,利用同一类型 的完好仪器,对可能存在故障的电路部分,进行工作点测定和波形观测,以比较好坏器件或 仪器的差别,往往就会发现问题,并有助于故障原因的分析,特别是对于检修复杂的电子仪 器,颇能解决问题。 必须指出,各种元器件的测试仪器,其测试条件和待修仪器的工作条件不完全相同,经 常遇到对有疑问的元器件通过测试是好的,接在电路中使用却出现问题。因此,除了明显的 参数变值和性能下降外,必要时还应借助替代比较法才能确定有疑问元器件的质量好坏。 在上述10种检查电子仪器故障原因的基本方法中,观察法有利于尽快地发现损坏的元 器件与部位;测量电压法、测量电流法是检修仪器的基础,只有在电源电压和工作点电压、 电流正常的条件下,才能有效地进行测试与分析;波形观测法、信号注入法、信号寻迹法、 旁路法、分割法等,有助于迅速确定有毛病的电路部分;替代比较法、测量电阻法等有助于 确定变值、老化、虚焊、损坏、接触不良的元器件与部件,对解决疑难故障问题很有帮助。 第5章 测试仪器的选用方法 在维修电子仪器中,经常需要检测电压、电流、电阻、电容、电感、Q 值、频率、波 形、增益、衰减、带宽等电路参数以及电子管、晶体管、集成电路等性能好坏,维修电子仪 器还需要使用信号发生器、稳压电源、十进电阻箱、调压变压器等辅助设备。如果不懂得正 确选用有关的检测仪器,就可能产生错判,给维修工作增加困难,甚至会造成意外的损害。 例如,在检测电子仪器电源变压器的漏电情况时,如果使用万用表来检测绝缘电阻,由 于工作电压太小,检测结果不可靠,必须选用具有500V 直流电压的5050型兆欧表或具有 100~1000V 测试电压的 RCJ3型绝缘电阻测试仪,才能检测出正确的漏阻数值;又如在检 测脉冲信号发生器的输出波形时,如果使用 BT10型普通示波器来观测,就显示不出来, 必须选用具有触发扫描的 SBT5型同步示波器或 SBM10型多用示波器,才能检测到完整的 脉冲信号波形;再如,在检测隧道二极管性能好坏时,如果使用万用表来测试其正向与反向 电阻,就得不出结果,必须选用JT1型晶体管特性图示仪,才能检测其伏安特性是否正确, 凡此种种不胜枚举。总之,在维修电子仪器时,应根据实际的检测内容和现有的设备条件, 合理地选用各种测试仪器,这也是维修工作者应该具备的基本知识。 51 电压测试仪器的选用方法 测试电压的工作是维修电子仪器中经常性的一项任务。例如,测试仪器内部的交流和直 流的电源电压,测试各种电路中电子管和晶体管的工作电压,以及测试各种振荡器和放大器 的信号电压等等。在维修工作中常用的电压测试仪器有万用表、电子电压表和电子示波器 等,它们各具测量特点,使用时应根据测量电压的有效范围、频率特性、输入阻抗以及对波 形、准确度要求等来进行选用。 1万用表 万用表是电子仪器维修工作中最常用的电压测试仪器,一般可测量从几百毫伏至几百伏 甚至几千伏的直流和交流电压,其测量准确度直流为±25%,交流为±40%。它的频率范 围通常为40~1000Hz,如果准确度要求不高,还可用以测试高达10kHz的正弦波和非正弦 波信号。由于万用表的交流刻度是根据正弦波的有效值来定值的,因此,它对方波电压的指 示值偏大些,而对锯齿波、脉动波的指示值偏小些。 万用表各电压档级的输入阻抗是不一样的,其阻值等于相应档级的电压满度值 V0 (即 量程) 和万用表有关灵敏度S (Ω?V) 值的乘积,即 Ri = V0S 因此,万用表的低量程输入阻抗较小,而高量程输入阻抗较大。因为测压仪器的输入端 是和被测电路并联的,其输入阻抗会起着分流作用,为了尽量减少测量的误差,通常要求万 用表相应电压档级的输入阻抗应大于被测电路的阻值十倍以上,所以必须选用灵敏度值较大 的万用表来测试电压。一般要求万用表的灵敏度不应小于2kΩ?V。 84 2电子电压表 当测试电压的要求超过万用表所能胜任的范围时,必须选用适当类型的电子电压表作为 测试电压的仪器。 例如,在测试直流电压中,如果被测电路的阻值较大 (如在几十 kΩ 以上),而电压数 值又较小 (如为几百 mV~几 V),就必须选用输入阻抗很大的直流电子电压表来进行测试。 通常可用 DY5型电子管万用表 (DC20mV~1200V,Ri=10MΩ) 或 DYC5型超高频电子 管电压表 (DC01~1000V,Ri=20MΩ) 来测量。又如,在测试信号电压中,如果被测电 压的数量级为毫伏范围,而信号频率又在低频范围,那就必须选用 DA16型晶体管毫伏表 (100μV~300V,20~500Hz) 或JB1B 型高灵敏度晶体管毫伏表 (50μV~300V,2Hz~ 500kHz) 来测量;如果信号频率在1MHz以上,则要选用DA22型、HFC1型、HFJ8型超 高频毫伏表 (200μV~300V,5kHz~1000MHz) 来测量;如果被测电压的数量级为微伏范 围,而信号频率在1MHz以上,则应选用 WFG1B型高频微伏表 (01μV~100V,50kHz~ 50MHz) 或PW1型超高频微伏表 (1μV~1V,30~1000MHz) 来测量。 目前国产的超高频毫伏表,大多采用变流式的电路结构,即借助一个峰值检波器的高频 探测头,将被测信号变换为相应的直流电压,然后通过斩波器变换为固定频率的方波电压, 再经由选频放大器、相敏检波器和直流微安表等来指示相应信号电压的模拟值。因此,必要 时将直流电压直接加到高频探测器的插口中,就可作为直流毫伏表使用。因为超高频毫伏表 的刻度是用有效值来标称的,所以作为直流毫伏表使用时,它的指示值就偏小了,需要乘一 个修正系数 K。如果探测头为峰值检波器,可取 K=1414;如果是倍压检波器,则取 K= 2828。 3电子示波器 在维修电子仪器中,如果缺少合适类型的电子电压表,并且只需要粗略地检测信号电压 的数值时,通常选用电子示波器作为电压测试仪器。电子示波器可测试信号电压的范围是由 它的 Y 轴增幅灵敏度值 (V?cm、mV?cm) 来决定的,而其频率范围和输入阻抗则依不同的 类型来区别。 例如,SBM10型多用示波器的 Y 轴增幅灵敏度的最高档级为 20mV?cm (峰峰 值),最 低 档 级 为 20V?cm (峰 峰值),频率范围为 0~30MHz,输入 阻抗 为 1MΩ、27pF。这 里 用 pp表 示 峰峰值,如 图 51 所 示。因 为 正 弦 波 图51 信号电压的峰峰值 Vpp 信号电压是用有效值来标称的,所以需要进行换算,即 V = Vpp =035Vpp 2槡2 ≈ 13Vpp 电子示波器可检测的最小信号电压是由它的 Y 轴最高增幅灵敏度来确定的。以SBM10 型示波器为例,Vmin为 Vmin = 20mV 3 ≈7mV 电子示波器可检测的最大信号电压,是由它的 Y 轴最低增幅灵敏度和示波管有效直径 85 的乘积来确定的。设SBM10型示波器的示波管有效直径为9cm,则 Vmax为 Vmax = 9×20V 3 =60V 应该指出,电子示波器的 Y 轴增幅灵敏度的标称值是在 “增幅微调” 电位器旋置于最 大部位的条件下来定量的,因此,在使用示波 器的 Y 轴增幅灵敏度来检测信号电压的数值 时,不应疏忽 这 一 点, 否 则 测 试 结 果 是 不 准 确的。 某些电子示波器是采用方波的 “校准电 压 ” (即 “比较电压”) 来测定信号电压的, 图52 利用 “校准电压” 来测定信号电压的方法 因此在比 较 被 测 信 号 和“校 准 电 压”的 波 形 幅 度时,必须保持示波器的 Y 轴增幅灵敏度的档级和“增幅微调”电位器的旋置部位不变。设此 时被测信号的幅度为 A,校准电压的幅度为 B,如图52所示,则被测信号电压 V 为 ( ) V = A B V0 这里 V0 是 “校准电压” 的 Vpp值,在测定正弦波信号电压时,也应换算为有效值。 52 电流测试仪器的选用方法 在维修电子仪器中,有时需要检测仪器电源变压器的输入交流电流值和稳压电源输出的 直流电流值,以及电路中电子管、晶体管、集成电路有关电极的工作电流值。通常应选用电 流量程大于被测电流值2~3倍的交流电流表、直流电流表或万用表的直流档级,串联在被 测电路中直接测量电流值的大小,如图53所示。 但是在大多数的检修工作中,由于脱焊电路不方便,并且被测电流大都是通过一个阻值 已知的电阻器,因此可选用万用表或电子电压表的适当电压档级,并联在有关电阻器 R 的 两端,以测定其电压降 V,然后借助欧姆定律来间接测量被测电流值的大小 (如图54所 示),即 I=RV 图53 电流表直接测试电流的方法 图54 电压表间接测试电流的方法 86 53 电路元件测试仪器的选用方法 在维修电子仪器中,经常需要测试电阻元件的阻值,电容元件的电容量和漏阻,电感元 件的电感量和 Q 值等电参数,以检查有关元件是否变值、漏电、开断、短路、虚焊,或者 对已损坏的元件进行选配更新等。在维修工作中常用的电路元件测试仪器有万用表、阻抗电 桥、电感电容测量仪和Q 表等,它们各具测量特点,使用时应根据测量准确度的要求、低 频和高频元件的特性以及元件参数的量值大小等来进行选择。 1万用表 万用表除了用以检测电压和电流以外,还常用来测量从几分之一 Ω~几十 MΩ的直流电 阻,其准确度一般为±25%。在检修电子仪器中,经常使用万用表的测阻档来检测仪器电 路中电阻元件的阻值、电容元件的漏阻、电感元件的直流电阻以及电路连线和开关触点的通 路电阻等。 万用表的测阻档位是由内部电池、“中值电阻” 和直流电流表串接而组成的。利用电池 对电容器的充、放电作 用,可 粗 略 地 检 测 大 于 0001μF 的 各 种 电 容 器 的 电 容 量 大 小,如 图 55所示。当万用表的测试棒碰触被测电容器时,有充电电流i 通过电流表,指针随即产生 一定范围的偏转,然后充电电流随时间而减小,指针又退向欧姆刻度的无穷大值一端,其停 留部位的阻值即为漏阻值。由于充电量 (或放电量)Q 和电容量C 及端电压V 成比例,即 Q=CV,因此,电容量愈大,电流表指针的摆动范围也愈大。又因为 Q=It,所以为了缩 短充电时间,如果被测电容器的电容量较大 (几百~几千μF),应该使用 R×1k或 R×100 的较低测阻档级;如果电容量较小 (0001~01μF),应该使用 R×10k的最高测阻档级, 甚至应先行充电,然后再反向充电,使电表指针的摆动比较明显。如果指针摆动范围很小或 者不摆动,则表明被测电容器存在变值或开断的问题。必须指出,在检测电解电容器时,应 注意万用表测试笔的电压极性,即黑笔为 “+”,红笔为 “-”,不能搞错,否则不但测出的 漏阻不正确,甚至会损坏被测电容器的电解层。 某些万 用 表 利 用 市 电 交 流 电 源 和 相 应 的 交 流 电 压 档 级,来 测 量 一 定 范 围 的 电 容 量 (00001~10μF) 和电感量 (1~5000H),并绘制有电容量和电感量的刻度,以供直接读示, 如图56所示。这里,被测电容或电感元件是作为外加的电抗串接在交流电压表的电路中, 因而增大了交流电压表的总阻,使电压表的指示值相应地减小了。 图55 使用万用表检测电容器的方法 图56 使用万用表测量电感、电容的方法 87 如果测定较大的电容量或较小的电感量,就要适当减小表内阻 RT 的数值。但通常大多 数采用并联电阻的方法,即在万用表的输入端并接一个电阻 RP,其阻值为 RP = RT n -1 则可扩大电容量刻度的量值为n 倍,或者缩小电感量刻度的量值为1?n 倍,如图57所示。 2阻抗电桥 万用表只能对电路元件的参数 (电阻、电容量、电感量等) 作粗略的测量,它是在缺少 专用的测试仪器或者检测要求不高的情况下才用。 如果 需 要 比 较 精 确 地 测 定 电 阻、电 容、电 感 的 量 值,诸如选配电子仪器中的分流器、分压器、倍率 器、衰减器、滤波器、选频网络、振荡回路以及差 分放 大 器、双 稳 触 发 器、宽 带 放 大 器 等 电 路 中 的 R、C、L 元件,就应选用各种电桥仪器。 常用的 电 桥 仪 器 有 测 量 直 流 电 阻 的 单 臂 电 桥 (可测电阻的范围约为 001Ω~1MΩ) 和双臂电桥 (可测 电 阻 范 围 约 为 00001Ω~10Ω); 测 量 电 容 量 的电容电桥,又称交流单臂电桥 (可测电容量范围 约为1pF~100μF),以及测量电感量的电感电桥,图57 使用并联电阻的方法来扩展 LC 量程 又称麦克斯韦电桥和海氏电桥 (可测电感量范围约为1μH~100H) 等。这些电桥仪器的测 量准确度一般都在±1%左右。阻抗电桥又称万用电桥,它是包括电阻电桥、电容电桥和电 感电桥在内的多功能常用电子仪器。万用电桥除了可测定 R、C、L 的物理量以外,还可测 定电容器的损耗因数 (D=tgδ) 以及电感线圈的品质因数 (Q =XL?RS) 等重要物理量。 为了使用方便及 DQ 度盘定量的需要,万用电桥提供有本机的1kHz音频信号源。如果需 要在其他低频进行测量,可使用外接信号发生器 (万用电桥的最高工作频率,一般可达 10kHz),但此时测定的 D、Q 值应乘以倍乘因数N (N=fkHz?1kHz)。此外,万用电桥在 电阻测量中是采用50Hz交流电压作为电桥的信号源的,因此,在需要测定线绕电阻或电感 线圈的直流电阻时,应使用外接直流电源 (如6V 电池) 及直流检流计。 3高频电感电容测量仪 万用电桥的工作频率最高只能达到10kHz。如果需要在较高频率下测定小量值的电感量 和电容量,应该选用高频电感电容测量仪。这是一种利用 LC 谐振电路的原理进行测量的 阻抗测 试 仪, 其 工 作 频 率 范 围 为 11kHz~155MHz, 可 测 电 感 量 范 围 为 005μH~100mH, 可测电容量范围为1~5000pF,测量准确度可达±05%~±15%,使用操作方法也比较方 便。 4Q 表 Q 表又称优值仪,它是一种利用 LC 串联谐振原理进行测量的常用阻抗测试仪器,其主 要用途是在实际的工作频率下,测定各种电感线圈的 Q 值。因为 Q 值的关系式为 Q = XL RS 2πfl = RS 所以在一定的电感量 L 和串联等效电阻RS 的条件下,一个电感线圈的 Q 值与工作频率f 88 成比例。由于一台 Q 表不可能包括从低频到超高频的频率范围,因此根据 Q 表的工作频率 又划分为多种类型。各种类型的 Q 表都装置有相应频率范围的信号源和一定电容量范围的 标准可变电容器。因为串联谐振回路的电感量关系式为 L = 1 4π2f2C 所以在一定的信号频率f 和调谐可变电容C 的条件下,各种类型的 Q 表都可测定相当范围 的电感量。诸如 QBD2型低频 Q 表可测电感量范围为700μH~250H;QBG3型高频 Q 表 可测电感量范围为 01μH~100mH;QBC1 型 超 高 频 Q 表 可 测 电 感 量 范 围 为 001μH~ 2μH,其测量准确度一般为±25%左右。 借助于外接辅助电感线圈 Lk 和 Q 表的调谐可变电容器 Ci,各种类型的 Q 表都可测定 相当范围的电容量。例如,QBG3型高频 Q 表,其主调可变电容器为40~500pF,微调可 变电容器为-3pF~0~+3pF。在 利 用 并 联 法 测 量 原 理 时,可 测 定 02~460pF 范 围 的 电 容 量,如图58所示;在利用串联法测量原 理 时,可 测 定 450pF~01μF 范 围 的 电 容 量,如 图 59所示。 图58 利用并联法测定电容量 图59 利用串联法测定电容量 在图58中,设在并联 Cx 前调节到谐振点时 Ci 指示值为 C1,并联后重新调节到谐振 点时 Ci 指示值为 C2,则 f0 和 Lk 的选择应满足条件: Cx = C1 -C2 f0 = 1 2π 槡CimaxLk 在图59中,设在串联前调节到谐振点时 Ci 指示值为 C1,串联 Cx 后重新调节到谐振 点时 Ci 指示值为 C2,则 Cx = C1C2 C2 -C1 f0 和 Lk 的选择应满足条件: f0 = 2 π 槡CimaxLk 54 电子器件测试仪器的选用方法 在维修电子仪器中,经常需要检测电子管、晶体管和集成电路等电子器件性能好坏及其 主要参量的数值,因此对于有关测试仪器的选用方法也应有所了解。 89 1电子管测试仪 在检修电子仪器中,可使用万用表的适当测阻档位来检测电子管灯丝的通断情况和明显 的电极短路故障。但是对于电子管的发射不足、跨导下降、电极热碰以及漏气等问题,必须 选用适当类型的电子管测试仪进行检测,特别是对于差分放大器、双稳触发器、相敏检波 器、推挽放大器等电路中有关电子管的对称性要求较高 (跨导、屏流等主要参量),必须使 用电子管测试仪进行挑选才能符合要求。 一般电子管测试仪的测试项目有: 1) 电子管各电极之间是否有短路或漏电现象。 2) 电子管是否漏气及漏气程度。 3) 电子管灯丝发射能力的好坏。 4) 屏极电流Is 的大小。 5) 跨导S 的大小 (S=ΔΔUIag 用 mA?V 或μs为单位)。 ua一定 6) 辉光稳压管的电压值。 某些简便的电子管测试仪没有定量的刻度,只有好 (绿色)、差 (黄色) 和坏 (红色) 的定性指示。常用的电子管测试仪有 GS1型和 GS5型,前者采用步进开关的结构,使用 操作比较方便,但定量的准确度及可以测试的电子管类型有限;后者采用配电盘的结构,使 用操作比较麻烦,但定量的准确度较高,测试项目也较多,并且可以根据新型电子管的有关 技术参量,自行设计和制作测试卡片,因此得到广泛使用。 2晶体管测试仪 电子仪器中使用的晶体管种类很多,常见的有晶体二极管、三极管、场效应晶体管、单 结晶体管、稳压管和晶闸管等。因此,晶体管测试仪的种类也很多,常用的有: 1)JS7A 型晶体管测试仪。 2)JSS4A 型晶体管参数测试仪。 3)QC13型场效应晶体管测试仪。 4)QE1型双极二极管测试仪。 5)SCRC1型晶闸管测试仪。 6)QG16型晶体管参数测试仪。 7)QT2型晶体管特性图示仪。 8)JT1型晶体管特性图示仪等。 在检修电子仪器中,经常需要检测晶体二极管的正向压降、反向电阻和反向击穿电压, 稳压二极管的动态电阻和稳定电压,隧道二极管的峰值和谷值电流,晶体三极管的反向饱和 电流、穿透电流、饱和压降、反向击穿电压和电流放大倍数;场效应晶体管的饱和漏电流、 夹断电压、反向击穿电压和跨导,双极二极管的基极电阻和分压比;晶闸管的正向阻断电 压、反向阻断电压、控制极触发电压和电流等等。所有这些电参量的实际值,都可以使用 JT1型晶体管特性图示仪来进行测定。但是在检测这些晶体管之前,必须先搞清楚有关晶 体管的PN 结组合类型 (诸如 PNP型或 NPN 型、P型沟道或 N 型沟道、单向或双向等), 以及有关电极的管脚部位,否则将会得出错误的检测结果,甚至会损坏被测晶体管。 因为各种晶体管都是由半导体材料锗和硅的 PN 结组合而成的,如图510所示,根据 90 半导体的物理特性,电流从 P区到 N 区的电阻较小 (即正向电阻),一般为几百~几千 Ω; 电流从 N 区到P区的电阻较大 (即反向电阻),一般约为几十~几百kΩ。所以,当PN 结之 间加上反向电压时,会由一定数值的反向饱和电流通过。但是,当反向电压的数值超过一定 限度时,PN 结之间的阻挡层会被击穿而短路;如果通过 PN 结的电流超过一定限度时,其 耗散功率所产生的热量,也会烧坏 PN 结而开断。因此检测晶体管的好坏,首先是检查有关 电极的PN 结是否击穿而短路,或者是否烧坏而开断。 在维修电子仪器中,经常使用万用表的适当测阻档级,检测各种晶体管的有关电极 PN 结的正反向电阻,以确定 PN 结的组合类型和有关电极的管脚部位,以及判断晶体管是否击 穿短路或者烧坏开断。但是在使用万用表的测阻档级检测晶体管时,应牢记下述几点: 1) 黑笔是内电池的 “+” 电极端,红笔是 “-” 电极端,电流是从黑笔出、红笔进, 以此来确定正向与反向、P型与 N 型和有关电极的管脚。 图510 各种晶体管的 PN结组合类型 2) 低阻档级 (如 R×1、R×10、R×100) 的电压低、内阻小、电流大,只适于检测大 功率的晶体管。 3) 高阻档级 (如 R×1k,R×10k) 的电压高、内阻大、电流小,其中 R×1k档级适于 检测小功率的晶体管,而 R×10k档级,由于内电池采用9V 或15V 的层叠式干电池,应考 虑PN 结可能会被反向击穿的问题,因此不宜用来检测晶体管,否则将得不到正确的结果, 甚至会损坏被测的晶体管。 4) 某些晶体管诸如隧道二极管、场效应晶体管、双向晶闸管等,不能根据其正反向电 阻的大小来确定好坏。 图511示出了如何使用万用表确定晶体三极管的基极 b和 PN 结的组合类型。因为中 间的管脚对其他两个管脚之间的阻值均为正向电阻 (或反向电阻),所以这个管脚即为基极 b。在图511a中,因为测出正向电阻时,基极b是连接 “-” 电极 (即红笔),所以这个晶 91 体三极管为PNP型;而在图511b中,因为在测出正向电阻时,基极 b是连接 “+” 电极 (即黑笔),所以这个晶体三极管为 NPN 型。 图511 用万用表确定晶体三极管的基极管脚和 PN结组合类型的方法 a)PNP型 b)NPN型 图512示出了如何使用万用表确定场效应晶体管的栅极管脚和 PN 结组合类型。因为 源极S和漏极 D是从同一块半导体材料上引出来的,所以 D 与S之间的电阻没有正反向的 区别,由此可确定D与S的管脚,而第三个管脚即可确定为栅极 G(有时有四个管脚,第四 个管脚为接地引线)。在确定了栅极 G的管脚后,可进一步测定 G与 D(或 G 与S) 之间的 正反向电阻。如果两者阻值均为极大,表明被测场效应晶体管为绝缘栅型,即 MOSFET; 反之,可测出正反向阻值者为结型场效应晶体管,即JFET,并且根据测出正向电阻时,漏 极 D所连接的电压极性来确定沟道的类型,即连接 “-” 电极 (即红笔) 者为 N 型沟道, 连接 “+” 电极 (即黑笔) 者为 P型沟道。又因为在栅极 G 开路的情况下,D 与 S之间的 阻值与饱和漏电流IDSS有关,即阻值小表明IDSS大,而阻值大表明IDSS小,由此又可确定前 者为耗尽型,后者为增强型。必须指出,如果使用万用表测试的结果与上述情况不符合,则 表明被测管子已经损坏不能使用。 在维修电子仪器中,经常需要测试和更换晶体三极管或场效应晶体管,如果把基极 b或 者栅极 G或者PN 结组合类型给搞错了就会损坏管子,但是,如果发射极e和集电极c或者 源极S和漏极 D给搞错了,只是存在 “正接” 使用和 “反接” 使用的问题。对晶体三极管 来说,“正接” 使用时电流放大倍数β 和穿透电流Iceo都较大,“反接” 使用时β 和Iceo都较 小;对场效应晶体管来说,“正接”使用时跨导 gm 较大,“反接”使用时 gm 较小,如图513所 92 图512 用万用表确定场效应晶体管的栅极管脚和 PN结组合类型的方法 a)N 沟道JFET b) 增强型P沟道 MOSFET 示。因此,在基极b或栅极 G的管脚已经确定的情况下,e与c的正确管脚可根据β 测定值 较大者为准,而 D与S的正确管脚可根据gm 测定值较大者为准。 图513 晶体三极管和场效应晶体管的 “正接” 和 “反接” 使用的情形 a)“正接” 使用 b)“反接” 使用 93 使用JT1型 (或其他类型) 的晶体管特性图示仪,可以测定各种晶体管的重要直流参 数和交流参数。例如, 图 514 示 出 了 使 用 JT1 型 仪 器 可 以 观 测 到 的 晶 体 三 极 管 输 出 特 性 (IcVc|Ib 一定) 曲线族。由此可测定Ib= 0时的集电极电流Ico (Ico≈Iceo) 和集射 极反向击穿电压 V V ( ≈ (BR)cer (BR)cer V(BR)ceo);可 测 定 直 流 电 流 放 大 倍 数β值, 即hFE=IIcb 一定,以及交流电流放大倍 Vc 数β 值, 即 hfe = ΔIc ΔIb Vc =IIbc33--IIcb22 ; Vc 可测定输出导纳 hoe=ΔΔIVcc 和输出电阻 IG R0=1?hoe;可测定反向饱和压降 Vces等直 流和交流参数。 图514 晶体三极管的输出特性 由于晶体三极管β 值的离散性很大,并且其工作稳定性受Iceo的影响也很大,因此,可测定 Iceo和β值的大小,以判别其性能优劣。在缺少专用测试仪器的情况下,通常使用万用表的适当测 阻档级来进行检测。因为β值约等于穿透电流Iceo和集电结反向饱和电流Icbo之比值,即 β =IIcb Vc一定 ≈ Iceo Icbo 而 PNP型晶体三极管的Iceo值较大,所以可使用万用表粗略地检测其β值大小,具 体 方 法 如 图515所示。由于测阻档级的欧姆指示值是跟通过表头的电流成反比的,因此,可用 R1 图515 使用万用表检测 PNP型晶体三极管β值大小的方法 94 和 R2 的倒数来等效Iceo和Icbo的量值,即 β ≈ Iceo Icbo = 1?R1 1?R2 = R2 R1 因为 NPN 型晶体三极管的 Iceo值 很 小,不 宜 利 用 上 述 方 法 进行检测,而是根据一定的基极 电流Ib 所对应的集电极电流Ic 的大 小, 作 为 衡 量β值 大 小 的 依 据,其具体检测方法如图516所 示。在 图 516a中,Ib=0,Iceo≈ 0;而 在 图 516b 中, 当 100kΩ 电阻跨接在 b与c管脚之间时, 即有 一 定 的 Ib 流 通,其 所 对 应 的Ic 大小与万用表测 阻 档 级 的 欧姆指示值 Rx 成反比,换言之, Rx 的 阻 值 愈 小,表 针 的 偏 转 范 围愈 大, 表 明 被 测 管 子 的β值 愈 大,即 β =IIcb ∝Ic Ib一定 ∝ 1 Rx 晶体管各电极的 PN 结反向击 穿电 压 是 一 个 很 重 要 的 极 限 参 数。 图516 使用万用表检测 NPN型晶体三极管珋β 值方法 a)Ib=0 b)Ib≠0 在缺 少 专 用 测 试 仪 器 的 情 况 下, 也 可使用 灵 敏 度 较 高 的 万 用 表 (S> 5kΩ) 的 适 当 直 流 电 压 档 级,粗 略 地检测晶体管有关电极的 PN 结反 向击 穿 电 压 值,其 测 量 原 理 如 图 517所示。从图517b可知,在交流 电压 的 负 半 周 时, 被 测 晶 体 二 极 管 VD 处于导通状态,万用表的直流电 压指 示 值 接 近 于 零; 而 在 交 流 电 压 的正半周时,如果二极管 VD 的 PN 结没有击穿,其反向电阻很大,万 用表的 直 流 电 压 读 数 将 是 半 波 整 流 的平均值,即 VDC=045VAC =045×220V =99V 所以 万用表的直流电压档级可选用 图517 使用万用表检测晶体管 PN结反向击穿电压的原理 a) 测量原理 b)PN 结未击穿时的波形 100V。设反向击穿的电流限值为IR, c)PN 结反向击穿时的波形 95 则限流电阻 R 可取为 R 的功率应为 R ≈ VAC 2IR = 220 2IR = 110 IR P ≥ Vm ×2IR =220×2IR =440IR 最大的测试电压为交流电压 的峰值,即 Vm= 槡2VAC =1414×220V ≈311V 检测时,万用表的 “+” 端 应连接到有关电极的 PN 结的 N 区管脚上,而 “-” 端应连接到 P 区 管 脚 上。当 被 测 晶 体 管 的 PN 结反向击穿时,万用表的 直 图518 使用万用表检测 NPN型晶体 三极管 V(BR)ceo的方法一 流电压 V′DC将小于半波整流的平均值 VDC,并且约等于反向击穿电压值 V 的 (BR)ceo 一半,如 图517c所示。由此可测定反向击穿电压值 V(BR)ceo≈2V′DC。 如果反向击穿的电流限值IR 很小 (如小功率晶体管),万用表电压档级内阻的分流作用 就不能忽略,因此必须采用图518所示的电路接法,其限流电阻 R 和反向击穿电压V(BR)ceo 的估算方法不变。 如果反向击穿的电流IR 不超过万用表的表头电流满度值Io,则可直接利用直流电压档 级的内阻代替限流电阻 R,同时应适 当选择直流电压档级的量程 Vo,即 Vo ≈(03~08)VAC?(IRS) 设 IR = 100μA,S = 5kΩ?V, VAC=220V,则可选用 Vo=(03~08)×100×102-620×5×103V =(132~352)V 即选用250V 的直流电压档级,其电路 接法如图519所示。因为 NPN 型晶体 三极管的Iceo很小,所以在检测 V(BR)ceo 图519 使用万用表检测 NPN型 晶体三极管 V(BR)ceo的方法二 时,必须在被测晶体管e与b之间连接 一个晶体二极管 VD,其 PN 结方向应和被测管的发射结eb相反。在交流电压负半周时, 半波整流的电流通过外接二极管 VD和被测管的集电结bc,其电压全部降在万用表的内阻 上。而在交流电压正半周时,如果集射极进入反向击穿状态,则半波整流电压将扣减掉被 测晶体管反向击穿电压值 V(BR)ceo的以上部分,这样,万用表的电压读数就和集射极两端的 直流电压分量一样大,即 V(BR)ceo值仍等于 V′DC值的两倍。 96 3集成电路测试仪 集成电路又称固体电路,它是一种新型的电子器件。集成电路是将许多电子元件直接制 作在一块硅单晶片上,从而大大减小了元件之间的距离和焊点,并且大大缩小了元件的尺寸 和重量。因此,它跟 “分立元件电路” 比较,具有体积小、重量轻、可靠性高、耗电量省以 及使用方便等许多优点。随着电子仪器的数字化、自动化、系统化、小型化和多功能化,目 前集成电路已被逐渐应用在各种电子仪器中。集成电路按用途分为两大类,即数字集成电路 和线性集成电路,前者具有逻辑运算功能,通常工作在大信号的开关状态,常用的如 TTL 与非门集成电路;后者具有线性变换功能,通常工作在小信号的放大状态,常用的如集成运 算放大器。 集成电路也有它的特性曲线和各种电参数。如 TTL与非门集成电路的主要特性有转换 特性(ViVo)、低电平负载特性(IoLVoL)、高电平负载特性(IoHVoH)和输入特性(ViIi)等, 其主要电参数有通导电流ICCL、截止电流ICCH、高电平输入电流IiH、低电平输入电流IiL、高电 平输出电压 VoH、低电平输出电压 VoL、开门电平 Von、关门电平 Voff、平均传输延迟时间tpd和 上限工作频率fm等。这些电参数可选用 SC1型集成电路测试仪(可测试 DTL、TTL、HTL、 PMOS、CMOS数字集成电路)、QL2型集成电路测试仪和 QL1型 TTL交流参数测试仪等进 行检测。又如集成运算放大器的主要电参数有:输入失调电压 Vos、输入失调电流Ios、输入偏 置电流Ib、开环电压增益 K0、最大输出电压 Vop-p和共模抑制比 CMRR 等。这些电参数可选 用 TOC2型或 QL12型运算放大器测试仪来进行检测。检修分立元件电路的电子仪器时,只 要检查出个别变值、损坏的电路元件或电子器件就能修复仪器。但是根据集成电路的结构工 艺,只要内部有一个电子元件变值、损坏了,整块集成电路的功能就会受到影响而不能使用。 因此在检修采用集成电路的电子仪器时,如果发现有关的集成电路工作不正常,表明这块集成 电路已经损坏,必须更换相同类型的集成电路才能修复仪器。 例如,一台数字显示仪器是采用集成电路5G659作为四位计数寄存译码电路的。如果 仪器的故障现象是:某一位荧光数码管出现数字 “停计”,即显示至一定数字时就停止计数, 则表明相应位数的集成电路5G659已经损坏,更新后便能修复仪器。 又如一台数字式直流电压表的故障现象是:“+”、“-” 电压的数字均 “错计”。检查结 果发现作为基准电压源输出的 集 成 运 算 放 大 器 5G006 的 功 能 不 正 常, 其 闭 环 增 益 不 符 合 反 相放大器的函数关系,对 “-” 极性输入电压无反相作用,表明这个集成运算放大器已经损 坏,更新后便能修复仪器。 由于历史原因,我国集成电路产品在型号、结构、技术参数等方面都较混乱,目前虽已 有统一标准,但老产品仍大量使用着。因此,在检修电子仪器时,必须查阅集成电路手册或 有关技术资料,以及选用适当的集成电路测试仪器,对照其管脚接法和检测其性能优劣。但 是在缺少技术资料或专门测试仪器的情况下,通常也使用万用表和晶体管特性图示仪,以识 别有关集成电路的管脚序列及其功能好坏。 例如,常用的数字集成电路 TTL与非门,其 “电源” 管脚与 “地线” 管脚之间有一定 的阻值,所以可使用万用表的适当测阻档级进行检测,如图520所示。它的 “正向” 电阻 约为几kΩ,“反向” 电阻约为十几kΩ,并以测出 “反向” 电阻为准,黑笔所连接的管脚为 “电源”Vcc的 “+” 电极,红笔所连接的管脚则为 “地线”。如果在上下边的正中两个管脚 97 上测出的阻值不符合上述正反电阻的情况,则可改测对角边的两个管脚。有些产品在 “电 源”Vcc脚上点有色漆以便辨认。 图520 使用万用表识别 TTL与非门集成电路管脚序列的方法 因为与非 门 的 逻 辑 特 性 是: 当 所 有 输 入 端 全 是 高 电 平 时, 输 出 为 低 电 平 (VoL ≤ 035V);而输入端中只要有一个是低电平,输出即为高电平 (VoH≥3V),所以可用万用表 的适当直流电压档级,简略地判别与非门集成电路的好坏,如图521所示。在与非门电路 图521 使用万用表判别 TTL与非门集成电路的好坏 接上电源和地线之后,先把与非门电路的输入端全部悬空,将万用表板置于直流电压10V 档 位,万用表的红笔 (“+” 端) 连接至与非门电路的输出端,黑笔 (“-” 端) 连接至 “地 线”。此时万用表的指示值为 VoL应小于035V。如 果测得电 压 值 远 大 于 035V,表 明 这 个 与 非 门 电 路 已损坏。如 果 电 压 值 正 常,可 进 一 步 使 用 镊 子 或 导 线使与非门 电 路 的 输 入 端 之 一 和“地 线”短 路,此 时 万用表的指示值为 VoH应大于3V。如果输入端之一 短路时,输出端的电压不跳变为高电平,表明这个输 入端已损 坏,可 调 换 另 一 个 输 入 端 进 行 检 测。 如 果 所有的输入端全坏了,那这个与非门就不能使用了。 为了进一步确定 TTL 与非门集成电路的质量, 还需使用万用表的适当直流电流档级,检测高电平 输入 电 流 IiH 的 大 小 (IiH <100μA),如 图 522 所 图522 使用万用表检测高电平 输入电流IiH值 98 示。将万用表扳至直流电流5mA 档级,万用表的红笔串接一个450Ω 的限流电阻后,再连 接至电源 Vcc (+5V) 的管脚上,然后将黑笔逐个连接输入端的管脚。如果此时万用表的指 针微动或者不动,则表明相应的输入端是好的;否则万用表指示几个 mA 或者 “打表”,则 表明相应的输入端已损坏,使用时应剪除。 在装备有JT1型晶体管特性图示仪的条件下,可以用来观测 TTL与非门集成电路的最 主要特性———电压传输特性,如图523所示。在JT1 型仪器测试台的接 柱c和 b之 间,跨 接一个低阻值的输入电阻 (一般在5~50Ω范围均可)。 图523 使用JT1型晶体管特性图示仪检测 TTL与非门集成电路的转换特性 JT1型仪器面板上有关旋钮的扳置部位如下: 集电极峰值电压范围:0~20V; 集电极电压极性:“+”; 峰值电压:先调到0V,然后慢慢调大; 功耗电阻:10Ω; Y 轴作用:基极电压05V?度; X 轴作用:集电极电压05V?度; 基极阶梯作用:关; 串联电阻:22kΩ。 然后开始测试,慢慢地把 “峰值电压” 调大,直至图示仪的屏幕上显示出相应的电压传 输特性曲线。由此可实测该与非门集成电路的开门电平 Von、关门电平 Voff、输出高电平 VoH和输出低电平 VoL等电参数。 线性集成电路诸如集成运算放大器、集成直流稳压电路等的管脚接法不尽相同,也无一 定规律,所以在测试和使用时,必须查阅集成电路手册或者有关技术资料进行对照和比较, 以免搞错了会损坏器件。 在缺少专用测试仪器的情况下,通常使用万用表的适当直流电压档级,检测集成运算放 大器输出端的 “零位”、“正位” 和 “负位” 的数值,以判断其质量好坏。在图524中,使 用万用表的25V 直流电压档级,检测运放集成电路 FC52A 的输出端 “零位”。由于运放集 成电路内部的差分放大器不对称,特别是 Vbe不一致,因此在无信号电压注入时,运放集成 电路的输出电压并不为零,如图524a所示。如果02V<|Vo|<2V,必须借助外接的调零 99 电位器 RP,使 Vo 降到02V 以下,如图524b所示。如果调零无效,表明这个运放集成电 路的质量不好,应予更换。 图524 使用万用表检测运放集成电路的输出端 “零位” a) 无调零电位器 b) 有调零电位器 检测运放集成电路输出 “正位” 和 “负位” 的大小,即检测其最大输出电压 Vopp是否 正常,如图525所示。它的反相输入端通过10kΩ电阻接地,先将同相输入端通过10kΩ 电 阻接至 +Vcc (+15V),此时同相端的放大器 饱 和 导 通,反 相 端 的 放 大 器 截 止,输 出 为 +Vo。如果使用万用表的10V 直流电压档级测量输出端电压 Vo,应大于+7V。Vo 愈大, 表示集成块能输出的正向幅度越大。如果 Vo 小于+7V,甚至为零值或者负值,表明该运放 集成电路已经损坏,必须更换。 图525 使用万用表检测运放集成电路的输出 “正位” 和 “负位” 的电压值 a)“正位” 电压检测 b)“负位” 电压检测 如果在反相输入端通过10kΩ电阻接地,再将同相输入端通过10kΩ只接至-Vee (-15 V),此时反相端的放大器饱和导通,同相端的放大器截止,输出为 -Vo。使用万用表的 10V 直流电压档级测量输出端电压 Vo,应小于-7V。如果 Vo 大于-7V,甚至为零值或者 正值,表明该运放集成电路已经损坏,必须更换。总之,采用上述三种方法检测时,只要其 100 中一项不符合要求,就表明集成电路已损坏。 55 信号波形参数测试仪器的选用方法 在维修电子仪器工作中,经常需要观测和调整电路中各种信号的波形及其物理参数,诸 如正弦信号的频率、相位和失真度,脉冲信号的上升和持续时间,高频调制信号的调幅度和 频偏等。这些信号波形参数的测试都有专用的测量仪器,如 PS1型音频频率计 (测频范围 为10Hz~200kHz)、PW1型外差式频率计 (测频范围为125kHz~20MHz)、E324型数字式 频率计 (测频范围为10Hz~100MHz)、XB13A 型数字式相位计 (可测01°~360°)、BS1 型失真度测量仪 (可测10Hz~200kHz,001%~100%失真度)、TF1型调幅度测量仪 (可 测50kHz~30MHz,1%~100%调幅度)、BE3型频偏仪 (可测4~320MHz,0Hz~200kHz 频偏) 和各种电子示波器等。但是在装备条件较差而测量准确度要求不高的情况下,不少的 信号波形参数都可使用电子示波器进行定量的测试。 1电子示波器的选用方法 电子示波器的选用主要是考虑它的 Y 轴通频带、Y 轴增幅灵敏度和 Y 轴输入阻抗这三 项技术性能。 (1)Y 轴通频带 电子示波器的 Y 轴通频带 Bf,通常是以 Y 轴频率响应特性的上限频率fh 来表征的。 为了取得良好的低频响应特性,一般均选用 Y 轴频率响应从 “0”,即直流开始的多用示波 器 (如SBM10型、SBM11型、SBM414型等)。其通频带 Bf 的要求是根据被测信号的最 高频率fx 和被测脉冲的上升时间tr 来选用的,即 或者 Bf ≥fx Bf ≥ 350 tr 这里,tr 是以纳秒 (ns) 为单位,Bf 是以兆赫 (MHz) 为单位。 (2)Y 轴增幅灵敏度 电子示波器的 Y 轴增幅灵敏度通常是以 mV?cm 或 V?cm 来表征的。选用时应根据被测 信号电压ux 的大小来考虑,即最小的 mV?cm≤ux≤最大的 V?cm。 (3)Y 轴输入阻抗 电子示波器的 Y 轴输入阻抗是以等效直流电阻和等效并联电容来表征的,测试时要求 R 愈大愈好,C 愈小愈好。因此,通常选用带有10∶1固定衰减器的高频探测器的电子示波 器,以取得较高的输入阻抗。 2使用电子示波器测定信号频率的方法 对于低频正弦波信号的频率,可用李沙育图形的比较方法来测定,对于高频或脉冲信号 的频率,可用测量周期的间接方法来测定。 (1) 李沙育图形比较法 这是借助于电子示波器和外接的音频信号发生器,对被测正弦波信号的频率进行比较。 当屏幕上显示稳定的李沙育图形时,即可从音频信号发生器的频率度盘上,直接读出被测信 号的频率fx,如图526所示。被测信号加于 Y 轴输入端,音频信号加于 X轴输入端,当调 101 节音频信号发生器的频率fx,使屏幕上显示出稳定的李沙育图形时,被测信号频率为 ( ) fx = NX NY f0 式中 NX———李沙育图形在水平方向 (X轴) 的凸峰数目; NY———李沙育图形在垂直方向 (Y 轴) 的凸峰数目。 但为了测定方便起见,通常将f0 调节到使 NX∶NY=1,即屏幕上显示出稳定的斜线、 椭圆或圆形的图像,然后取fx=f0。 (2) 测定周期间接法 由于高频信号频率的漂移和脉冲波形的空度,很难使用李沙育图形比较法测定频率,通 常利用电子示波器本机的 “时标” 信号或扫描信号,测定被测信号的周期 T,然后根据频 率f 为T 的倒数,以间接测量被测信号的频率,如图527所示。当调节电子示波器的扫描 速度,使屏幕上显示出 1~2周期的稳定波形时,再选择 “时标” 信号使波形图像上呈现出 清晰的线段或光点,然后计算一个周期的光点数目,设为 N,而 “时标” 档级设为t0,则 可间接测定被测信号的频率为 图526 利用李沙育图形的比较法测定频率 图527 利用测定周期的间接法测量频率 fx = 1 T = 1 Nt0 现代的电子示波器的扫描速度档级,大都用μs?cm、ms?cm 和s?cm 来定量,因此,在扫 描速度 “微调” 电位器旋置于最大部位时再选择扫描速度档级,使屏幕上显示出1~2周期 的稳定波形,然后测定相应于一个周期的距离,设为 L(cm),相应扫速档级设为 D(μs?cm), 则可间接测量信号的频率为 fx = 1 T = 1 LD 3使用电子示波器测定相位角的方法 对于两个同频率正弦波信号的相位差,可使用普通示波器,根据 XY 函数法的原理进 行测定,也可以使用双踪示波器,根据电角度比例法的原理进行测定。 XY 函数法是将两个同频率的正弦波信号分别加到普通示波器的 X轴和 Y 轴的输入端, 并调节 X轴与 Y 轴 “增幅” 控制器以及 “位置” 控制器,使屏幕上显示出对称于 “原点” 102 的椭圆形图像,如图528所示,然后测定切点a 和割点b 的 Y 轴高度,设为 A 和B,则信 号电压u1 和u2 之间的相位角θ=arcsin(B?A)。如果装备有双踪示波器,则可利用角度比 例法测定两个同频率的正弦波信号电压 u1 和 u2 之间的相位角,更加方便,如图529所 示。被测信号分别加到 YA 和 YB 通道的输入端,调节 Y 轴 “增幅” 控制器和 “扫描速度” 控制器,使屏幕上显示出1~2个周期的稳定波形,然后测定相应于一个周期的距离 A 和两 个信号波形之间的距离B,则信号电压u1 和u2 之间的相位角θ=(B?A)×360°。 图528 XY函数法测定相位角 图529 利用角度比例法测定相位角 4使用电子示波器测定调幅度的方法 在缺少专用的调幅度测量仪的情况下,使用电子示波器可方便地测定和校准高频信号的 调幅度,其情形如图530所示。被测高频调幅波信号直接加到示波器的 Y 轴输入端,如同 观测信号波形一样,但扫描速度是根据低频的调制信号来选择的,即调节扫速控制器使屏幕 上显示出稳定的高频包络图像,然后在 Y 轴方向测定低频包络线的峰峰和谷谷距离,设为 A 和B,则被测高频信号的调幅度百分数为 M =AA+-BB×100% 图530 利用电子示波器测定高频信号调幅度的方法 56 信号发生器的选用方法 在维修电子仪器时,往往需要使用各种信号源,以寻找发生故障的电路部分和分析发生 故障的原因,如在检测电子示波器 Y 轴多级放大器的故障问题时,需要使用音频正弦波信 103 号;在检测 RC 补偿式衰减器的频率响应时,需要使用一定频率的方波信号;在检测高频 和超高频微伏表的故障时,需要使用高频和超高频信号;在检测数字式频率计的故障时,需 要 “单次” 脉冲信号等等。对于信号发生器的选用,应从技术性能和实际需求出发。 1音频信号发生器 一般对正弦波形的要求较高,其失真度应小于1%,通常只要求有信号电压输出,不需 要有信号功率输出。因此,可选用 XD2型 (或 XFD6型) 低频信号发生器,其频率范围为 1Hz~1MHZ,最大输出信号电压5V,最大输出衰减80dB,波形失真度<05%。如果需要 有功率输出,可选用 XD1型 (或 XFD7A 型) 低频信号发生器,其最大输出功率为5W, 输出阻抗档级有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω 和5kΩ。 2高频信号发生器 一般要求取得在频率和振幅上都经过校准了的从1V 到几分之一μV 的电压,并能输出 纯等幅的振荡波及已调制 (调幅或调频) 的振荡波,这类信号发生器即所谓标准信号发生 器。常用的高频标准信号发生器有电子管电路的 XFG7型仪器和全晶体管的 XB18型仪器, 两者的频率范围均为100kHz~30MHz,频率准确度优于±1%。但 XB18型高频标准信号发 生器具有1MHz和10MHz晶振频率校准装置,以及从20Hz到20kHz频率可调的音频调制 信号源,因此,它的频率刻度准确度较高,并且可兼作音频信号发生器,但它在稳定性和可 靠性方面不如 XFG7型高频标准信号发生器。 3脉冲信号发生器 随着数字式电子仪器的日益增多,脉冲信号发生器在维修工作中的重要性就越来越明 显,如使用双脉冲信号,可检测电子门的开关功能是否正常;使用单脉冲信号,可检测各种 计数电路的逻辑功能是否正常;使用适当宽度的正、负脉冲信号,可检测集成运放电路的积 分功能是否正常等等。适当地调整脉冲重复频率和持续时间,可取得接近方波的测试信号。 选用脉冲信号发生器主要是从脉冲宽度 (即脉冲持续时间) 和脉冲幅度来考虑的,而脉冲重 复频率则无一定标准,如 MF1型脉冲信号发生器的脉冲宽度为01~10μs,脉冲幅度为 1mV~100V,重 复 频 率 为 50Hz~10kHz;MFS2A 型 双 脉 冲 信 号 发 生 器 的 脉 冲 宽 度 为 01μs~1s,脉冲幅度为10mV~50V,重复频率为01Hz~1MHz;MFH1型毫微秒脉冲信 号发生器的脉冲宽度为20ns~50μs,脉冲幅度为10mV~3V,重复频率为03kHz~30MHz。 其他如 XC14型和 XC19型毫微秒脉冲信号发生器,其最窄脉冲宽度可达到05ns,最高重 复频率可达到300MHz。 57 稳压电源的选用方法 大部分的电子仪器都是使用220V 市电交流电源工作的。如果交流电源的电压偏高了, 会使仪器过载发热,轻则烧断熔丝,重则损坏内部电路器件;反之,交流电源电压偏低了, 会使仪器工作不稳定,甚至停止工作。因此,电子仪器使用的交流电源电压允许变动范围, 一般规定为220(1±10%)V(200~240V)或者220(1±l5%)V(190~250V),所以必须使用交 流稳压电源。 常用的交流稳压电源有两大类,一种是电磁谐振式交流稳压器,它是利用磁饱和稳压原 理,如 WY4型和 WYCB1型交流稳压电源;另一种是电子交流稳压器,它是利用磁放大 器的稳压原理,如614A型、614B型、614C型和 VR303型、VR304型、VR305型电子 104 交流稳压器。电磁谐振式交流稳压器的优点是稳压范围较宽 (输入交流电压160~250V,输 出交流电压220V)、输出功率选择范围很大 (最小的100VA,最大的几十kVA),价格比较 便宜;其缺点是输出波形不好 (接近方波)、电压稳定度较差 [220(1±2%)V]、空载功耗 大、机振嗡声较大,对于某些电子仪器的工作会有影响。电子交流稳压器的优点是输出波形 好 (接近正弦波)、空载功耗小、电压稳定度较高 [220(1±05%)V]、机振嗡声较小、输 出交流电压可在一定范围内调节 (190~240V);其缺点是稳压范围较窄 (输入交流电压 195~230V)、输出功率选择范围较小 (1~5kVA),价格比较昂贵。但是为了保证各种电子 仪器均能正常工作,以选用电子交流稳压器为宜。如果当地交流电源的电压波动范围过大, 特别是下限电压低于195V,会导致电子交流稳压器过载烧断熔丝,在这种情况下,可采用 相应功率的调压自耦变压器,装在电子交流稳压器的输入端以配合工作,将能收到良好的效 果。 在维修电子仪表中,有时需要使用外部的直流稳压电源来替代仪器内部的直流电源,以 观测其对故障现象的影响。常用的直流稳压电源有两类,一种是输出电压较高的电子管直流 稳压器,如PW1型直流稳压器 (0~200V,60mA) 和 PW3型直流稳压器 (100~400V, 300mA);另一种是输出电压较低的晶体管稳压器,如 WYJ1型直流稳压器 (0~30V,1A) 和 WY17B型直流稳压器 (0~30V,2A)。对于直流稳压电源的选用要求是:多路输出 (二 路以上),纹波电压小 (电子管直流稳压器应小于10mV,晶体管直流稳压器应小于17mV), 电压稳定度要高 [220(1±10%)V 时,应小于±05%],要有过载保护和短路保护装置 (特 别是对于晶体管稳压电源)。 总之,正确地选用各种测试仪表,是基于对测试任务与要求以及仪器性能与用途的了解 程度,也是对电子测量的基本原理和实用方法的灵活结合,其目的是为多快好省地维修电子 仪器提供测量手段。 第6章 指针式万用表的检修 61 概述 在电子技术工作和电子仪器维修中,经常需要测量电路中的电压、电流、输出电平的数 值以及电阻、电容和电感元件的数值,并且这些电路参数的量值范围又非常宽广,需要有一 种使用方便和结构简单,并具有不同量程和多种用途的测量仪器,万用表就是能满足这些基 本要求的一种常用的电子仪器。 万用表实际上是用一个比较灵敏的永磁动圈式直流电流表 (如直流微安表),借助于特 制的步档式转换开关,将一些电阻器、半导体整流器、电池等器件连接成各种电路,以进行 直流电流、电压、电阻和交流电压的测量。此外,万用表的度盘上还印制有测量音频输出电 平的 dB 刻度,它是使用交流电 压 的 档 级 进 行 测 量 的。 有 些 万 用 表 外 接 50Hz交 流 电 源, 并 利用交流电压的适当档级,还可测量一定范围的电容量和电感量。 万用表的技术性能主要是以灵敏度、测量范围和测量准确度等项目来表征,它的标志符 号和具体指标大都刻印在万用表的度盘片上和开关板上。例如 MF30型袖珍式万用表的面 板装 置 包 含 的 测 量 种 类 及 范 围 有:直 流 电 流 测 量,其 范 围 为 0—50μA—500μA—5mA— 50mA—500mA五个档级;直流电压测量,其范围为0—1V—5V—25V—100V—500V 五个 档级;交流电压测量范围为0—10V—100V—500V 三个档级;直流电阻测量范围为 R×1、 R×10、R×100、R×1k、R×10k五个档级。 直流电流表的灵敏度通常有两种表征方法,一种是用电流表的满度标称值 A0 来表示 的,如0~100μA 的直流微安表的灵敏度即为100μA;另一种是用能使表针偏转每一分度的 被测电量的数值来表示的,设表盘刻度的分度数目 N=100,则电流表的灵敏度为 S0 = A0 N = A0 100 如100μA 直流微安表的灵敏度 S0=100μA?100=1μA?分度。 万用表的灵敏度S 是用每伏特欧姆数 (Ω?V) 来表示的,即使用1V 电压使电流表通过 满度值电流 A0 所串接电阻值,其表示式为:S=1?A0,如使用100μA直流微安表作为 “表 头组件” 的万用表,它的灵敏度S 为:S=1?100×10-6Ω?V=10×103Ω?V=10kΩ?V。由此 可知,万用表的 Ω?V 数值愈大,说明 “表头组件” 的灵敏度愈高 (一般万用表的灵敏度 S 约为5kΩ?V)。 万用表的电流和电压标称值准确度是用相对满度误差来表征的,即以最大允许绝对误差 ±ΔA 对满度标称值A0 的百分比来表示,其关系式为 r0 =±ΔAA0 ×100% 而万用表的电阻标称值准确度是用相对标称误差来表征的,即以测阻的标称值 Ω 与电 阻的实际值R 相减之差,对测阻标称值 Ω 的百分比来表示,其关系式为 106 r = Ω -R Ω ×100% 由于万用表的测量用途多,测量范围广,如果使用日久或者操作不慎,往往会发生各种 故障问题甚至烧表。因此,必须掌握它的电路原理检修程序、表头的一般整修、常见故障检 修及使用和维护方法,才能搞好检修工作。 62 万用表的基本原理 多数万用表装置有测量直流电流、直流电压、交流电压、直流电阻的电路,少数万用表 还装有测量电容量、电感量、晶体三极管β 值的电路。现分述其基本原理如下。 621 直流电流测量原理 万用表的直流电流档实际上就是一个多量限的直流电流表。磁电系测量机构配以与其并 联的分流器后,就可以扩大其测量电流的范围,故可利用多个分流器的方法构成多量限的直 流电流表。根据分流器的接法不同,多量限直流电表可分为开路个别转换式分流电路及闭路 抽头转换式分流电路。 1开路个别转换式分流电路 如图61所示,开路个别转换分流电路中各量限的分流电阻是互相独立的,在转换过程 中,分流电阻与表头呈开路状态。 如果知道表头的满偏度电流I0 和其内阻 R0,则 量限为Ix 时所需用的分流电阻 RFL可用下式求得: 首先求分流系数 KFL =II0x 然后求分路电阻值 RFL = R0 KFL -1 这种分流电路的优点是各档分流电阻值可以单独 调整,而不会影响到其他档的阻值,但存在以下缺点: 1) 由于转换开关S的触点存在着接触电阻,虽然 其阻值较小,但它是串联在分流电阻里的,因而将引 图61 开路个别转换式分流器的 多量限电流表原理 起较大的测量误差,特别是测大电流时,由于分路电阻选用的阻值较小,开关触点电阻所占 的比例就更大,因而引起的误差也将更大。尤其严重的是,若开关触点接触不良时,测量时 的电流就可能不经过分路电阻而全部流入表头,将表头烧坏。 2) 当分流电阻接通以后,测量机构动圈两端通过分流电阻而成闭合回路,此时的动圈 也会感应出电流,于是像铝框架一样会成为一个阻尼装置。由于动圈的闭合回路中分路电阻 阻值不同,所以动圈中的感应电流大小也不相同,故在不同量限,仪表的阻尼时间也不相 同。 由于上述原因,开路个别转换式分流器已很少被采用。实际上,在万用表直流电流档普 遍采用 “闭路抽头转换式分流电路”。 107 2闭路抽头转换式分流电路 如图62所示,闭路抽头转换式分流电路中各分流电阻彼此串联,然后再与表头并联, 从而形成一个闭合回路。当转换开关S换接到不同位置时,可以改变分路电阻阻值,达到变 换量程的目的。 当转换开关 S接端钮3时,RF1+RF2+RF3 构成一个分流器,使测量电流的量限为Im3。 当转换开关 S接端钮2时,RF3变成与表头 串联,所以其分流电阻是 RF1+RF2。可见,此 时分流器电阻值减小,而表头支路电阻值增加为 R0+RF3,因此电流测量量限扩大为Im2,即Im2 >Im3。 图62 闭路抽头转换式多量限 当转换开关接到端 钮 1 时,RF2+RF3与 表 直流电流表原理图 头串联,而其分流电阻为 RF1,所以测量量限又扩大到Im1,且Im1>Im2。 从图中可见,开关触点的接触电阻不再串联在分路电阻内,所以它对分流效果影响不 大,所引起的误差将是很小的。 当开关S触点接触不良或失灵时,整个电路没有电流,不会烧坏表头。 另外,因为动圈与分流器回路电阻值不随改变测量量限而变化,总是为 R0+RF1+ RF2+RF3,所以即使在不同量限,仪表的阻尼大小也相同。 3直流电流档分流电阻的确定 分流电阻值的确定一般分三步进行: 第一步,首先根据表头参数 I0 及 R0 按最小电流量限档I0小 计算出分流器总电阻值 RFL,符号I0小 的脚注表示最小量限。 RFL = R0 KFL -1 =ImR小0-I0I0 通过计算得到的总分流器电阻一般为小数。 在工艺上,为了便于调整、修理和成批生产,总 是将计 算 结 果 扩 大 成 最 接 近 计 算 值 的 整 数 千 欧 值,但这样一来分流关系就破坏了。为了维持分 流关系不变,就必须在表头上再串联一只锰铜可 变线绕 电 阻 R。R 串 入 后 还 可 起 到 一 个 作 用, 就是表头参数 有 所 变 动 时,可 调 R 进 行 补 偿, 如图63所示的串入 R 的闭路抽头转换式分流 电路。R 值的大小可以用扩大后的总分流电阻 整数千欧值代入上式,并将 R0 改作 R0′作为未 知数计算而求得的值再减去表头内阻R0 而确定。 图63 串入 R 的闭路抽头转换式分流电路 第二步,确定各档分流电阻值。 由图63可见,当转换开关S在量限为Im1档位时,由于 RF1和 RF2+RF3+R0′这两条 支路并联,所以两条并联支路端电压相等,即 108 (Im1 -I0)RFL1 =I0(RF2 +RF3 +R0′)=I0(RFL -RFL1 +R0′) 展开两边消去I0RFL1得 Im1RFL1 =I0RFL +I0R0′ =I0(RFL +R0′) 同理可求出,在任一档Imn (表示第n 档的量限) 都存在上述关系: ImnRFLn =I0(RFL +R0′) 该式给出一个重要的结论,即任一档电流量限和该档分流电阻的乘积都为常数,常数的 数值等于I0(RFL+R0′),常称它为测量直流电流时的最大电压降。 于是量限Imn的分流电阻RFLn可用下式确定: RFLn =I0(RIFLm+n R0′) 第三步,确定各元件的数值。如图63所示 RF1 = RFL1 RF2 = RFL2 -RFL1 RF3 = RFL -RFL2 下面分析 MF30型万用表直流电流档电路,该电路使用406μA 的表头,它的内阻为 325kΩ,用闭路抽头转换式分流器将其组装成一个量限为 50μA、500μA、5mA、50mA、 500mA 的 直 流 电 流 档 时, 其 分 流 电 阻阻值的确定方法如下: 首先 根 据 最 小 量 限 50μA 计 算 确定总分流电阻 RFL =ImI小0R-0I0 =40506-×403265kΩ =1404kΩ 现取 RFL=15kΩ,则表头总内 阻通过上式反算为 3470Ω,今 表 头 内阻只有325kΩ,所以可串联一线 图64 五量限测量直流电流的电路 绕电阻 R 补足,如图64所示。 其次,求直流电流电压降为 I0(RFL +R0′)=406×10-6(15×103 +347×103)V =075V 再求各分路电阻。500mA 档的分路电阻为 R500mA = RFL1 =075?05Ω=15Ω R50mA = RFL2 =075?005Ω=15Ω R5mA = RFL3 =075?0005Ω=150Ω R05mA = RFL4 =075?00005Ω=1500Ω R50μA = RFL5 =075?000005Ω=15000Ω 于是可确定各电阻阻值 109 R1 = RFL1 =15Ω R2 = RFL2 -RFL1 =(15-15)Ω=135Ω R3 = RFL3 -RFL2 =(150-15)Ω=135Ω R4 = RFL4 -RFL3 =(1500-150)Ω=1350Ω R5 = RFL5 -RFL4 =(15000-1500)Ω=13500Ω 分流电阻可用阻值较稳定的锰铜丝绕制。修理时,如没有锰铜丝也可从线绕电阻上拆下 来使用。 622 直流电压测量原理 万用表的直流电压档实际上就是一个多量限的直流电压表。前已叙及,应用附加电阻与 磁电系测量机构相串联,就可以扩大它测量电压的范围。附加电阻越大,能扩大测量电压的 范围就越大。所以配用多个不同阻值的附加电阻就可以构成多量限的直流电压表。 附加电阻按其在电路中的接法不同也有单 独 配 用 附 加 电 阻 和 共 用 附 加 电 阻 两 种。 图 65 所示为测量电压各档使用单独配用附加电阻的多量限直流电压表电路图。该电路的优点是: 不同电压档用不同的附加电阻,各档之间互不影响,当某一档的附加电阻被烧坏时,不会影 响其他档的测量。 图66所示为共用附加电阻式的多量限直流电压表电路。该电路中测量低电压档的附加 电阻也被测量高电压档所利用。如用测量较低电压档 Um3时附加电阻为 RFJ3,而测量较高电 压档 Um2时附加电阻为 RFJ3+RFJ2等等。这种电路的优点是可以节省绕制电阻的锰铜丝等材 料,缺点是低电压档的附加电阻变质或损坏时,会影响高压档的测量。 图65 单独配用附加电阻的多量 限直流电压表电路图 图66 共用附加电阻的多量限直流 电压表电路图 万用表中多采用共用附加电阻方式,下面介绍共用附加电阻多量限直流电压档的计算。 为了使电路简单,万用表直流电压档是在直流电流档最小量限档基础上加附加电阻构成 的。如图 67 所 示 为 MF30 型 万 用 表 的 直 流 电 压 档 电 路 图,该 表 共 有 1V、5V、25V、 100V、500V 五档。图中框内为图64所示的测直流最小量限50μA 档的电路,其等效内阻 约为2820Ω。 在已知电流表的基础上确定直流电压各档元件参数可按如下办法:首先确定电压档内阻 参数,再利用内阻参数算出各档内阻,进而确定各附加电阻值。 如图67的电路,已知构成直流电压表的电流表满度电流为50μA,则由它直接构成电 压表的内阻参数为其满度电流值的倒数,即 110 50×110-6Ω =20kΩ 已知电流表等效内阻为2820Ω, 于是1V 档内阻为 R1V =1×20kΩ=20kΩ 所以 R8 =(20-282)kΩ =1718kΩ 5V 档内阻为 R5V =5×20kΩ=100kΩ 所以 R9 =(100-20)kΩ =80kΩ 25V 档内阻为 R25V =25×20kΩ=500kΩ 所以 R10=(500-100)kΩ 图67 MF30型万用表直流电压档电路 =400kΩ 100V、500V 档电路的计算请读者照上述方法进行。 623 交流电压测量原理 万用表的交流电压档就是一个多量限的整流式交流电压表,万用表的表头是一个磁电系 测量机构,它只能直接测量直流,而不 能直接测量交流。 为了使表头能测交流,必须配以整 流电路,将被测交流变成直流再作用于 测量机构才行。万用表中所采用的整流 电路有 半 波 整 流 和 全 波 整 流 两 种,图 68为半波整流式交流电压表电路。图 中二极管 VD2 做半波整流用。当交流 电压 正 半 周 时,VD2 导 通,于 是 在 表 头和分流电阻 R 上产生整流电流,使 图68 半波整流式交流电压表电路图 表针偏转。VD1 为反向保护二极管,其作用可解释如下:如果没有 VD1,则负半周时反向 电压几乎全部加在 VD2 上,很可能将其击穿,而接入 VD1 之后,负半周输入时 VD1 导通, 使其两端电压很低,不至于击穿 VD2。 图69所示为全波整流式交流电压表电路。全波整流式交流电压表电路常用的有由四个 整流元件组成的桥式电路 (见图69a) 和由两个电阻、两个整流元件组成的桥式电路 (见图 69b)。由四个整流元件组成的桥式电路中,无论交流电的正半周或负半周,均有电流流过 表头,所以整流电流的平均值比半波整流时大一倍。 两个电阻与两个整流元件组成的桥式电路中,交流电的正半周和负半周也都有电流流过 表头,但由于电阻 R4、R5 有分流作用,输入电流不是全部经过整流流入表头,所以要求更 111 图69 全波整流式交流电压表电路图 a) 四整流元件式 b) 二整流元件式 高灵敏度的表头。但此种电路优点是每半周只使用一个整流元件,测量较小电压时,二极管 非线性影响小,从而提高了测量小电压的准确度。 无论半波整流电路还是全波整流电路,流过表头的电流都是单向脉动的,因此作用在表 头活动部分上的转动力矩也是一个方向不变,而大小随时间变化的转矩。但由于表头活动部 分的惯性,使指针来不及随瞬时转矩的变化而变化,它最后指示的位置决定于交流电一个周 期内瞬时转矩的平均值,而平均转矩与整流电流的平均值成正比,所以对于全波整流线路而 言,指针偏转角位移a 正比整流电流的平均值IP,即 a ∝IP 而对于半波整流线路,指针偏转角位移a 正比于全波整流电流平均值IP 的一半,即 a ∝ IP 2 可见,磁电系测量机构与整流电路组合而成的整流式仪表指针实际指示的是电流平均 值。但我们常用的是交流电压的有效值,所以为了使整流式仪表便于使用,其标尺应按交流 电有效值进行刻度。那么,交流电的有效值I 与整流电流平均值IP 之间存在什么关系呢? 以正弦交流电为例说明,半波整流电流的平均值IP半 与正弦交流电峰值Im 之间有如下关系: 设正弦交流电流为 i=Imsinωt,则有 T ∫ IP半 = 1 T 2 idt 0 得 IP半 =Iπm 槡∫ 而交流电有效值I 与峰值Im 之间的关系,因I = 1 T T i2dt 得 0 I = 1Im 槡2 于是,有效值与半波整流平均值的关系可表示如下: 1Im I IP = 槡2 Im =222 π 112 即 I =222IP半 (61) 而全波整流平均值IP 比半波整流电流IP半 大一倍,所以 I =111IP (62) 式 (61) 说明,半波整流仪表将原来直流电流的刻度乘以222即可得到交流电有效值 刻度。而全波整流式仪表,可根据式 (62),将原来直流电刻度乘以111即可得到交流电 有效值刻度。 包括万用表在内的一般整流式电流电压表的刻度值,几乎都按测正弦交流电来刻度表 盘。若用这样的仪表测非正弦交流电,则由于有效值与平均值之间的关系不同于正弦交流电 有效值与平均值之间的关系而产生读数误差。 另外,在万用表中,为了节省元件,要求交流电压各量程的附加电阻尽量与直流电压各 量程附加电阻共用,而且为了读数方便,要求测交流电压的有效值与测直流电压共一个刻 度。但这二者又是矛盾的,如在同一附加电阻的情况下,测量有效值为1V 的交流电压时流 过表头的平均电流与测量1V 直流电压比较,在半波整流电路中只有直流的1?222=045 倍,而在全波整流电路中也只有直流的1?111=09倍。显然若只共用附加电阻而不采取其 他措施,则测量交流电压有效值与测量直流电压的值是不能共用一条刻度的。 若既要共用附加电阻,又要共用一条刻度,则在测交流时必须设法增加与表头并联的分 流器电阻值,借以提高表头电流。当然,若仅是共用同一条刻度,测交流电压与测直流电压 电路可分别采用附加电阻,只是交流档附加电阻比直流档附加电阻小而已。 由于交流档引入了非线性整流元件,难以用准确的计算确定附加电阻,所以,可参阅图 68和图69的接线方式,按下述步骤进行: 1) 用实测的方法求出使电表满偏转时给整流器输入端的电流有效值I。 2) 用实测的方法求出使电表满度偏转时加在整流器输入端的电压有效值 U0。 3) 计算各附加电阻阻值。 量程为 U1 时,附加电阻 R1 为:R1=(U1-U0)?I; 量程为 U2 时,附加电阻 R2 为:R2=(U2-U1)?I; 量程为 U3 时,附加电阻 R3 为:R3=(U3-U2)?I。 还需要指出的是,由于整流元件正向电阻和反向电阻随温度和外加电压的不同而将发生 变化,所以整流式仪表的准确度不可能太高,尤其是在较低电压时,由于整流元件的整流特性 变化较 大(伏 安 特 性 的 线 性 程 度 较 差),所 以在整 流 式 交 流 电 压 表 中,测 量 交 流 电 压 的低压档(如测交流10V 档)采用单独的标 度尺,而不与测直流电压的标度尺共用。 MF30型万用表交流电压测量电路可 参阅图610,它与直流电压档分别采用附 加电阻。 图中考虑到制做维修万用表时所用二 极管特性不可能一样,所以构成电流表的 图610 MF30型万用表交流电压档测量电路 113 分流电阻 R7 采用可调电阻,以便换用不同二极管时供调整用。 624 电阻测量原理 万用表电阻档实际是个多量限的欧姆表。 1欧姆表测量原理 欧姆表的简单原理电路见图611。图中固定电阻 R 可这样确定;当被测电阻 Rx=0 (相当于a、b短路) 时,表头指针应满度偏转。 在这个电路中,接入被测电阻 Rx 之后,流过表头 的电流为 I =R0 E +R +Rx 由该式可以看出: 1) 若电池电压E 保持不变,当电路中接入某一确 定的被测电阻 Rx 时,电路中就有一相应电流使表头的 指针有一个确定的偏转角度。当被测电阻 Rx 的值改变 时,电路中 的 电 流 会 跟 着 发 生 变 化, 于 是 表 头 的 指 针 图611 欧姆表测量原理图 偏转角度也相应地变化。可见,表头指针的偏转角度大小与被测电阻大小是一一对应的。如 果表头的标度尺按电阻刻度,那么就可以用该电路直接测量电阻了。 2) 被测电阻 Rx 越大,电路中的电流就越小,表头指针偏转角度也小。当 Rx 无穷大时 (相当于a、b两点开路),电路中电流为零,此时表头指针不偏转,指在零位。可见,当被测电阻 阻值在0~∞之间变化时,表头指针则在满度与零位之间变化,所以欧姆标度尺应是反向刻 度,它和电流电压档标度尺的刻度方向是相反的。同时从该式还可以看出,电路中的电流与被 测电阻大小不成正比关系,而是非线性关系,所以测量 电阻的标度尺分度是不均匀的。 2零欧姆调整器 上面的叙 述 过 程 中, 我 们 假 定 电 池 的 端 电 压 是 恒 定不变的。但实际上,电池的端电压由于存放时间过 长或使用久了,其端电压会下降,这时,即使 Rx=0, 表头指针也不会满 度 偏 转。如 果 这 时 用 图 611 所 示 电 路测量被测电阻 Rx,则测量结果就是 不 准 确 的。因 为,图611所示的电路中电池电压的变化会给测量结 果带来很大的误差,为了消除这种误差,可在表头上 图612 带零欧姆调节器的 欧姆表原理图 并联一个可调电阻 Rt,如图612所示。 该电路中若电池电压变化,使得当 Rx=0而表头指针不能满刻度偏转时,可以调节 Rt 的 分流作用,使流过表头的电流增加,使表头指针满度偏转,即指在欧姆标度尺的零位,因此称 Rt 为零欧姆调整器。Rt 一般采用电位器,其调整柄露在万用表表面上,称作调零旋钮。 在实际的欧姆表电 路 中, 用 得 较 多 的 是 分 压 式 零 欧 姆 调 整 器, 其 电 路 如 图 613 所 示。 该电路中零欧姆调整器支路中包含有固定电阻 Rt′,它使该支路的分流作用限制在一定范围 114 之内。而零欧姆调整器 Rt 的滑动臂接到欧姆表总电路中,所以当调整 Rt 的滑动臂时,与 表头并联及串联的电阻均发生变化,这样调整效果更 好。 由上述 可 知, 在 用 欧 姆 表 测 量 电 阻 之 前, 为 了 避 免电池电压的变化而引起的测量误差,应首先将万用 表测试棒短接,同时调节调零旋钮,使表针指在 Rx= 0的位置 (即满偏度),然后再进行测量。 3欧姆表量程的扩大 图613带有零欧姆调整器的欧姆表电路中,电路 总电流I 为 图613 分压式零欧姆调整器电路图 I =R内 E +Rx 其中 R内 为欧姆表电路中等效内阻 (框内等效电阻)。公式中 Rx=0时,表头指针应满度偏 转,相应电路中的电流为I=E?R内 ;而当 R内 =Rx 时,I=R内E+Rx=2RE内 =I20,即电路 中总电流减小了一半,因此表头指针位于满度偏转的1?2处,指在欧姆刻度中心,这时表针 所指示的欧姆数即为欧姆表该档的总等效内阻值。所以,所谓欧姆中心值就是欧姆表该档的 总等效内阻值。 如前所述,欧姆表的刻度是从零值到无穷大,按理说一个量程就可包括所有的电阻值, 但事实上并非如此。从公式I=R内E+Rx可以看出,由于I 与Rx 呈非线性关系,当RxR内 时,Rx 的改变所引起电路电流的变化很小,只有在被测电阻 Rx 为10R内 ~110R内 的范围变 化时,电路中电流的变化才比较明显。如果被测电阻值超出这个范围,则电路中总电流I 很小,标尺刻度较密,这将难以得到准确读数。一般来说,知道了欧姆中心值就可以知道欧 姆表的测量范围。 由上所述,欧姆表的一个量程不可能满足各种电阻值的测量,如需测量各种不同大小的电 阻,欧姆表应做成具有不同欧姆中心值的多量限欧姆表。为了读数方便,欧姆表各量程应共用 一条标度尺。为此,各档欧姆中心值彼此之间应是十进的,例如标准档 R×1的欧姆中心值是 12Ω,则 R×10、R×100、R×1000等各档的欧姆中心值取120Ω、1200Ω、12000Ω等。 扩大电阻倍率通常有两种办法: 第一种办法是在保持电池电压不变的情况下,改变与表头并联的分流电阻阻值,即低阻 档用小的分流电阻,较高阻档用大的分流电阻。这样,当开关位于较高阻档时,虽然被测电 阻 Rx 增大,整个电路电流减少了,但通过表头的电流仍可保持与低阻档一样。所以,虽然 表针指示同一位置,但所表示的被测电阻却扩大了。一般万用表较低阻各档均采用这种办法 扩大量程。 第二种办法是提高电池电压。如果在测量最高电阻档 (如 R×10k档) 采用分流电阻的 办法不足以保持表头电流不变,则应提高电池电压来保持该电流值。一般采用积层电池,其 标称值为9V、15V 等。 115 下面讨论电阻档各元件如何计算。 我们以图614为例进行讨论。图中有 R×1、R×10、R×100、R×1k及 R×10k倍率 档。前四档采用电池 E=15V,R×10k档采用 积层电池 E=15V。R×1 档的分流电阻为 R1, R×10档的分流电阻为 R2,R×100档的分流电 阻为 R3,R×1k档及 R×10k档取消了分流电 阻,且 R×10k档串联电阻 R4。由于各电阻值 的确定需涉及欧姆中心值,所以首先讨论电阻档 欧姆中心值。 (1) 欧姆中心值 R中 的确定 欧姆中心值 R中 根据设计需要事先确定。用 相同表头构成的欧姆表,其欧姆中心值可以是不 相同 的。例 如 构 成 的 某 欧 姆 表 欧 姆 中 心 值 为 图614 万用表电阻测量电路 12Ω,而构成另一欧姆表的欧姆中心值可为24Ω 或25Ω 等等。欧姆中心值低的欧姆表适于测 量小电阻,而欧姆中心值高的欧姆表适于测量高阻值电阻。 (2) 欧姆调零器支路的计算 为简化计算,从不带分流器的低压高倍率档 R×1k档入手分析。R×1k档其简化电路 如图 615 所 示。一 般 干 电 池 工 作 电 压 范 围 为 13~ 165V,在计算时考虑到留有余地,可取干电池最高工 作电 压 为 17V, 最 低 工 作 电 压 为 12V。R×1k 档 的 欧姆中心值为 R中 ,则在17V 及12V 作用下,电路 电流分别为 Imin=12?R中 Imax=17?R中 当 Rx=0时,无论是Imin或是Imax都应使指针满偏 度。为此在12V 电压工作下,零欧姆调整器 Rt 滑动 于最右端。此时 Rt′与 Rt 串联作为分流电阻,见图6 15a。而在17V 电压作用下,Rt 滑动头应置于左端, 此时 Rt′为分流电阻,而 Rt 与表头串联,见图615b。 图615 欧姆表调零器 可见 Rt 与 Rt′的作用相当于将表头扩展为Imin和Imax两 a)Rt 滑至最右端 b)Rt 滑至最左端 个量限的分流电阻。根据闭路式分流器计算公式,I 低量限时有 RFL = R′t +Rt =ImRin0-I0I0 因为任一档电流量限和该档分流电阻的乘积为常数,所以 ImaxR′t = RFLImin 于是可得 Rt′=RIFLmIaxmin及 Rt=RFL-Rt′ (3) 串联电阻 R 的计算 调零支路电阻与表头并联后的电阻不等于事先设计确定的欧姆中心值,这时需串入限流 116 电阻 R 补到欧姆中心值。所以串联电阻 R 要根据低压高倍率档的欧姆中心值来计算,即接 入 R 后,该档的总内阻等于其欧姆中心值。若令 Rt 的可动端置于中心位置,则 R = R中 -((RR00++RRt?2t?2))+((RR′t′+t+RRt?2t?2)) (4) 低压电源较低倍率档分流电阻的计算 低压电源较低倍率档各分流电阻的接入应满足各档欧姆中心值的要求,如图 614 中 R×1、R×10、R×100档是在 R×1k档的基础上接入 R1、R2、R3 实现的。在未接入分流 电阻之前,仪表内阻为低压高倍率档欧姆中心值 R中1k,并联接入分流电阻之后,总的等效 电阻应等于该档的欧姆中心值。因此根据两电阻并联的公式进行计算,即可求得应配置的各 分流电阻值。因为所求分流电阻 R3、R2 与 R 中 1k 并联时,其并联后的等值电阻应为 R中100、R中10,所以 R3 = R R 中1k 中100 R中1k -R中100 R2 = R中1kR中10 R中1k -R中10 在计算 R×1档分流电阻 R1时,由于 R中1的值较小,这时串入电路的干电池内阻 RE 已 不容忽略 (对于一节15V 干电池来说,其内阻一般为1Ω左右),所以 R1 = R中1k(R中1 -RE) R中1k -(R中1 -RE) 式中 RE———干电池内阻。 (5) 最高倍率档计算 在最高倍率档,其中心欧姆值最大,此时即使去掉分流器,在 Rx=0时表头指针也达 不到满刻度值,为此必须提高电池电压。在低压高倍率档 R×1k档,电路未用分流电阻, 在最高倍率档也没有分流电阻,所以电路工作电流大小应是一样的,而由于最高倍率档的欧 姆中心值比 R中1k大十倍,所以其电源电压也应增加十倍,可选用高压积层电池。最高电阻 档串联电阻 R4 的值可由下式决定, R4 = R中高阻 -R中1k = R′E 式中 R中高阻 ———最高倍率档欧姆中心值; RE′———高阻档所用高压积层电池内阻。 625 电平测量原理 在万用表的标度盘上一般有 “dB” 标度尺,它是用以测量电平的。dB是分贝的表示符 号,而分贝是电平的单位。本节在介绍电平的测量之前,先介绍 “分贝” 及 “电平” 的有关 概念。 1传输单位 电信号在传输过程中,功率要受到衰减,而电信号经过放大器后功率也会被放大。计量传输 过程中这种功率的减小或增加的单位叫做传输单位。传输单位常用分贝表示,其符号是dB。 设电能经过某电路进行传输,电路的输入功率为 P1,输出功率为 P2,那么为了反映电 117 能经过该电路时的变化 (损耗或增益),可以取这两个功率的比值 P1?P2 来表示。但实践证 明,人耳对声音强弱变化的感觉不是与功率成正比而是与功率变化的对数值成正比。为了反 映这种人耳的听觉特性,所以取功率比的对数值来定义传输单位,即 贝尔数值 =lg(P1?P2) 贝尔这个单位太大,因此实际中常用贝尔的十分之一做基本传输单位,用符号 dB 表 示,于是 分贝数值 =10lg(P1?P2) 在电信技术中采用传输单位以后,大大简化了有关计算。如图616所示电能通过由三 个网络串联组成的整个电路传输,设网络I 的输入功率为P1,输出功率为 P2;网络Ⅱ的输 入功率为 P2,输出功率为 P3;网络Ⅲ的输入功率为 P3,输出功率为 P4,则电能经过网络 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时功率的变化分别为 P1?P2、P2?P3、P3?P4。若要求电能经过整个电路时的功 率变化 P1?P4,只有由三个网络各自功率变化的连乘积才能得到,即 P1?P4=(P1?P2)(P2?P3)(P3?P4) 但如果将上式取对数,则 图616 电能的传输 lg(P1?P4)=lg[(P1?P2)(P2?P3)(P3?P4)]=lg(P1?P2)+lg(P2?P3)+lg(P3?P4) 上式两边同时乘10,则 10lg(P1?P4)=10lg(P1?P2)+10lg(P2?P3)+10lg(P3?P4) 可见用传输单位表示时,整个电路功率变化 (衰耗或增益) 的分贝数等于每个小网络功 率变化 (衰耗或增益) 分贝数的代数和。显然,采用传输单位后运用的加减法比不用传输单 位时采用的乘除法要简单的多。另外,在式10lg(P1?P2) 中,P1>P2 时,所得分贝数为 正值,表示电路使功率产生了衰耗;P1=P2 时,所得分贝数为零,表示电路对功率既无衰 耗,也无增加;P1<P2 时,所得分贝数为负值,表示电路对功率产生增加 (即放大)。 2传输电平 传输电平是用传输单位 (分贝) 表示电信号大小的物理量。电平高意味着电信号强,电 平低意味着电信号弱。根据传输单位的定义,电平应是表示电功率变化的相对值,所以通常 说电路中某点电平的高低都是以该点功率与指定功率比值的常用对数表示。 若被比较的功率为任意值,所求的电平叫相对电平。用电路中某点功率与指定的标准功 率比较而确定的电平值叫绝对电平 (实用中常省略绝对二字,简称电平)。用做比较标准的 功率值有1mW、6mW、1W 等。不同部门不同专业所取的标准不同,电信技术中常用1mW 作为标准。电平值可能为正,也可能为负。当某点功率大于1mW 时,绝对电平为正值;某 点功率等于1mW 时,绝对电平为零,叫作零电平;某点功率小于1mW 时,绝对电平为负 值。 以上所述的电平是用功率关系确定的,叫功率电平。电平也可以由电压关系确定,叫电 118 压电平。因为根据 P=UR2的关系可有下式 U21 10lgPP12 =10lg R U20 =10lgUU2120 =20lgUU10 R 式中 U0———零电压电平,同理可定义出电流电平。 通常规定600Ω负载上输出1mW 功率作为零功率电平。此时负载电压为 U0 = 槡PR = 槡0001×600V =0775V 所以可将0775V 作为零电压电平。有了零电压电平,那么任何一个电压的绝对电平分 贝值都可以求出来。这样,电平的测量可以变换成电压的测量来实现。在万用表中,分贝刻 度是与交流电压最低档相对应的。国产万用表交流电压最低档多数为10V,所以10V 标度 尺上0775V 刻度线就是零dB刻度线,与此相应,对应于775V 的位置就是20dB刻度线, 对应0245V 处就是-10dB刻度线,10V 交流标度尺上其他刻度线所对应的分贝值都可以 用计算方法标出。也有的万用表用对于500Ω负载电阻输出6mW 作为零dB标准,此时相应 的电压电平为 U0=1732V。 3分贝标度尺的应用 1) 利用分贝标度尺,可以方便地计算一个电路的放大倍数或衰减倍数。例如测量出一 放大器的输入电压电平为 5dB,输出电压电平为25dB,则放大器的增益为 (25-5)dB= 20dB,利用相对电压电平的计算公式,可知放大器的电压放大倍数和功率放大倍数, 所以 Uo?Ui=10倍,又 20dB=20lgUUoi 20dB=10lgPPoi 所以 Po?Pi=100倍。 2) 分贝量程和扩大。前已叙及,分贝标度尺是以交流电压最低档 (一般是交流10V) 刻度的,若被测电平较高,就应用高档如交流50V、交流100V 测量,这时测量结果的读数 应是 (基准档如交流10V 档时) 分贝读数加附加分贝。 例如用交流50V 档测量时,此时量程为基准档 U (交流10V) 的5倍,即5U。此时, 分贝数应为 20lg5UU0 =20lg5+20lgUU0 =14dB+20lgUU0 式中第一项为附加分贝数,第二项为基准档分贝读数。同理,对于交流100V 档附加分贝数 为20dB。若用其他档测量时, 附加分贝数=20lg所使档用 量档 限的 电量 压限 值电 基压 准值 综上所述,所谓电平的测量实际上是变换成电压的测量实现的。测量电平时,若使用交 流电压最低档,则dB值可在分贝标度尺上直接读数;若使用其他档,则读数应加附加分贝 119 数。如果负载电阻不与刻度分贝标尺所使用的标准电阻相同,则其读数必须经过换算。 63 万用表的检修程序 万用表是一种测量用途多,测量范围广,而又使用频繁的仪表。因此,经常由于使用不 慎、保管不善、使用时间长久等原因,发生测量不准确、个别测量用途失效、甚至各项测量 均无指示以及卡表、打表、甚至烧表等故障问题。在检修万用表时,必须结合它的基本原理 和电路特点,遵循一定的程序进行工作,就能事半功倍修好仪表。 1初步表面检查 检修万用表时,通常先查看表头的表面情况,即查看指针是否卡阻、打弯以及阻尼作用 是否正常等;其次查看步档开关和 “Ω调零” 旋钮是否干涩、滑位或损坏,以及查看测试棒 的插头、插口和导线是否松脱、开断或接触不良;然后打开电池匣盖板,查看内部电池是否 漏液、霉烂或漏装;最后旋出外壳固定螺钉,查看内部电路元件是否烧焦、松脱或断线等。 一经发现明显的损坏情况或反常问题,加以必要的修整,往往即可修好仪表。 2观察故障现象 如果从表面检查发现不出问题,就要进一步进行万用表的定性测试。通常先进行测阻档 级的 Ω调零,以观察表头指针的偏转情况,如果 Ω 调零正常,说明万用表的 “表头组件” 和直流电流档级都是好的;其次使用直流电压的适当档级,测量15V 电池的电压,以观察 直流电压指示值是否正确,如果正确,说明万用表的直流电压档级也是好的;然后使用交流 电压的适当档级,测量220V 市电交流电源的电压,以观察交流电压指示值是否正确,如果 正确,说明万用表的交流电压档级是好的。如果被测的万用表有毛病,则三项定性测试结果 之一将会是反常的。 3研究工作原理 因为万用表的测量电路比较多样并且步档开关的转换作用比较特殊,所以从总的电路原 理图上,很难研究有关电路的工作原理。为了便于分析有关电路元件的作用及其相互之间的 关系,在检修万用表时,必须根据待修万用表的总电路原理图,描绘出存在故障问题的有关 测量电路的简化图。 例如,一块 MF30型袖珍式万用表的故障现象是无交流电压测量指示,但是从图617 所示的 MF30型万用表的电路原理图中,很难看清楚与交流电压档级有关的电路及其元件 的作用。如果根据图617所示的总电路原理图描绘出如图618所示的 MF30型万用表测量 交流电压档级的简化电路图,就很容易看清电路的来龙去脉。这里,晶体二极管 VD1 和 VD2 以相反的极性跨接在表头 M 的两端,其目的是利用晶体二极管正向压降的特性 (锗管约 035V,硅管约07V),对万用表的表头起过载保护作用,晶体二极管 VD3 和 VD4 为串并 联晶体二极管,其中 VD3 作为半波整流,VD4 作为反压保护。电阻 R2~R7 等效一个串联 电阻,和电位器 RP2 构成 “串接式” 分流器,调节 RP2 滑触点的位置,即相当于调节交流 电压档级的表头组件灵敏度,因此,RP2 作为内接的 “交流校正器”。电阻 R16为最低交流 电压量程 “10V” 的倍率器,R8~R10等效一个串联电阻,作为 “100V” 交流电压量程的倍 率器,而 R11则为 “500V” 量程的 “串接式” 倍率电阻。如果万用表的其他测量用途都是正 常的,那么无交流电压测量指示的故障原因,显然只有两种可能,一种是 “交流校正器” 120 图617 MF30型袖珍式万用表的电路原理图 RP2 的滑接臂接触不良,另一种是作为半波整流器 的晶体二极管 VD3 断路。 4检测与整修 根据初步分析的故障可能原因,选用有效的检 查方法和适当仪表进行测试,通常使用 “测量电阻 法” 来检测有关器件的好坏和通路情况。但必须指 出,为了保证表头不受到冲击或损伤,以及取得正 确的测试结果,在使用 “测量电阻法” 进行检测之 前,应先开断表头 M 的接线,以及脱开被测器件的 一端。最后根据测试的结果,对损坏的部分进行必 要的整修工作,即可修复。 5修后性能检定 检修万用表时,如果整修的器件牵涉到万用表 的灵敏度,或者影响整个档级的准确度,就必须进 行定量测试和校正工作,使修后性能符合原来的指 图618 MF30型袖珍式万用表测量交流 电压档级的简化电路图 标要求。例如修整或更换表头及各种 “校正器” 和 “Ω调零” 电位器等部件。 64 表头的一般整修 万用表的主体是永 磁 动 圈 式 直 流 微 安 表, 简 称 表 头, 它 的 结 构 示 意 图 如 图 619 所 示。 121 这里,PM 为马蹄形永久磁钢,P 为软铁磁极,C 为软铁芯柱,P 与 C 之间的空气隙很小 (约1mm 左右),仅能容纳动圈在隙间转动。两个磁极之间装置有一条作为磁分路的小铁片 F,用来控制空气隙之间的磁通密度。图620为永磁动圈式表头的主要部件装配图。表头的 动圈 W 是用很细的漆包线 (<01mm) 绕在铝制框架上,在动圈的上下两个顶面都粘有 铝质轴架,轴架上又安装有钢质轴针、钢质焊片和铝质表针 N、平衡重量 G 和螺旋形的游 丝S。动圈的两个出头就是通过上、下轴架上的焊片、游丝以及零位调整臂 A,再用导线引 接到表头的 “+”、“-” 端上。 图619 永磁动圈式直流电流表的结构示意图 图620 永磁动圈式表头的主要部件装配图 表头的软铁芯柱 C的支架,是用螺钉固定在磁极 P上,它的位置可以略为调整。动圈 的上、下轴针分别架置在上、下面横臂 D正中的宝石轴承 B内,横臂 D 也用螺钉安装在磁 极P上。轴承螺钉的一头开有槽口,以便用钟表螺钉旋具调整上、下轴承的间距。在上、 下轴承螺钉上,还套有零位调整臂 A 和弹簧垫圈,并用螺母使之锁紧。在上面的零位调整 臂 A的一端开有长条形槽孔,以便插进表罩上的 “机械调零” 螺钉的偏心杆,使在旋动这 个螺钉时,带动 A和游丝S,从而调整表针的零位。 当表头的动圈发生霉断或烧坏时,必须重新绕制。因为这一项技术比较细巧,工艺要求 很高,稍有不慎将会碰断表针、搅乱游丝、压坏框架,甚至弄得越修越糟不堪收拾。因此, 除非不得已或确已比较熟练这项技能,建议委托专门修理表头的部门修理为妥,或者干脆调 换一个新表头。但是对于表针打弯、呆滞或卡阻,机械调零失灵以及表头灵敏度下降等故障 现象,采用一般的整修方法是可以修复的。 1表针打弯 引起表针打弯的原因主要是由于用小量程去测量大电流、大电压,或者用电阻档级去测 量电压等,使表头过荷冲击而造成的。整修表针时应先拆下表头,揭开表罩,然后把脱壳表 头平放在两块方形压铁上,并使表头后面的接线柱夹在铁块之间。此时可用左手拿着镊子, 夹住平衡重量的支架,使表针不致摆动;再用右手拿着另一把镊子,轻轻夹住表针的弯曲部 分,慢慢地加以整直。表针和动圈的相对位置必须保持垂直,否则会影响机械调零和平衡条 件。因此,整直表针以后,可先拨动零位调整臂使表针移到刻度盘上 “0” 值位置,然后再 把平放的表头竖立起来,观察表针是否偏离 “0” 点。如果相差不多,即可认为已修整完善。 装回表罩时,应先装表头上面的零位调整臂槽孔和表罩上机械调零螺钉的偏心杆,分别 调到正中位置,然后将表罩对准表头底座边沿的三个螺钉孔位置慢慢套进。如果发现表罩无 122 法套到底并有搁住观象,这说明偏心杆尚未插入槽孔。此时不可用力压进,而应把表罩稍微 提出来一些,并略为转动后再试行套进。当表罩全部顺利套进之后,还需要先试行机械调 零,以观察表针是否能随之左右偏移,如果表针只能向一边偏移,则说明偏心杆还是没有被 插入槽孔中,应重新按照上述步骤正确套进。最后再对准表壳边沿的三个螺钉孔,装上全部 固定螺钉。 2表针呆滞 这主要是由于使用时日长久或保管不善,以致有铁屑或灰尘进入表头磁极和芯柱间的空 隙而引起;或者由于动圈的轴针锈秃而增加轴承的摩擦力所导致;或者是出于支架变形,使 动圈偏离中心等而引起的。 整修表针呆滞的故障时,除了揭开表罩以外,还应取离表头上的度盘片和永久磁钢,才 能清楚的观察到表头内部情况,以便采取适当的整修措施。在取离度盘片时应用左手扶住刻 度盘不使歪斜,并平稳地慢慢向前抽出,以免碰坏表针。取离永久磁钢后,应吸放在平面铁 块上,以防止失磁。此时在光线充足的地方用放大镜观察阻碍物的所在,然后顺隙缝方向用 力吹气以排除灰尘,或者用细长的钢针以剔除空隙间的铁屑。如果发现是动圈偏离中心,可 旋松支架固定螺钉,细心加以调整。 为了使动圈能摆动自如,动圈的轴针在上、下轴承螺钉之间要有一定活动的余地,因此 可用镊子夹住动圈的平衡重量支架,以观察其上、下活动的余量是否合适。如果发现活动的 余量太小,可先用尖嘴钳旋松轴承螺钉的固定螺母,然后再用钟表螺钉旋具把轴承螺钉旋出 一、二牙,直至动圈能摆动自如为止。 如果是由于轴针锈秃而引起,在旋松轴承螺钉的基础上,再用细长钢针沾上汽油点在 上、下轴承处,然后用口吹气使表针反复急剧摆动,再用吸纸搓成细条把轴承处的汽油吸 干。这样反复几次,就可以把轴尖的锈点洗擦干净。最后再加点表油,并适当调整轴承螺 钉,即可使表针摆动自如。 3表针卡阻 这主要是由于表头受振脱销或动圈框架严重变形而引起的。整修表头时,在旋松动圈上 边轴承螺钉的锁定螺母后,再将轴承螺钉旋出五、六牙,然后用镊子轻轻提起动圈,使下面 的轴针正确地放进下边的轴承中。此时再用左手拿着镊子把动圈扶正,并用右手拿着钟表螺 钉旋具把上面的轴承螺钉慢慢旋入,直至轴针套进轴承而且使表头的动圈能摆动自如为止。 最后用尖嘴钳把锁定螺母旋紧。 有时当表针偏转到满刻度或退回到零点时有卡住现象。此时,可分别调整上、下轴承螺 钉,使动圈提高或降低一些,以免搁住芯柱;或者旋松芯柱支架的固定螺钉,进行必要的调 整,直至动圈能摆动自如为止。 4机械 “调零” 失灵 这主要是由于表壳上机械调零螺钉的偏心杆脱出,或者是动圈上游丝的扭力发生变化所 引起的。整修时,先把动圈上边的零位调整臂拨到正中位置,此时如果表针偏离零点过大, 可再用镊子拨动动圈下边的零位调整臂,使表针正确地移动到零位。然后把上边零点调整臂 的槽孔向上提高一些,以便使机械调零螺钉的偏心杆能套入槽孔中。 有时由于表罩上机械调零的螺钉干涩而旋转不动,整修时可取下表罩,在螺钉处加滴润 滑油就可解决问题。如果螺钉上的偏心杆已损坏,则应予以更新。 123 5灵敏度下降 在万用表的内部电路中,通常都装置有 “直流校正器” 和 “交流校正器”。但是由于使 用时日过久或者振动、受热的影响,表头的永久磁钢将会逐渐退磁,即发生灵敏度下降的问 题,以致调节各校正器仍不能使万用表达到规定的灵敏度。此时可取离表罩,然后用中号螺 钉旋具旋松磁极之间磁分路铁片的固定螺钉,并将铁片拉出一点距离,使得磁极之间的空气 隙距离增大,这样就能增加磁极与芯柱之间的磁通密度,以提高表头的灵敏度。 65 万用表常见故障检修实例 万用表可能出现的故障现象虽有各种各样,但是常见故障并不多,通常除了明显的表头 故障以外,还有如各项测量均无指示、测阻档级不正常、直流测压误差很大、无交流测压指 示等。现以 MF30型袖珍式万用表为例,叙述常见故障检修方法如下 (其他型号的检修方 法是相同的)。 1各项测量均无指示 在检修电子仪器时,首先要从故障现象入手,分析产生故障的可能原因是共性的还是个 别的,然后根据待修仪器的结构特点和电路原理图来拟定检测方案。万用表发生各项测量均 无指示的故障现象,其产生原因显然是共性的。根据 MF30 型万用表的结构特点以及图 617所示的电路原理,首先要考虑万用表的测试棒插头、插座、导线以及内接熔丝管 FU (05A) 和表头 M 是否存在松脱、开断或接触不良等共性问题。一般都采用 “测量电阻法” 来确定有关部分的通路情况是否良好。必须指出,对于表头的检测不能使用 R×l测阻档位 来进行,应当使用 R×1k档级来检测,以免表头过荷而打表损坏。 如果以上检测结果都是良好的,则要进一步分析具有共性的其他电路元件是否存在开断、 烧坏、虚焊或接触不良等问题。因为总电路原理图不容易看清楚对各种测量电路都有影响的 元件,所以为了便于分析,必要时应该描绘出各项测量的简化电路图。例如,图621、图622、 图621 MF30型直流电流档级的 简化电路图 图622 MF30型测量直流电压档级的 简化电路图 124 图623分别示出了 MF30型万用表的测量直流电流档级的简化电路图、测量直流电压档级 的简化电路图和测量直流电阻档级的简化电路 图。比较这些简化电路图,不难看出只有 “DC校正器”R 对各项测量电路都有影响。因为 R 是线绕变阻器,如果它的滑动臂接触不 良或者电阻丝霉断,也会出现各项测量均 无指示的故障现象。检测时可采用 “测量 电阻 法” 或 “替 代 比 较 法”。 必 须 指 出, 在使用万用表检测电路元件的阻值前,应 先取离表头 M 的连线之一,以免电流流入 而产生意外的损伤。此外,由于万用表的 电路元件错综连接互成回路,检测时应脱 焊有疑问元件的一端,才能得到正确的测 试结果。 2测阻档级不正常 万用表最经常的用途是测量电压和电 阻,由于使用频繁或者操作不慎,测阻档 级往往出现各种不正常的故障现象,诸如 “Ω 调零” 不到位、个别档级不能测阻或 测阻误差过大,甚至各测阻档级均无指示 等。 图623 MF30型万用表测量直流电阻 档级的简化电路图 检修时通常先初步表面检查,即察看测试棒的导线是否已经折断、内接电池是否接触不 良或者已经电量不足、“Ω调零” 电位器是否滑位、内部电路元件是否烧焦等情况,一经发 现问题,予以整修或更新即可复原。 如果初步检查结果内接电池完好、测压正常,即说明表头组件和测试棒都没有问题,又 看不出损坏的电路元件,此时应进一步研究 MF30型万用表测阻档级的电路工作原理。从 图623所示 MF30型万用表测量直流电阻档级的简化电路图可知,R×1、R×10、R×100 三个档级是 “串联分压法” 测阻电路,“表头组件” 和电阻 R12构成量程为15V 的直流电压 表,用以测定相应测阻档级的内接分压电阻 R13、R14、R15之一的分压值,即可指示被测电 阻的 Ω值。由于内接电池 E1 的电压会随着使用时日长久而有所下降,因此为了保证当 Rx=0时能满足 Vo=E 的条件,必须要有调整直流电压表灵敏度的装置。在图623中,电 位器 RP1 和等效电阻 R1~R7 与 RP2 构成 “表头组件” 的串接式分流器,因此改变 RP1 的 滑接点位置,就能改变 “表头组件” 的灵敏度,即调整直流电压表的灵敏度,以适应电池 E1 的实际电压值而指示满度值 “0”Ω,所以 RP1 被称为 “Ω调零” 电位器。 当步档开关扳置于 R×1k和 R×10k档位时,则做成 “串联限流法” 测阻电路,其中, “表头组件” 仅和 RP1 及 R1~R7、RP2 构成直流微安表,R12和 R17则作为相应测阻档级的 内接限流电阻。因为电流表的灵敏度不随测阻档级的转换而改变,所以 R×10k档级需要使 用15V 的叠层式电池 E2。同理,由于电池电压的下降,为了保证当 Rx=0时能满足I0= E?R0 的条件,必须要有调整直流微安表灵敏度的装置,因此,改变电位器 RP1 的滑接点位 置就相当于改变直流微安表的灵敏度,以实现 “Ω调零” 的作用。由此可知,电阻器 R12和 125 “Ω调零” 电位器 RP1 对各测阻档级都有影响。如果 R12由于虚焊或变值或者 RP1 的滑动臂 接触不良或滑位而开断造成没有电流通过 “表头组件”,也就没有阻值指示。因此,检修时 可采用 “测量电阻法”、“替代比较法” 来检测和确定 R12和 RP1 的好坏,就能查出故障产生 的原因。 3直流测压误差大 因为万用表的测压电路大都采用 “串接式” 倍率电阻,如果较大电压量程的倍率电阻变 值或绝缘支架漏电,或者由于小电压量程的倍率电阻烧坏了,就会出现某些电压档级的测压 数值比较准确,而某些电压档级的测压数值误差很大,或者某些电压档级可以测量,而某些 电压档级不能测量的故障现象。有时由于构成直流测压电路的 “表头组件” 灵敏度发生变 化,造成各直流测压档级的误差很大。 检修时,通常先进行初步表面检查,即取离万用表的外壳,查看内部的电路元件是否有 烧坏、发霉或开断情况,或者采用 “测量电阻法” 检测有关电压档级的倍率电阻是否变值或 虚焊,或者采用 “替代比较法”,即将待修万用表扳至直流电流档级或交流电压档级,并进 行一些测量,以比较其测量情况。如果能发现问题,只要处理个别电路元件即可修复;如果 发现不了问题,特别是测量直流电流和交流电压也不正常时,则应研究和比较有关电路的原 理图,以便发现共性的问题和确定需要检测的电路元件。 例如,一台 MF30型万用表的直流测压档级虽然都能测量,但低压量程的误差较小, 而高压量程的误差很大。检修时先进行初步表面检查,没有发现明显损坏的电路元件,检测 相应量程的倍率电阻也是正常的。在这种情况下,分析故障的原因比较困难,必须借助于 “比较法” 来加以判断。 在进行 “比较法” 的检测过程中发现直流电流档级和交流电压档级也不正常,因此必须 进一步研究图622所示的 MF30型万用表测量直流电压档级的简化电路图。这里直流微安 表 M 和变阻器件 R 是作为直流电压档级的 “表头组件”。借助同轴量程开关SW1 和SW2 的 转换作用,使低量程电压档级0—1V—5V—25V 的 “表头组件”,同电位器 RP1、RP2 以及 电阻器 R1~R7 组成的串接式分流器相结合,工作为0~50μA的直流微安表 (M 为40μA表 头),即 A01=50μA,则相应的灵敏度 S1 为 S1 = 1 A01 =50×110-6Ω?V =20kΩ?V 而在高量程电压档级0—100V—500V 时,电位器 RP1、RP2 与电阻 R1、R2 等效一个 与 “表头组件” 串联的电阻,而电阻 R1~R7 则成为分流器,使 “表头组件” 工作为0~ 200μA的直流微安表,即 A02=200μA,则相应的灵敏度S2 为 S2 = 1 A02 =200×110-6Ω?V =5kΩ?V 由此可知,如果 “串接式” 分流电阻 R3~R7 之一开断了,对低量程电压档级来说, “表头组件” 的灵敏度从 50μA 变成 40μA,其测压误差较小;但对高量程电压档级来说, “表头组件” 的灵敏度则从200μA 变成40μA,其测压误差就很大了。这种情况对交流电压 档级来说,同样造成很大的测压误差,而对直流电流档级来说,则可能是某些档级无测量指 示,某些档级则误差过大。所以,必须采用 “测量电阻法” 来 检 测 “串 接 式” 分 流 电 路 126 R3~R7 的好坏,才能发现问题修复仪器。 66 万用表的使用与维护 万用表的结构形式很多,面板上的旋钮、开关的布局也各有差异,因此在使用万用表之 前,应仔细了解和熟悉各部件的作用,同时也要分清盘上各条标度尺所对应的测量的量。 要特别注意万用表的正确使用,因为万用表的故障绝大部分是由于操作使用不当而引起 的,所以正确使用万用表,实际上就是对万用表最好的维护。另外,也只有正确使用万用 表,才能使测量误差减小到最低程度。 万用表在使用之前应水平放置,并检查指针是否指在零位,若不在零位,则应调整中间 的胶木质机械零位调节螺钉,使表针指零位。 要将红色测试棒的连接线接到红色接线柱上或标有 “+” 号的插孔内,黑色测试棒的连 接线应接到黑色接线柱上或标有 “-” 号的插孔内。 要根据测量的对象将转换开关旋到需要的位置,例如,测量交流电压时,应将转换开关 旋到标有 “V” 的区间上,其余类推。 有的万用表盘上种类选择旋钮和量限变换旋钮分设。使用时,应先将种类选择旋钮旋到 对应被测量所需的种类,然后再将量限变换旋钮旋到相应种类适当的量限。要特别注意种类 的选择,否则可能引起严重后果。例如,若需测量电压,而误选了电流档或电阻档,则在测 量时将会使表头遭受严重损伤,甚至被烧毁。所以,使用种类选择旋钮要特别细心。 测量时读数要注意,万用表标度盘上有很多条标度尺,它们分别在测量不同的被测对象 时使用,所以不同的测量项目应在相应的标度尺上读数。例如,标有 “DC” 或 “—” 的标 度尺为测直流时用;标有 “AC” 或 “~” 的标度尺为测交流时用,有些万用表有交流低压 档专用的标度尺,如6V 或10V 等专用标度尺;标有 “Ω” 的标度尺是测电阻时用。 1直流电压的测量 测直流电压时,仪表测试棒并联接入,红色测试棒接被测对象正极,黑色测试棒接负 极。若不知道被测对象负极,可先将转换开关置于直流电压最大量限档,然后将测试棒接到 被测对象任何一极上,再将另一测试棒在另一极上迅速一碰,立即拿开,观察指针偏向,若 指针向正方向偏转,则红色测试棒接触的为正极;若指针反向偏转,则红色测试棒接触的是 负极。待极性确定后,估计被测量大概数值,将转换开关旋到适宜的上量限上,使指针获得 最大可能的偏转。例如,被测电压为45V,在不能估计大概数值之前,可将转换开关旋到最 高量限500V 档测量,测得大概数值40多 V,再旋到50V 档,即能得到准确数值。因为指 示仪表的误差是基本误差表示的,即用满刻度 (上量限值) 的百分数表示的,指针越接近满 刻度,误差越小,本例中只有50V 档能使指针偏转最大,误差最小。 测量直流电压时,应注意万用表内阻所造成的误差。当被测对象电阻很高时 (如电子电 路),万用表的接入可能改变电路工作状态而引起很大的测量误差,此时建议采用输入阻抗 很高的电子毫伏表。 2直流电流的测量 测直流电流时,万用表应与电路串联,需要注意的是,万用表电流档内阻会使电流减小 引起测量误差。在测量中,若已知电路中某元件电阻值,为了避免断开电路,可用万用表直 流电压档测该元件端电压,再运用欧姆定律求出电路电流。 127 3交流电压的测量 交流电压的测量同于直流电压的测量,只是不需区分测试棒的极性。另外,表盘上标度 尺是按正弦交流电有效值标度的,如果用它测量的对象不是正弦波时,误差要增大。还要注 意的是,万用表表盘上都标明使用频率范围,如果交流电频率超过这个范围时误差就会变 大,原因是附加电阻有分布电容存在,当频率升高时,附加电阻总阻抗降低,会使读数不 准。 4音频电平的测量 前已叙及,电平的测量实际上是变换成电压的测量实现的。由于音频电压为交流成分, 所以,测量方法与交流电压相似,只是在dB刻度上读数,另外还须注意: 1) 如果被测对象含有直流成分时,测试棒的一端必须串联一只 01μF 以上,耐压为 400V 以上的电容器,用来隔断直流电压。 2) 用量限较高的交流电压档测量电平时,切勿忘了加上附加分贝值。 5电阻的测量 1) 倍率的选择:应使被测电阻值接近该档欧姆中心值。 2) 测量之前,首先应将两测试棒短接,并同时旋动欧姆调零旋钮,使指针指在 “Ω” 标度尺的零位上,每换一次欧姆档都要调一次零。如果旋动欧姆调零旋钮也不能使指针指欧 姆零位,则说明干电池电压太低,已不合乎要求,应该更换新电池。 3) 决不能带电测量电阻。带电测量相当于用欧姆档去测量电阻端电压,这样不但测量 结果无效,而且可能损坏电表,所以在测量电阻之前应切断电源。电路中有电容时应先放 电。 4) 在不能确定被测电阻是否有并联电阻时,应把被测电阻一端焊下,然后再测量,否 则测试结果是不准确的。 5) 测量电阻时,应注意两手不应同时触及电阻两端,因为这样等于在被测电阻两端并 上人体电阻,使测得值变小,在测高电阻时误差更大。 6) 万用表的内附电池正极与表盘上 “-” 接线柱 (或插孔) 相联,负极与表盘上 “+” 接线柱相联。若用欧姆档判别晶体三极管管脚等项工作时,考虑到晶体管所能承受电压较低 和容许通过电流较小,应选用低电压高倍率档 (如 R×100或 R×1k档) 进行测量,这样可 以避开最高倍率档的高压 (约十几 V) 和低压低倍率档的大电流。 6使用注意事项 1) 使用万用表测量电压电流时,手不要接触测试棒的金属部分,以保证人身安全。 2) 万用表正在测量较高电压和较大电流时,不能旋动转换开关,以免使开关触点间产 生电弧,使开关损坏。 3) 万用表使用完毕后,应将转换开关旋到空档或交流最高电压档,这样可以防止下一 次测量时不注意看转换开关位置立即用万用表测电压而烧坏万用表,并可避免转换开关在欧 姆档时测试棒短接,浪费电池。 4) 万用表长期不用时应将电池取出,以免日久电池变质,渗出液体使电表损坏,并应 将电表置于清洁、干燥处。 第7章 电子电压表的检修 71 概述 对于不同性质 (直流、交流、脉冲等)、不同频率 (低频、高频、超高频等) 和不同量 值 (微伏级、毫伏级、几伏~几十千伏等) 的电压测量是在科研、实验、生产以及仪器设备 的检修与调试中,经常要进行的一项测试工作。人们可根据所测得的电压数据来了解和分析 各种电路的特性和工作情况。 由于电工仪表大都采用直接测量的原理,即需要从被测电路吸取一定的电功率,因此, 其输入阻抗不可能做得很高,并且所测量的电压量值也不可能很小 (毫伏级以下),所以不 能胜任无线电和电子技术中大部分的电压测量任务,而电子电压表则能实现对于不同性质不 同频率和不同量值的电压测量。 电子电压表是一种常用的电子仪表,它在结构上是采用电子线路将被测电压 (或电流) 加以转换 (交流转换为直流、直流转换为交流、高频转换为低频等)、放大 (电压放大或电 流放大)、解调 (有效值检波或相敏检波等),然后再借助于普通的电工式直流微安表或毫安 表,来间接进行测量,以指示出被测电压的模拟值;或者采用各种逻辑电路和计数装置,以 直接显示出被测电压的数值 (诸如各种电子计数式电压表)。因此,电子电压表与普通的万 用表相比,前者具有灵敏度高、分布参量小、输入阻抗高以及承受较大和较久的过载等优 点,并且可测的电压范围和频率范围都比万用电表宽得多。 为了使用方便,某些类型的电子电压表还设计为多种的测量用途,诸如 DYC5型超高 频电子管电压表,可测量直流电压、交流电压、直流电阻以及作为零点指示器,WFG1B型 高频微伏表还可测量调幅度等等。由于任何一种电子电压表都不可能具有全部的测量范围, 因此,根据测量电压的性质、频率的范围和量值的范围,常用电子电压表的类型大体上有: 电子管万用表、直流毫伏表、音频毫伏表、视频毫伏表、高频电子管电压表、高频微伏表、 超高频电子管电压表、超高频微伏表及脉冲电压表等等。 电子电压表的技术性能主要是以电压范围、频率范围、准确度和输入阻抗来表征的,它 的具体指标依不同类型的仪器而区别很大。 1电压范围 这是指电子电压表可以测量电压的范围,它的上限取决于电子电压表本机的分压器和附 加的衰减器,而其下限则取决于电子电压表的灵敏度和本机的噪声电平。 例如 DA16型晶体管毫伏表,其量程为1mV~300V,本机噪声电平为20μV,所以其 测量电压的下限为100μV。又例如 HFC1型超高频毫伏表,其量程为1mV~3V,如用附加 的100∶1衰减器后,测量电压的上限可扩展到300V。 电子电压表虽有能承受较大和较久的过载的优点,但如果被测电压超出这个允许测量的 电压范围,仪器就无法进行测量;被测电压过大时,也会导致电子电压表的损坏 (例如探测 头内的检波管、放大管以及电路元件的损坏),所以,在选用电子电压表时,必须注意它的 129 电压测量范围是否合适。 2频率范围 这是指电子电压表能以规定的准确度进行电压测量的频率范围,这个范围的大小与电子 电压表的电路结构有密切的关系,所以,不同类型的电子电压表都有规定的频率范围。 例如 DA16型音频 (低频) 毫伏表,在电路结构上是采用直接输入式和阻容放大器, 其频率范围为20Hz~1MHz。又例如 HFC1型超高频毫伏表,在电路结构上是采用检波输 入式和选频放大器,其频率范围为5kHz~1000MHz。其他如 HFP1型视频毫伏表的频率范 围为30Hz~10MHz;DYG1型 高 频 电 子 管 电 压 表 的 频 率 范 围 为 20Hz~400MHz;WFG1B 型高频微伏表的频率范围为 50kHz~30MHz等 等。 因 此, 必 须 根 据 被 测 信 号 电 压 的 频 率 来 选用适当频率范围的电子电压表,否则测量电压的误差就会很大,甚至无法进行测量。 3准确度 这是指电子电压表测量电压数值的准确度。因为电子电压表是采用直流电流表作为指示 器,所以取 “相对引用误差”(即满度误差) 来表征仪器的准确度,即 γ0 = AH -A A0 ×100% = ΔA A0 ×100% 这里,ΔA 为标称值AH 与实际值 A 的绝对误差,A0 为相应电压量程的满度值。 由于放大器频率特性的不均匀性,以及放大器的增益和电桥电路的平衡会随着工作温度 和电压的变动而有所变化,因此,电子电压表的读数和 “零位” 受工作频率、温度及电源电 压等的影响较大。所以,电子电压表的准确度通常是由基本误差、频率附加误差、温度附加 误差等系统误差来表征的。 例如 HFC1型超高频毫伏表的几种误差为: 基本误差:100kHz,≤±3%; 频率附加误差:5kHz~500MHz,≤±5%; 温度附加误差:每10℃增加±2%; 电源附加误差:220(1±10%)V 时,≤±1%。 当然,不同类型电子电压表的稳定性是有所区别的,而且这些附加误差是有规律性的, 完全可以根据误差产生的原因,采取相应的措施予以消除 (诸如采用电子交流稳压电源,或 通风与空调设备等)。一般说来,电子电压表的基本误差为±25%左右,而频率附加误差的 出入较大,约从±2%~±10%范围不定。 4输入阻抗 这是指电子电压表输入端的阻抗量值,通常是用输入电阻和输入电容两部分来表征的。 输入阻抗的大小对测量电压的准确度有很大的影响,特别是输入电容的量值,往往是决定电 子电压表可测频率的重要因素。 一般来说,采用探测器 (检波头或阻抗变换器) 的电子电压表,其输入阻抗较高,而加 用衰减头后其输入阻抗更高。但是,随着信号频率的升高,电子电压表的输入阻抗的量值将 随之降低,这些在使用时都是必须加以考虑的。 由于电子电压表的类型很多,电路结构比较复杂,使用的电路元器件和其他的部件也比 较多,并且受温度、湿度、电源电压和外界电磁场的影响较大,因此会发生各种故障现象, 甚至不能测量。为了搞好电子电压表的检修工作,除了应该了解它的主要技术性能以外,还 130 必须掌握电子电压表的基本原理、检修程序、常见故障检修和定量测试方法。 72 电子电压表的基本原理 电子电压表种类比较多,在这里主要以常用的 GB9型电子管毫伏表为主对其工作原理 进行介绍。 GB9型电子管毫伏表是一种放大检波式真空管电压表。仪器的框图如图71所示,是由 输入分压器、两级放大器、检波指示电路及整流电源等组成。其电气原理图如图72所示。 图71 GB9型电子管毫伏表整体框图 图72 GB9型电子管毫伏表电气原理图 131 1输入分压器 按放大器设计要求,加在 VE1 管栅极上的实际输入电压只需10mV 左右。为了满足测 量范围10mV~300V 的要求,必须采用输入分压器。它是由 C1、C2~C10及 R1~R19等组 成的高阻抗不平衡式的输入分压器。C1 是耦合电容,R1~R19是分压电阻。当量程转换开 关置于10mV 档时,被测交流电压直接加到 VE1 管的栅极;当量程转换开关置于100mV 档 时,被测电压加在R2 和R17串联分压电路上,R17两端的电压仅为被测电压的十分之一,将 输入电压衰减了10倍,这样就使量程扩大10倍,即从10mV 扩大到100mV,余皆类推。 电容 C2~C10是各档高频补偿用的,以抵消 VE1 电子管的输入电容和布线电容对分压 电路的影响,并改善频率响应,其数值在出厂前调整配定,一般约为几个微法。 2放大器电路 为了提高仪表的灵敏度,在检波指示电路前加了由两只6J1电子管组成的两级阻容耦合 放大器。被测交流信号经由 R22输入 VE1 的栅极,R22的作用是防止产生高频寄生振荡。 R23、C11和 R31、C15分别是 VE1 和 VE2 的屏极去耦电路;R24、C14和 R29、C17分 别 是 VE1 和 VE2 的帘栅极降压电阻和去耦电容。它们既保证了供给 VE1 和 VE2 的屏极、帘栅极 所需的平稳直流电压,同时也给交流信号有足够的旁路,防止通过公用电源耦合而造成低频 率寄生振荡。VE1 和 VE2 的栅负偏压分别由阴极电阻 R21、R28上取得,C12和 C16为阴极旁 路电容。 被测量的交流信号由 VE1 放大后,经 C13耦合到 VE2 之栅极,再经 VE2 放大后由耦合 电容 C21送到检波指示电路。在 VE2 的屏极电路中接有电感 L,用以改善高频段增益特性。 为使 VE2 的帘栅极直流电压稳定,采用了由 R29和 R30组成的分压电路。电位器 RP25既是 VE1 管的阴极电阻,又是检波器 VE3 输出负载电阻,因此它既能产生局部电流负反馈,又 能产生电压负反馈。调节 RP25可以改变放大器的增益。由于电路中采用了负反馈,故改善 了放大器的频率特性,降低了放大器内部的干扰,并使放大器的增益因电源变化和更换电子 管等所产生的影响减小,从而提高了增益的稳定性。 3检波指示电路 检波指示电路包括由 VE3(6H2双二极管)组成的峰值检波电路、100μA 磁电式表头及静 流补偿电路。峰值检波电路的特点是:二极管仅在电压正半周的峰值附近导通,产生屏流,而 在其余时间和负半周期里都不导通,故交流信号经检波后成为脉动电压,如图73a所示,再经 RC 滤波后取出直流成分,经过100μA磁电式表头,指示出被测量电压的有效值。 图73b为检波指示电路。VE3 为检波管,C21为隔直流耦合电容,R32和 C18组成滤波 电路,用以消除通过表头的脉动高频部分,使通过表头的电流电压稳定,R32和 R33同时也 是检波二极管的负载电阻。 当检波管 VE3 的灯丝电源接通后,虽无输入被测电压,但由于阴极发射一部分初速较 高的电子,能够克服空间电荷的电场阻力而到达屏极,产生静止屏流IA。这个电流流过表 头,使仪表在未进行测量时指针就偏转一个角度,影响仪表的准确性。为了抵消IA 的影响, 采用补偿静流的电路,该电路由 R34、R35和电位器RP36(面板上 “零点调整” 旋钮) 组成, 从电位器 RP36取出适当补偿电压,经 R34形成补偿电流IK,它流过表头的方向与IA 相反, 调整 RP36可使IA=IK,从而达到无输入电压时,表头指针指在零处。 132 图73 检波器电路及波形 a) 检波波形 b) 检波指示电路 4整流电源 如图72所示,采用一般的全波整流及 RCπ型滤波电路。交流 63V 电压供给 VE1、 VE2、VE3 之灯丝和指示灯,该线圈并联一只电位器 RP38,并将中心点接地,用来调节使灯 丝电路对地平衡,以降低灯丝中的交流杂音影响。 73 电子电压表的检修程序 电子电压表的优点之一是能承受较大和较久的过载,不像万用表容易烧坏电路元件或指 示电表。虽然有时也会出现元件或表头损坏的情况,但是发生故障的性质是不一样的。此 外,电子电压表的类型很多,各种电路结构的特点不一样,因此,即使检修同样的故障现 象,其所采用的检查方法也不尽相同。再者,电子电压表大都使用探测器进行测量,往往毛 病就出在探测器及其有关部分。电子电压表和其他电子仪器一样,总是由仪器内部各种电源 来供电才能正常工作,所以电源部分的好坏是全局性的问题。总之,在检修电子电压表时, 必须结合它的基本原理和结构特点,遵循一定的程序进行工作,才能有效地排除故障修复仪 器。 1初步表面检查 检修电子电压表时,先检查开关、旋钮、接线柱、插头、插座,熔丝管、探测器等是否 松脱、滑位、损坏,以及打开仪器盖板或取离机壳,察看内部器件是否松脱、断线、漏液、 霉烂、烧坏等。一经发现明显的损坏情况,加以修整后往往就能修好仪器。但对于烧坏元件 的原因及其涉及的范围,要作进一步的分析和测试,才能真正排除故障,使仪器恢复正常。 2测试 “调零” 控制 几乎所有的电子电压表都有 “调零” 控制的装置,仪器开机通电预热后,即可调节 “调 零” 控制旋钮,使电压指示电表的指针正确地偏转到 “0”V 位置。如果 “调零” 控制正常, 则说明仪器的表头、电源、放大器、斩波器、解调器等部分基本上是良好的;反之,“调零” 控制不正常,即表针不动或无法调回零点,则说明上述各部分之一有毛病。 3本机电压 “校正” 大部分的电子电压表都装置有本机的 “校正” 电压,用以检验测量准确度和调整仪器灵 敏度。在测试 “调零” 控制正常的基础上,应进一步进行本机电压 “校正”。如果发现无测 133 压指示或者测量误差过大,则说明探测器、放大器、斩波器等部分有问题,需要进一步加以 检测。 4替代探测器 电子电压表的探测器,往往出现 “调零” 不正常、无测压指示、仪器灵敏度大大下降等 故障。为了证实或排除某个因素,在有相同类型仪器的条件下,通常使用完好的探测器来替 代有疑问的探测器,以观测其对故障现象的影响。如果故障现象消除了,说明被修仪器的探 测器有问题;反之,故障仍然存在,说明探测器没有问题,需要进一步考虑其他因素。 5测试电源电压 电子电压表内部电源电压的不稳定、纹波电压过大、电压偏高或偏低甚至无电压,会产 生各种故障现象,诸如电压指示不稳定、“调零” 不到位、测量误差大、无电压指示等。因 此,在检修时不但要测试各种电源电压是否正确、稳定,还要测试有关的电源电压是否有寄 生振荡或寄生调幅。只有在确定电源电压没有问题的情况下,检修工作才有意义。 6研究工作原理 电子电压表的类型比较多,电路结构也比较复杂,特别是由于个别电路元件或电子器件 发生变值、漏电、损坏、虚焊等引起的故障,如果不熟悉有关仪器的工作原理,就很难做出 正确的分析和有效的检测。 例如,一台 HFJ8型超高频毫伏表的故障现象是:无信号电压输入,表头有指示,“调 零” 不起作用。如果不熟悉电路工作原理,就无法分析产生故障的可能原因,也就无从下手 进行检测。如果懂得相控全波整流电路 “调零” 的工作原理,就能分析产生故障的可能原因 是:分压电阻变值损坏或虚焊开断;场效应晶体管损坏而开断。 由此可知,基于对有关电路工作原理的研究,并结合仪器的故障现象进行分析,就能进 行检修工作。 7检测与整修 根据初步分析的故障可能原因,选用有效的检查方法和适当的仪表进行检测,这是检修 电子仪器的关键程序。仍以上例来说,可使用万用表的适当直流电压档级,检测 “调零” 电 位器的分压电路输入电源电压以及输出电源分压的数值是否正常;或者采用 “器件替代法” 以新管替代,观察其对故障现象的影响。如果发现分压电阻或场效应晶体管损坏了,更换器 件后就能修好仪器。 8修后性能检定 检修电子电压表时,如果整修的器件牵涉到电压表的灵敏度或准确度,诸如更换电子 管、晶体管、斩波器,中周变压器、充电电容器、反馈变阻器、衰减器电阻和表头等,就必 须进行定量测试和电压校正,使修后性能符合原来的指标要求。 74 电子电压表常见故障检修实例 电子电压表的种类虽然很多,但其常见的故障无非是零点不可调或不稳定、测压指示不 正常、读数不正确等,由于电路结构和工作原理的不同,同样故障现象的产生原因差别很 大,因此不可能以一种典型的仪器来概括其他类型电子电压表的检修方法,而要针对具体的 仪器来叙述故障检修方法。本节以常用的 GB9型电子管毫伏表为例,介绍电子电压表常见 故障的分析方法。 134 1) 用欧姆表测量电源插头,当电源开关扳向接通位置时,欧姆表读数应有50Ω 左右, 否则表明熔丝烧断、电源线断或电源变压器一次绕组有断线处,可分别进行检查。 2) 若上述检查结果正常,可接上交流市电,这时仪表上的指示灯亮,指针在电子管点 燃2~3min之后,先反向打表后再回到零。若指示灯不亮,可将换档开关放在10mV 档,用 手指触碰高电位的输入端子,如果这时指针打表,表明放大器部分仍能工作,仅是指示灯损 坏,否则表明电源部分可能出现了故障。 3) 如放大器部分虽能工作,但读数不准,这时可将该仪表的机壳打开,观察有无线头 脱焊、接触不良、碰线短路和零件变形 (如电阻烧焦、电容变质) 等现象 (这叫做直观检 查),并观察各级电子管灯丝是否明亮正常。 1零点不可调或不稳定 电子电压表在无信号电压加进时,由于一些固有的原因,诸如内部放大器的噪声信号、 电子二极管检波器的接触电位、直流桥式放大器的不完全对称、相敏解调器的不完全对称 等,它的表针不能正确地指在 “0”V 位置。因此,大部分电子电压表都设计有抵消信号、 接触电位以及平衡电桥电流的 “零位调整” 电路,并且在仪器的面板上装置有相应的 “调 零” 控制旋钮。 “调零” 不到位的故障现象就是指在无信号电压加进时,调节仪器面板上的 “调零” 控 制旋钮无法使表针偏转到零位,这不但会影响测量的准确度,严重时表针正向或反向偏离角 度很大,使仪器无法使用。产生 “调零” 不正常的原因,通常可从故障现象的轻重情况初步 加以判断。例如,表针偏离零位的程度不大,并且调节 “零位” 控制旋钮时,表针不起作 用,即无相应的偏转,说明毛病是在 “零位” 调整电路本身中;又如表针偏离零位的程度很 大,并且调节零位控制旋钮时,表针虽有相应的偏转,但无法调到零位,说明 “零位调整” 电路本身没有毛病,问题是在抵消、补偿、平衡等的电路部分,或者是由于这一部分电路输 入端的耦合电容漏电,因而破坏了电路的正常工作条件所造成的。当然也不能排除寄生振荡 或寄生调幅所输入的干扰信号。 对于 GB9型电子管毫伏表,当发生零点不可调时,要注意检查电位器 RP36是否接触不 良或损坏,其次检查电阻 R35是否断路;在电子整流管 VE4 损坏时,使静流与补偿电流失去 平衡也会造成此毛病;当更换电子管时一般需经老化处理,零点不稳一般是 VE3 衰老或耦 合电容 C21漏电等造成的。 有时在测量时,表针冲向满度一侧而不回零位,或某几档有此现象。产生这种现象是分 压电阻或转换开关断路,其次应检查放大管 VE1 栅极是否开路,管座或接地点接触是否良 好,可将 VE1 栅极接地试之,如栅极接地表头立刻回至零点,则证明栅极开路。当线路内 部产生寄生振荡或干扰时,即使栅极接地表针仍不回零,这时可用示波器进行检查。 2测压指示不正常 从电子电压表的电路及其工作原理来看,无论哪一组成部分不工作,都会出现 “无测压 指示” 的故障现象,所以没有什么规律可以遵循。检修时,在确认仪器内部电源电压正常的 基础上,通常采用信号注入法来检查存在问题的电路部分,然后再进一步查明产生故障的原 因。信号注入法是利用电子电压表本身的表头来显示检测的结果,因此首先要确定表头是好 的,这在开机通电后的 “调零” 测试时即可加以判断。如有必要,也可用万用表的 R×1k 测阻档级直接检测表头的好坏。 135 为加快信号注入法的检测速度,通常使用 “二分法” 的规则,即从整机电路的中间部 分,注入相应性质和幅值的信号,以观测其对指示电表的反映是否正常。如果表头反映正 常,说明问题存在于前面各级电路中;反之,则说明问题存在于后面各级电路中。然后再 “一分为二” 以缩小检测范围,直至确定有毛病的电路部分。 必须指出,使用高频探测器的电子电压表,经常由于探测器的输入耦合电容器发生松 脱、损坏,或者由于探测器电缆的导线、插头、插座发生折断、虚焊、接触不良,从而出现 无测压指示的故障现象。检修时应首先进行检测,往往就会发现问题修复仪器。 对于 GB9型表,在通电使用时,先检查指示灯亮不亮,倘若指示灯不亮,可将换档开 关放在10mV 档,用手指触碰高电位的输入 端子,如果这 时 指 针 打 表, 表 明 放 大 器 部 分 仍能工作,仅 是 指 示 灯 损 坏, 否 则 表 明 电 源 部分可能出现了故障。这时检查电源的整流 管、电 容 有 无 损 坏。 如 果 一 切 正 常, 下 一 步 采用信号注入法对表进行校对和检测,其连 线 如 图 74 所 示, 用 一 标 准 电 压 表 和 一 音 频 振荡器对 GB9型电子管毫伏表进行校准和检 测。将音频振荡器频率调到1kHz,输出电压 图74 校准检测表接线图 调整到10mV(以标准表指示为准),这时 GB9型表读数也应为10mV,如有误差,可调整 RP25使之达到10mV,然后改变输入信号电压,依次观测各档量程的读数是否准确。若都准 确,表明已校准好,切勿随意变动。倘若发现10mV 档准确而其他各档不准,则应检查分压 电路是否正常。 当仪表指针不稳定或抖动时,应注意检查滤波电路和去耦电路,电容有否漏电或失效, 其次检查 C18和 R32有否损坏。当放大管阴极旁路电容 C12或 C16失效时也会造成此毛病。 3读数不准确 读数不准包括表的灵敏度下降和读数时表针指示不稳两种现象。大部分电子电压表都装 置有内部电路的灵敏度调整器,以便周期进行校正。但是一般灵敏度下降仅通过内部调整是 无法达到要求的,因为这是电路参数的定量问题。电子电压表灵敏度下降的原因,主要是由 于电子器件和电路元件等变质所导致,诸如电子管发射不足跨导下降、晶体管穿透电流或反 向饱和电流变大、电阻器阻值变大、电容器电容量变小或漏电、中周变压器 Q 值下降以及 指示电表本身灵敏度下降等,而电源电压和工作点的变动也是导致测压误差过大的常见因 素,因此,检修电子电压表灵敏度下降的故障时,通常采用测量电压法、器件替代法、测试 器件法、改变现状法和整机比较法来发现问题,以及查处变值、损坏的电子器件或电路元 件。 指针指示不稳定的故障现象有两种:一种是快变化的摆动,另一种是慢变化的衰减。前 者的产生原因,一般是由于仪器的直流电源部分有问题,或者是地线接触不良所致;后者产 生的原因,一般是由于仪器的电子器件或电路元器件的变值所造成。检修时,可采用测量电 压法来检测直流电源的电压或电路工作点电压的变动情况,以及采用电容旁路法来判断跳变 信号的来源;然后,再进一步采用器件替代法、测试器件法、改变现状法和测量电阻法等, 查明变值、虚焊和接触不良的器件与部位,就能排除故障修复仪器。 136 对于 GB9型电子管毫伏表,当发现读数不准,这时进行直观检查,可将该仪表的机壳 打开,观察有无线头脱焊、接触不良、碰线短路和零件变形 (如电阻烧焦、电容变质) 等现 象。由于该仪表所用电子管寿命一般仅有500h左右,因此绝大部分障碍是因电子管失效造 成,可更换管子试之。管子是好是坏,可测其静态工作电压进行检查,见表71。 表71 GB9型电子管毫伏表各管在正常工作时电压数据 (单位:V) 电子管型号 1 管脚号 2 3 4 5 6 7 VE1 6J1 VE2 6J1 VE4 6Z4 AC95mV AC200 +08 +14 +55(AC95mV) +68(AC7~10mV) +210 +75 +82 +08 +14 AC200 注:1VE4 管6Z4整流及滤波后在 C20两端的输出电压大约是210V。 2VE1 管6J1屏极电压约55V,帘栅极电压约75V。VE2 管6J1屏极电压约68V,帘栅极电压约82V。 3用万用表还可测量 A点对地与 B点对地的电压,据此也可判断 VE1 与 VE2 是否工作。 仪表读数不准,产生这种故障一般有以下几种原因: 1) 表头零点不对。 2) 输入信号电压波形失真度大,这可用示波器进行观测。 3) 放大管衰老致使放大倍数降低,或反馈电位器 RP25滑动端变动。 4) 检查放大管帘栅极电容是否良好,可并联一只优质电容试之。 5) 表头灵敏度降低,或轴承有摩擦。 6) 整流管 VE4 效率低,可换管试之。 7) 某一档或几档不准,分压电阻变值。 表72为 GB9型电子管毫伏表内部电路对应的元器件技术参数,供检修时参考。 元件代号 表72 GB9型电子管毫伏表元器件技术参数 名称及规格 元件代号 名称及规格 VE1 VE2 VE3 VE4 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 电子管 6J1 电子管 6J1 电子管 6H2 电子管 6Z4 电 阻 4103kΩ 电 阻 540kΩ 电 阻 581kΩ 电 阻 594kΩ 电 阻 598kΩ 电 阻 5994kΩ 电 阻 5998kΩ 电 阻 5999kΩ 电 阻 5999kΩ 电 阻 1897Ω R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 R22 R23 R24 电 阻 60Ω 电 阻 1898Ω 电 阻 600Ω 电 阻 189kΩ 电 阻 6kΩ 电 阻 1898kΩ 电 阻 60kΩ 电 阻 1898kΩ 电 阻 600kΩ 电 阻 20kΩ 电 阻 200Ω 电 阻 300Ω 电 阻 51kΩ 电 阻 82kΩ  137  元件代号 RP25 R26 R27 R28 R29 R30 R31 R32 R33 R34 R35 RP36 R37 RP38 名称及规格 电位器 50Ω 电 阻 100kΩ 电 阻 24kΩ 电 阻 240Ω 电 阻 51kΩ 电 阻 100kΩ 电 阻 2kΩ 电 阻 51kΩ 电 阻 510Ω 电 阻 100kΩ 电 阻 510kΩ 电位器 56kΩ 电 阻 51kΩ 电位器 200Ω 元件代号 C1 C2 C3~C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 (续) 名称及规格 电 容 003μF 电 容 7pF 电 容 调整时配定 电解电容 20μF300V 电解电容 100μF10V 电 容 01μF 电解电容 20μF300V 电解电容 20μF300V 电解电容 100μF10V 电解电容 20μF300V 电解电容 100μF10V 电解电容 10μF300V 电解电容 20μF300V 电 容 05μF 75 电子电压表的使用与维护 1) 接通电源前注意检查电源变换插头是否与所用的电源电压相符。仪表面板必须与地 平面垂直放置,以免增加读数误差;然后调整表头的机械调零螺钉,使指针指示零点,再将 仪表标有接地符号的输入端子接上良好的地线,这样可以消除人体电位或其他仪表所引起的 寄生耦合而带来的测量误差。 2) 将两个输入接线端自短路后,接通电源预热10min,使仪表达到稳定工作状态。将 仪表量程转换到所需要的测量范围,再调节仪表板上的 “零点调整” 旋钮,使表头指针指示 零点,然后将输入端断开,即可进行测量。当变换量程范围后重新进行零点校准。 3) 当使用较高的灵敏度档 (毫伏级档) 时,应先接上地端,然后接另一输入端子,测 量完毕拆线时则应先断开不接地的输入端子,然后再拆除地线,以免人手触及输入端子时, 交流市电通过仪表的输入阻抗及人体构成回路,使表头指针打表。同时测试的连线应尽可能 短,也可使用金属隔离线,以减少外来的感应引起的测量误差。 4) 当测量交流市电时,量程转换开关应放置在300V 档,然后先将仪表的接地端子接 市电的中线,再将另一输入端子接市电的相线。注意不要接反,因接反会造成电源短路。 5)GB9型电子管毫伏表的输入端为一端接地的高阻抗不平衡式输入电路,若被测量的 电路是平衡式的,则不适宜用该仪表进行直接测量。 6)GB9型表可作为电平表使用,由于仪表的输入阻抗高而且表盘分贝数是按阻抗为 600Ω时的电压电平值进行刻度的,所以直接使用时仅适合于被测点阻抗为600Ω 时的高阻 抗测量 (即跨接测量)。测量时将该仪表的输入端子直接跨接在被测量点两端,但需注意地 线端子不能接反。被测量点的实际电平分贝数为表盘指示的分贝数和量程转换开关所标的电 平分贝数的代数和。例如,当表的量程转换在30mV (-30dB) 一档,这时表盘指针指在 138 +2dB,则该点的实际电平值为-28dB(-30dB+2dB),其余类推。 如果对被测量点的阻抗为150Ω 电路上进行高阻抗测量时,则按上述方法测量出该点的 电平后,还要加上+607dB才是该点实际的电平值。 当用毫伏表作低阻抗电平测量时 (即终端测量),应在该仪表的输入端子上并联一只等 于被测量点阻抗的电阻,如600Ω 或150Ω,即可按上述方法测量被测点的实际电平数值。 725Hz以下或200kHz以上频率的交流电压不宜用该表进行测量,因为仪表的放大器频带宽 度不够,会带来很大的测量误差。非正弦脉冲电压也不能进行测量,因为仪表表盘上的刻度 是按正弦波电压有效值进行刻度的。 第8章 电子示波器的检修 81 概述 早期的电子示波器又被称作阴极射线示波器,它是一种利用阴极射线管作为显示器的电 子图示测量仪表,能把原来非常抽象的看不见的电变化过程,变换成显示在屏幕上看得见的真 实图形,因此被广泛用来捕获、显示和分析各种电的波形及瞬变过程。随着显示技术的发展, 许多新的显示方式应用于示波器,如显像管、液晶显示屏、场致发光器件等,但由于成本方面的 原因,阴极射线示波器仍是电子示波器的主流,因此下面的内容也以阴极射线示波器为主。 电子示波器是实验室常用的电子仪器,它可用来测定各种周期性电信号的电压、电流、 周期、频率、相位、失真度、调制度以及脉冲信号的各种电参量。电子示波器也是调试、检 验、修理和制作各种无线电设备和电子仪表设备所不可缺少的有力测试工具。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,从而实现以电波形式显示在电子示波器的屏幕上,供 作各种工程研究和医疗诊断使用。因此,电子示波器不但在电子技术领域中成为一种十分重 要的测量仪器,而且在生产、科研、教育、卫生、交通、国防各部门中也越来越广泛地得到 使用,其通用性和重要性较之万用表有过之而无不及。 811 电子示波器的基本参数 1Y 轴放大器的频率响应 被研究的电信号是通过电子示波器的 Y 轴放大器,变换为适当振幅的信号电压,加到 示波管的垂直偏转板上,使电子束按照输 入信 号 的 变 化 规 律, 在 示 波 管 的 荧 光 屏 上进 行 扫 描, 其 扫 描 轨 迹 即 显 示 出 被 研 究电 信 号 的 波 形。 因 此, 电 子 示 波 器 所 能观测 信 号 的 频 率 范 围 和 脉 冲 信 号 的 最 小宽度,主要是取决于 Y 轴放大器的放 大性 能 对 信 号 频 率 的 依 从 关 系, 即 取 决 于Y 轴 放 大 器 的 频 率 响 应 特 性。图 81 示出一种宽频带放大器的频率响应特性。 这里,以 基 准 频 率 所 对 应 的 放 大 量 作 为 图81 宽带放大器的频率响应特性 比对标准 (通常取f0=1kHz),在放大器的带宽范围内,被放大信号的输出电压,其相对变 化不应超过3dB,即 20lgAA0 ≤±3dB 由图81中可知,放大器的带宽等于上限频率和下限频率之差 (81) 140 Bf =fH -fL (82) 一般情况下fLfH,所以习惯上将 Y 轴放大器频率响应特性的上限频率作为放大器带 宽的技术指标。例如,SB型同步示波器的 Y 轴放大器频率响应为10Hz~10MHz±3dB,带 宽为10MHz;而SBM10型多用示波器的 Y 轴放大器频率响应为0~30MHz±3dB,带宽为 30MHz。 电子示波器可观测的最狭脉冲信号受 Y 轴放大器的上升时间tr限制,而tr又和带宽Bf 有一定的关系,即 tr ≈ 31Bf (83) 2Y 轴增幅偏转因数 Y轴增幅偏转因数又称 Y 轴灵敏度,它表征电子示波器可观测信号的振幅范围。其下 限表征示波器观测微弱信号的能力,即 Y 轴放大器的最大灵敏度;而其上限则表征示波器 Y 轴输入端允许加进的最大信号电压。例如,SBM10型多用示波器的 Y 轴增幅偏转因数为 50mV/cm~20V/cm,设示波管的有效直径为 10cm,则表明它 可 观 测 的 最 小 信 号 电 压 为 50mV,而最大输入信号电压不应超过20×10V=200V。 电子示波器 Y轴灵敏度的表示方法有三种: 1) 每厘米的毫伏数 (mV/cm) 它是表明在示波器的荧光屏上,光点偏移1cm 距离所 需输入信号电压的有效值或峰峰值 (Vpp),其定量的条件是:Y 轴放大器的增益应最大, 即示波器的 Y 轴 “增幅” 或 “增益” 控制电位器,须顺时针转到增幅或增益最大的位置。 2) 每伏的毫米数 (mm/V) 它是表明在电子示波器的 Y 轴放大器增益最大的条件下, 从 Y轴输入端加进的信号电压能使示波管屏幕上光点偏移的毫米数。由于这种灵敏度表征 方式对测量计算很不方便,所以通常将其转换为 mV/cm。 3) 不失真的最大放大倍数 A 为了取得有关示波器可观测最小信号电压的数值,可以 根据所用示波管的 Y 轴偏转因数 V/cm 指标,利用如下的关系式,求出相应放大倍数的 Y 轴增幅偏转因数 mV/cm 值: mV/cm = 示波管 Y 轴偏转因数 A V/cm×103 (84) 3扫描速度 扫描速度是表征电子示波器展开被测信号波形的能力,它的定义是:单位时间内光点在 示波管屏幕上水平方向 (X 轴) 移动的距离,其单位为cm/s。扫描速度的倒数称为时基因 数,它的定义是:示波管屏幕上的光点在水平方向 (X 轴) 移动一个单位距离所需的时间, 其单位为s/cm、ms/cm 等。虽然扫描速度和时基因数是两种概念,但是习惯上常将时基因 数作为电子示波器扫描速度的标称而不加区别。 电子示波器的锯齿波发生器电路所产生的扫描信号电压有两种形式,一种是连续扫描, 它是属于自激振荡的性质,其信号波形如图82所示。显而易见,当扫描信号的周期 Tn 和 被测信号的周期 Ty 之比大于1的整倍数时,或者扫描 “正程” 时间tnp和 Ty 之比大于1的 整倍数时,在示波管的屏幕上就可以观测到一个周期以上的被测信号完整波形。因为周期的 倒数是频率,所以为了选用方便起见,有些具有连续扫描的示波器直接以扫描频率来表征扫 描速度。 141 图82 连续扫描的锯齿波信号 另一种是触发扫描,它是属于他激振荡的性质,其信号波形如图83所示。在这种方式 下,锯齿波振荡是借助被测脉冲信号进行单次启动的,因此它的扫描周期和脉冲重复周期是 一致的。当扫描 “正程” 时间tnp和被测脉冲持续时间之比大于1时,就可以在电子示波器 的屏幕上观测到完整的脉冲波形。为了选用方便起见,有些具有触发扫描的示波器直接以扫 描 “正程” 时间来表征扫描速度。 图83 触发扫描的锯齿波信号 812 示波器的分类 示波器的种类很多,分类方法各有不同,一般可按以下方法分类: 1按性能和频带宽度划分 1) 简易示波器:它仅能作一般的定性观测,仪器结构和电路组成比较简单,常用连续 扫描方式,其频带宽度在5MHz以下,如 SB10型示波器、SL05型示波器、ST16型示波 器等。 2) 低频示波器:它的频带宽度上限频率一般不超过1MHz,如SB14型示波器、SBD6 型超低频示波器等。 3) 普通示波器:它的频带宽度上限频率在 5~60MHz范围内,如 SBT5 型示波器、 SBM10型多用示波器等。 4) 宽带示波器:频带宽度的上限频率在60MHz以上,有的可高达1GHz,如 SBM14 型多用示波器等。 142 2按结构和用途划分 1) 通用示波器:它采用单线示波管作显示器,可作为一般的定性和定量的信号观测, 如SBT5型示波器等。 2) 多线示波器:它采用多束示波管构成,能够同时观测和比较两个以上的信号波形或 图像,如SBD6型超低频示波器等。 3) 多踪示波器:它利用单线示波管,配以电子开关和门电路组成二踪、四踪或多踪显 示,如SR8型二踪示波器、SZ7型四踪显示器等。 4) 取样示波器:采用取样技术,将高频信号先进行取样,从而模拟变换为低频信号, 然后再进行显示,其频带宽度上限频率可高达10GHz以上,如 SQ12A 型高阻取样示波器 等。 5) 记忆与存储示波器:它是一种具有存储信息功能的示波器,可将单次过程、非周期 现象或缓慢信号长时间地保留在屏幕上或存储于电路中,供比较、分析用。采用记忆示波管 实现存储功能的示波器称为记忆示波器;利用数字存储器的示波器称为数字存储示波器,如 SJ7型记忆示波器、TDS200型数字存储示波器等。 6) 专用示波器:它是具有专门用途及功能的示波器,如晶体管特性图示仪、电报信号 畸变测试仪、线路故障脉冲测试器等。 3按显示方式划分 1) 光点扫描式示波器:一般采用示波管的光点扫描来显示波形或图像,它的屏幕较小, 分辨力较差,目前多数示波器仍采用这种方式。 2) 光栅增辉式显示器:它采用大屏幕的显像管作为显示器,利用光栅增辉技术来显示 波形或图像,与电视接收机的显示原理基本相似,因此又称为 CRT示波器,如SZ7型四踪 显示器等。 电子示波器的种类和使用功能还在不断增多,今后的发展方向是扩展频带、提高灵敏 度、增加使用功能,做到多用化、数字化、程序化,以实现测试的自动化。 813 电子示波器的基本结构 为了正确使用与维修电子示波器,必须了解它的基本结构,图84是示波器的典型结构 框图。 图84 示波器的基本结构 143 以下是各组成部分的作用: 1) 示波管:用来显示 X轴和 Y 轴输入信号之间函数关系的图形。 2)X轴和 Y 轴放大器:用来放大输入的信号电压,使加到示波管偏转系统上的电压有 足够大的数量级。 3)X轴和 Y 轴衰减器:通过固定分压比的衰减器,将输入的信号电压变换为幅度适当 的电压加到 X轴或 Y轴放大器上,以扩展信号电压的测量范围。 4) 扫描发生器:它所产生的锯齿波信号是一种线性的时间函数。在观测各种信号的波 形时,锯齿波信号输入至 X轴放大器,使示波管的电子束在屏幕的水平轴向产生均匀的时 间基线 (简称 “时基”),以便研究电信号的幅度随时间而变化的特性。 5) 同步触发放大器:用来放大和控制各种形式的触发信号,并注入扫描发生器,使锯 齿波信号和同步触发信号之间产生内在的联系,即不但使两者具有整倍数的频率比,而且使 两者保持不变的相位关系。这样,就能使示波管显示出稳定不动的波形。触发信号可以是取 自示波器 Y 轴放大器的 “内” 部信号电压,或者是50Hz的交流电源电压,也可以是 “外” 接的信号电压。 6) 幅度校准 器:用 来 提 供 已 知 电 压 的 “校 准” 信 号 (50Hz的 正 弦 波 电 压 或 1kHz、 10kHz的方波电压等),与被测信号波形的振幅相比较,从而间接测量被测信号的电压值。 7) 时间校准器:用来提供已知周期的 “时标” 信号,并注入示波管的阴极 K 或栅极 G 上,以改变电子流的大小,这样就能以调辉或调暗方式叠加在被研究信号的波形上,作为测 定周期、脉宽等的时间标尺,参见图85。 8) 电源:电子示波器的电源输出有许多路,例如在SR8型二踪示波器中,电源部分输 出的直流电压就有+12V、-12V、+120V、-36V、+2kV 和-1kV 等六路。大部分电源 都采用电子管或晶体管稳压电路。 82 SR8型二踪示波器的工作原理 由于电子示波器是一种电路结构相当复杂的多功能常用电子仪器,因此使用时间长了容 易发生故障,即使存放不用,日久也会出毛病。故障现象产生的原因是多方面的,特别是闭 环的密勒扫描电路和锁相分频触发电路,不但涉及的器件很多,而且各单元电路互相关联, 检修难度比较大。但是只要掌握电子示波器的基本原理,遵循它的故障检修程序,参照常见 故障检修实例,也是不难入门与熟练掌握的。此外,熟悉电子示波器的定量测试方法,对保 证示波器定量测量的准确度是十分重要的。 电子示波器的电路结构是为了满足示波管的工作需要而设计的,因此要掌握电子示波器 的基本原理,首先要了解示波管的工作原理。 821 示波管的工作原理 阴极射线示波管(简称示波管)是示波器的核心部分,其结构如图85所示。这是一种特 殊的电子管,外部为玻璃壳,内部包括电子枪、偏转系统及荧光屏三部分,管壳内抽成真空。示 波管的作用是将被测电压显示成为可见的图形。现将各主要部分的结构和原理分述如下。 1电子枪 电子枪的作用是发射电子并形成一束高速的电子流,以便轰击荧光屏,使荧光屏发光。 144 电子枪由灯丝 (f)、阴极 (K)、控制栅极 (G)、第一阳极 (A1) 和第二阳极 (A2) 等组成。 1) 灯丝及 阴 极:阴 极 是 一 个 表 面 涂 有氧化 物 的 金 属 圆 筒,它 套 在 灯 丝 的 外 面。通过灯丝加热,阴极朝向荧光屏的那 一面就会有大量的自由电子发射出来。在 第一阳极外加电压的作用下,这些电子得 到加速,形成电子流。 2) 控制栅极:它也是一个金属圆筒, 图85 示波管结构示意图 位置在阴极前面,其中心有一小孔,从阴极发射出来的电子经过小孔变成一电子束,射向荧 光屏。控制栅极对阴极的电压一般在0~-200V 之间。控制栅极所加的电压负得越多,从 小孔出来的电子就越少,荧光屏上的光点亮度就越暗;反之,控制栅极所加的电压负得越 少,从小孔出来的电子就越多,荧光屏上的光点就越亮。因此,改变控制栅极的电压就可控 制电子束的密度,从而改变荧光屏上的光点亮度。通常用一个电位器来调节栅电压,这就是 示波器面板上的 “亮度” 或 “辉度” 调节。 3) 第一阳极:它是一个与阴极同轴的金属圆筒,加在其上的电压比阴极约高 300~ 500V。这个电压对电子来说是起加速 作用的,能使电子束以很高的速度射向 荧光屏。在第一阳极的金属圆 筒 内, 还装有一个或几个具有同轴的中心开 孔的金属膜片,以阻挡离开轴线的电 子,使电子束具有较小的横截面。由 于第一阳极和控制栅极之间所形成的 图86 聚焦作用 电场将使电子束进一步聚拢,这就形成了所谓的 “聚焦” 作用。如图86所示,带负电荷的 电子彼此相互排斥,本来要散开,但由于受到第一阳极与控制栅极之间逆电力线方向的力的 作用,便聚集起来向荧光屏方向前进,这在物理学上相当于一个电子透镜。改变第一阳极对 阴极的电压值,就可以改变电子透镜的焦距,亦即改变电子束聚集的程度。通常也用一个电 位器来调节第一阳极的电压,这就是示波器面板上的 “聚焦” 调节。 4) 第二阳极:其结构仍为圆筒形,加在它上面的电压常在1000V 以上。它与第一阳极 联合构成强电场,对电子束进行更强的加速,同时进行第二次聚焦,称为 “辅助聚焦”。同 样可用 一 个 电 位 器 改 变 第 二 阳 极 对阴极的电压值,来实现 “辅助 聚焦” 的调节作用。这个辅助聚 焦电 位 器 有 的 装 在 面 板 上, 也 有 的放 在 示 波 器 内 部 或 后 面, 不 经 常调节。 整个 电 子 枪 的 工 作 情 况 可 用 图87 表示。这种电 子 枪 有 个 最 大的缺陷,就是 “聚焦” 与 “亮 图87 电子枪工作示意图 度” 互相牵制。改变第一阳极电压进行聚焦调节时,必然使电子束密度改变而影响亮度;改 145 变控制栅极电压调节亮度时,又会影响聚焦。另外,这种电子枪所产生的电子束能够到达荧 光屏上的电子流还不够强, 因 而 光 点 不 够 亮。 近 代 示 波 管 对 此 都 作 了 改 进, 如 图 88 所 示, 在控制栅极和第一阳极之间加了一个电位与第二阳极相等的加速极。因此,对电子的加速作 用主要由加速极来承担。从控制栅极射来的电子,由于受到较强的加速电场作用而使其速度 增大,亦即动能增大,从而使荧光屏上的亮度增加。同时,由于加速极在第一阳极与控制栅 极之间起了良好的屏蔽作用,因此还可以减少调节第一阳极电压与调节控制栅极电压所引起 的相互牵连,从而有效地使 “聚焦” 与 “亮度” 之间的相互影响减小。 2偏转板 从图 88 可 以 看 到,电 子 枪 产 生 的电子束向荧光屏中心直射,成为一 个固定的亮点,如果在第二阳极与荧 光屏之间放置两对相互垂直的偏转板, 分别 称 为 垂 直 偏 转 板 和 水 平 偏 转 板, 如图 89 所示,只 要 改 变 加 在 它 们 上 面的电压的极性和幅值,就可以分别 图88 有加速极的电子枪工作原理示意图 控制电子束在垂直与水平方向的偏转。垂直偏转板 Y1、Y2 水平放置,水平偏转板 X1、X2 垂直放置。若在 Y1、Y2 上加一直流电压,电子束就将偏离中心位置,使荧光屏上的光点向 上或向下移动 (见图810);同理,若在 X1、X2 上加一直流电压,则荧光屏上的光点就将 向左或向右移动。显然,如果所加的不是直流电压而是交流电压,则光点就将不停地上下或 者左右移动。此外,也不难理解,如果同时在两对偏转板上都加有直流电压的话,则光点将 受两者的控制,沿着斜线方向 (与水平方向成一夹角) 移动。一般情况下,垂直偏转板 Y 靠近电子枪,水平偏转板 X 靠近荧光屏,因此光点偏转相同距离时,Y 偏转板比 X 偏转板 所需加的电压要低,也就是说,Y 偏转板的灵敏度比 X偏转板的灵敏度要高。 图89 偏转板示意图 图810 电子束在垂直方向偏转 3荧光屏 在荧光屏的内表面涂有荧光粉,当高速电子射在其上时,它就会受激发而发光。从激发停 止瞬间的亮度到下降 为 该 亮 度 的 10% 时 所 经 过 的 时 间,称 为 余 辉 时 间。 一 般 可 分 为 短 余 辉 (小于001s)、中余辉(001~01s)、长余辉(大于01s)三种。如果要观察频率高的周期函数 的波形,则宜用余辉较短的示波管,如高频示波器、脉冲示波器;如果观察的是频率低的周期现 象或者是非重复的瞬态现象,则宜用余辉较长的示波管,如超低频示波器、慢扫描示波器。 使用示波器时,要注意不应让光点长时间地停留在某一点,否则会因为高速电子束射在 这一点上,电子的一部分动能将转变为热能而产生高温,使荧光屏局部烧坏 (形成黑斑)。 如图85所示,在示波管的玻璃壳内部还涂有石墨层。靠近荧光屏的一段石墨层加有正 146 电压 (约300~1500V),常称为第三阳极 A3,其作用是对经过偏转系统之后的电子束进一 步加速 (后加速),并且还可以吸收当电子束以高速轰击荧光屏时,由荧光屏产生的二次电 子。此外,第三阳极这一段石墨层还和靠近电子枪的一段石墨层 (通常与第二阳极接在一 起),共同起到一种屏蔽层的作用,使电子束不易受外界电磁场的干扰。 822 整机框图 SR8型二踪示波器的整机框图见图811。由图可知,这种示波器的 Y 轴偏转系统有两 个独立的前置放大器,分别称为通道 YA 和 YB,通过门电路控制电子开关的转换,可将两 个被测信号交替送到示波管的 Y 轴偏转板,因而较一般的示波器扩展了观测功能。这种示 波器采用触发扫描的方式,为了便于观察和测量被测脉冲信号的前沿,在 Y 轴放大系统中 需设延迟线 (延迟时间约为150ns),让被测脉冲信号在 X 轴锯齿波扫描电压启动后才到达 Y轴偏转板。为了提高 Y轴偏转系统的灵敏度,在延迟线之后,设计了后置放大器。 图811 SR8型二踪示波器的整机框图 图811中的时基发生器即为锯齿波发生器,它在时基触发器的触发下产生扫描电压,而时 基触发器可受“内”控制(YA、YB 混合的被测信号或单独的 YB 被测信号),也可以受“外”控制(另 外输入的外触发信号)。时基发生器产生的锯齿波扫描电压经 X轴放大器放大后,加到示波管的 水平偏转板。如果要进行 XY显示,则可断开时基触发器、时基发生器与 X轴放大器的联系,让 X外接信号直接经 X轴放大器放大后加到示波管的水平偏转板上(图中未画)。 各部分电路所需的低压电源由电子稳压器供给,示波管显示电源由高频高压发生器供 给。校准信号发生器产生矩形波信号,用以检查校准 Y 轴的灵敏度和 X 轴的扫描速度。在 SR8型示波器中还设有Z轴放大器 (图中未画),用以放大调辉脉冲电平,起到辉度调制作 用,借以抹去不需要的光点轨迹或增强所需显示的波形辉度。 上述各部分自成独立系统,仅通过插座连接电源和信号。除示波管及其附属电路外,示 波器的垂直偏转系统和水平偏转系统做成插件式,以便扩大示波器的测试功能。通过更换不 同的 X、Y 轴插件,可以将这种示波器扩展成四踪、高灵敏度、取样及双扫描示波器等。 823 Y轴偏转系统 (垂直放大系统) Y 轴偏转系统的构成如图812所示。输入信号经衰减器至 Y 轴前置放大器放大后变换 147 成对称信号,并经混合级放大后由延迟线馈送至末级 (后置) 放大器,最后输出信号加到示 波管的 Y 轴偏转板。在前置放大器与衰减器之间接有源极跟随器和射极跟随器,起阻抗变 换的作用。两个通道的基本结构相同。YA 通道的前置放大器还设有 “极性” 转换开关,配 合电子开关的作用,可以控制和显示两个通道被测信号的和或差。内触发信号可由激励放大 器输出 YA、YB 的混合信号,也可单独由 YB 的前置放大器引出。 图812 Y轴偏转系统框图 1Y 轴输入和衰减器 如图813所示,输入信号通过S121“AC⊥DC” 耦合开关经衰减器与前置放大器相连 接。当该开关置于 “AC” 位置时,输入信号经隔直电容器 C121与衰减器交流耦合;当置于 “DC” 位置时,输入信号与衰减器直接耦合;当置于 “地” 位置时,衰减器输入端接地,输 入信号不能进入衰减器。 设输入至 Y 轴放大器的信号电压为10mV,在示波管荧光屏上能显示出1div(格) 幅度 的波形,那么在输入信号较大的情况下,要能显示出同样幅度的波形,就必须在输入端与放 大器之间接入适当的衰减器件进行灵敏度选择。S122就是这样一个灵敏度选择开关,它共分 为11档,按1、2、5顺序改变。在灵敏度最大位置 (001V/div) 时,输入信号不经过衰减 器而直接输入 Y 轴放大器,而在其他档级均插入一个衰减器或串接两个衰减器。由图中可 以看到,衰减器是一个阻抗分压器 (脉冲分压器)。当工作于直流或低频信号情况时,其衰 减量取决于电阻分压的比值;当工作于较高频率时,其分压作用取决于电容器的容抗比值。 因此,衰减器在一定的范围内与信号频率无关,或者说可以起频率补偿的作用。衰减器的输 入电阻约为1MΩ,输入电容小于50pF。 2Y 轴放大器 (1) 输入级 148 图813 Y轴输入衰减电路 149 在图814、图815中,输入级采用结型场效应晶体管 VF131作源极跟随器,以便得到 较高的输入阻抗和较低的输出阻抗。在它的栅极输入端接有电阻 R123,阻值为1MΩ(见图 813)。该电阻既是衰减器的一部分,也是场效应晶体管源极跟随器的输入端电阻。R124与 C122并联 (见图813),用来防止在直接耦合时若输入信号幅度过大,可能损坏场效应晶体 管的栅源极。R136用于防止寄生振荡,VT133是一个保护管,利用其集电结来防止输入负向 电压过大。正向电压过大时,则由场效应晶体管本身的 GD极起保护作用。 图814 YA 前置放大器电路 信号经 VF131源极输出,送至由晶体管 VT134构成的射极跟随器,使输出阻抗进一步降 低。因 Y轴放大器全部采用差分放大器的形式,故为了保持下一级输入端的直流平衡,输 入级还增设了 VF132场效应管跟随器和 VT135晶体管跟随器。调节接在 VF132栅极的电位器 RP131,可以调节前置放大器 (VT137、VT138) 的直流平衡工作点。 (2) 前置放大器 前置放大器由 VT137、VT138组成,两管集电极输出相位 (极性) 相反的信号。在这级 差分放大器内,有两个增益控制电位器,其中 RP132作 “微调” 装在面板上,另一个微调电 位器 RP133作 Y 轴放大器的总增益 “校准”。它们的工作原理相同,都是利用改变射极电路 的负反馈量来控制该放大器的增益。 当 “微调” 电位器 RP132顺时针方向转至 “校准” 位置时,通过 RP13-3可以校准荧光屏 上显示波形的偏转幅度对应于灵敏度选择开关 S122 (见图 813) 所指示的数值。在调节 “微调” 电位器时,为了使该放大器的输出端直流电平不随之变化,亦即荧光屏显示波形不 150 图815 YB 前置放大器电路 会随之产生位移现象而仅改变放大器增益和波形幅度,此时可利用接在 VF132栅极的 “平 衡” 电位器 RP131的调整作用,保持 VT137及 VT138的射极电平相等。 输入信号 由 前 置 放 大 器 放 大 后,经 射 极 跟 随 器 (VT139、VT1310) 馈 至 级 间 放 大 器 (VT1311、VT1312)。在射极跟随器 VT139、VT1310的基极输入端,设有 Y 轴移位旋钮,它 是一个同步同轴的双联电位器,两端分别连接+12V 和-12V 电源,在它的中心端能取得正 向或负向电压的变化,以使 VT139及 VT1310的两基极电压按极性相反方向变化,从而使荧 光屏上的显示波形能作 Y轴方向移位。 (3) 级间放大器 为了克服寄生电容的影响,改善放大器的高频特性,级间放大器采用共射共基组合电 路,共射放大级 (VT1311、VT1312) 安排在前置放大器的印制电路板上,两个射极之间有 电位器 RP135可调整输出平衡,并设有频率补偿装置。共基放大级 (YA 的 VT1317、VT1318 及 YB 的 VT1319、VT1320) 安排在门电路与激励放大器的印制电路板上,它们的基极钳位在 约-4V 的直流电平上,R1333、R1334分别是它们的集电极负载电阻 (R1331、R1332及电源 E2=-12V 的作用,下面再讲)。 (4) 门电路 在图816中,门电路由 VT13-13、VT13-14及 VT13-15、VT13-16组成。它们的基极分别 由相位 (极性) 相反的开关信号来控制,通过它们的射极分别控制共基放大级的导通与截止 状态,从而达到两个 Y 通道工作状态的选择。开关信号在0~-6V 之间作阶跃变化,是由 151 另外的电子开关 (见图820) 产生的。现以 YA 通道为例说明上述控制作用。在图816中, 当 VT1313、VT1314的基极 (即 A 点) 电平为0V 时,由于其射极电平为-33V,故两管截 止,而 VT1317、VT1318导通,此时 YA 通道处于正常工作状态。若 A 点电平出现-6V 时, 则 VT1313、VT1314导通,其射极电平接近-6V,因而 VT1317、VT1318截止,YA 通道处于 关闭状态。当 A 点为0V 时,B点为-6V,因此 YA 通道工作,YB 通道关闭;同理,当 A 点为-6V 时,B点为0V,YA 通道关闭,YB 通道工作。在电子开关的作用下,YA 通道与 YB 通道可以交替工作。 (5) 激励放大器 激励放大器由共射放大级 VT1321、VT1322组成 (图816),使信号经它放大后由集电极 输出,去激励延迟线 (见图817)。在激励放大器的射极还引出内触发信号 (常态),以便 触发扫描发生器,使扫描启动。为了与内触发放大器 VT151、VT152 (图820) 的输入端电 平相匹配,在激励放大器的射极还附加了分压器 (R1340、R1342及 R1339、R1341)。 图816 门电路及激励放大器 (6) 后置放大器 如图817所示,共基放大级 VT141、VT142与激励放大器的共射放大级 VT1321、VT1322 (图816) 构成一组合电路。后置放大器主要由共射放大级 VT143、VT144及共射共基末级 放大器 VT147、VT149、VT148、VT1410组成。在共射放大级 VT143、VT144的两射极之间设 有频率补偿的反馈网络,在 VT147、VT148的两射极之间也有类似的反馈网络,其目的都是 为了拓宽 Y 轴放大器的通频带。在 VT149、VT1410的集电极加串联电感 (约14μH) 补偿, 也是为了提高通频带。为了推动示波管的 Y 轴偏转板达到满偏转,要求 Y 轴放大器的末级 有足够的输出电压。在SR8型二踪示波器中,示波管的偏转板之间最大约需40V 电压,因 152 图817 Y轴后置放大器 153 此末级的对称差分放大器每边最大约需输出20V 电压,故 VT149、VT1410采用中功率高频 三极管,它能承受较高的反压。 3电子开关 利用电子开关在单射线 (单电子枪) 示波管上同时观察两个被测信号,是基于荧光屏的 余辉作用和人眼的视觉暂留效应。所谓余辉,是指荧光屏被电子束轰击到的部位发光后,其 亮度有一定的持续时间。而人眼的视觉暂留效应则是映入视网膜的物像对视神经的刺激作用 有一定的持续时间,一般为005s。 在电子开关的控制下,电子束时而扫描一个信号 (让 YA 信号加到偏转板),时而扫描 另一个信号 (让 YB 信号加到偏转板),其转换周期 TK 必须远小于人眼视觉暂留效应的时 间,亦即其转换频率fK 必须远大于几十次每秒,才能观察到两个清晰稳定的信号波形,否 则将出现闪烁现象。为了清晰稳定地显示信号波形,必须恰当地选择电子开关的转换频率与 扫描频率、信号频率的配合。最理想的是让电子开关的转换频率为扫描频率的一半,换句话 说,转换周期为扫描周期的两倍。在 YA→YB→YA 的一个转换周期中,可以扫描两次,一 次扫描 YA,一次扫描 YB,如此便可交替显示两个被测信号的波形。因扫描频率是随信号频 率而调节的,故要求电子开关的转换频率也要连续可调。另一方面,如信号频率过低,为了 要观察一个完整周期的波形,扫描频率也要选得很低,这样势必使电子开关的转换频率更 低,从而会出现上述的超过人眼视觉暂留效应限度的闪烁现象。 在SR8型二踪示波器中,是这样来选择电子开关的转换频率的:当信号频率较高时, 由扫描电路提供信号,来控制电子开关的转换频率,使其为扫描频率的一半。这种显示方式 如图818所示,称为 “交替”,荧光屏上可稳定地显示出两个通道信号的连续波形。如果扫 描速度较低,由图中可明显看到扫描结束时的转换情况。为了使转换过程不在荧光屏上出 现,扫描电路应有消隐信号控制,使回扫期间 (转换过程) 无电子束发射。由上可见,“交 替” 显示适用于观测高频信号,如信号频率过低,就不可能同时显示两个波形。 当信号频率较低时,电子开关的转换频率不再由扫描信号控制,而采用自激振荡的形 式。自激振荡频率约为几百 kHz~几 MHz。此时,在扫描电压的一个正程里,电子开关将 转换很多次,因此将被测的两个通道信号时断时续地以一小段、一小段的形式描出。这种显 示方式如图819a所示,称为 “断续”。由于转换周期 TK 远比信号周期及扫描周期短得多, 时而显示 YA 的一小段,时而显示 YB 的一小段,而这些小段彼此又非常靠近,故在直观上 看,YA、YB 的信号都变成了连续的波形。如果转换周期 TK 接近信号周期及扫描周期,或 图818 用 “交替” 方式显示双踪信号 图819 用 “断续” 方式显示双踪信号 a) 信号频率低时 b) 信号频率高时 154 者说信号频率及扫描频率很高时,则波形断裂现象严重,如图819b所示。由此可见,“断 续” 显示适用于观测低频信号。在 “断续” 显示中,为了使扫描信号 YA、YB 之间的转换过 程不致显现出来,应由电子开关本身产生一个消隐信号,控制电子束在转换期间不发射。 电子开关的电路如图820所示。在该图中,装在示波器面板上的显示方式开关 S152有 以下五个作用位置: 1)“交 替” 由 VT1523、VT1524组 成 双 稳 电 路,将 这 部 分 电 路 另 画 在 图 821 中。若 VT1523导通,其集电极输出端 (B) 的电位较低 (-6V),则 VT1524截止,其集电极输出端 (A) 的电位就较高 (0V),此时,YA 通道工作而 YB 通道关闭,反之亦然。从扫描电路输 出级 VT238(图828) 来的闸门信号经 VT1521作开关放大后,其集电极的输出信号由 C1522 R1523微分,得到正负尖顶脉冲,取其负向尖顶脉冲 (通过隔离二极管 VD1522或 VD1525) 使 双稳电路翻转,因而 A端和B端轮流输出高、低电位,于是 YA、YB 两通道就能交替工作。 2)“断续” 当显示方式开关S152接在 “断续” 位置时,电子开关将变成一个自激多谐 振荡器 (图822),VT1523、VT1524的射极通过接线端J161的2、3端,经变压器 T161 (图 822) 接-12V,其振荡频率约200kHz。在两个晶体管的集电极上分别有相位相反的矩形波 信号经分压后输出,用以控制 YA、YB 两个通道的工作状态。因电子开关的转换频率较高, 适合于观测频率较低的信号。多谐振荡器在转换时,引起 VT1523射极电流变化,通过变压 器 T161可以产生一消隐脉冲信号,经 Z轴放大器 (图822) 放大后,加到示波管的控制栅 极,使转换过程由于电子束截止而不在荧光屏上显现出来。 3)“YA” 当 S152接在位置 “YA” 时,接在 VT1523基 极 的 电 阻 R1528的 一 端 经 开 关 S152(a2) 接地,VT1523导通,VT1524截止,其输出端 (A) 为高电位 (0V),因此 YA 通道 工作,见图823,此时示波器为单踪显示。 4)“YB” 当S152接在位置 “YB” 时,接在 VT1524基极的电阻 R1527的一端经开关S152 (b2) 接地,VT1524导通,VT1523截止,其输出端 (B) 为高电位 (0V),因此 YB 通道工作, 此时示波器亦为单踪显示。 5)“YA+YB” 在图820中可以看到,由于开关S152(a1) 的作用,使两个晶体管的射 极与-12V 电源的联系切断,电子开关处于不工作状态,“A”、“B” 两个输出端均为高电位 (0V),使 YA、YB 两通道同时工作,因而可以显示 YA 与 YB 两信号的代数和。改变图814 中 YA 前置放大器输入端的极性开关 S131,就可显示 YA、YB 的和或差。S131是一个按拉式 开关,当开关拉出时,YA 倒相,在示波器面板上表示为 “极性拉-YA” 就是指的这个意 思。当电 子 开 关 处 于 “YA+YB” 位 置 时,由 于 两 个 通 道 的 电 流 都 要 流 过 激 励 放 大 器 中 VT1317~VT1320的集电极负载电阻 R1333、R1334 (图814),将影响 VT1321、VT1322的基 极直流电平。为此,另接两个负载电阻 R1333、R1334经开关 S152 (a1) 接入 -12V 电源, 以维持原来的直流电平。 4内触发放大器 扫描电路的触发信号一般来自 Y 轴被测信号,此时称为 “内触发”。“内触发” 的选择 有两个位置:“常态” 及 “YB”,它由图820中的按拉式开关 S151控制。当 S151按下时,内 触发信号取自 N1、N2,即经电子开关控制的 YA 及 YB 通道的输入信号 (图814),这种状 态称为 “内触发 (常态)”。它可以对前述五种显示方式启动扫描,进行波形显示。但在双踪 155 图820 电子开关及内触发放大器 156 图821 “交替” 显示时的双稳电路 图822 “断续” 显示时的多谐振荡器电路 显示——— “交替” 和 “断续” 的情况下,由于触发扫描相应同步于自己的信号,因此用作时 间比较是不适宜的。这时可将 S151拉出,内触发信号取自 N3、N4,即固定为 YB 通道的输 入信号 (图814中 VT139b、VT1310b的两射极),这种状态称为 “拉 YB”。由于扫描的触发 信号只取自 YB 通道的输入信号,它适用于双踪显示——— “交替” 和 “断续” 时,对两种信 号的时间进行比较分析。通常,上述的内触发信号先经放大再加入扫描触发电路,可获得较 高的触发灵敏度。内触发放大器如图820所示,其电路包括射极跟随器 (VT151、VT152)、 两级共射 差 分 放 大 器 (VT153、VT154及 VT155、VT156)、 单 端 输 出 的 共 射 差 分 放 大 级 (VT157、VT158) 及共基放大级 (VT225)(图825),最后由 VT226 (图825) 作射极跟随 器输出。在图820中,VT153、VT154的射极接有电位器 RP151,它可调节放大器的平衡工 作点。VT155、VT156的射极接有电位器 RP152及 RP153,分别用于调整 “常态” 及 “YB” 触发放大信号输出端的零电平。 157 图823 电子开关工作于 “YA” 状态 824 X轴偏转系统 (时基轴扫描系统) 将随着时间作线性变化的锯齿形扫描电压作用在水平偏转板上,荧光屏上的光点就会均 匀地沿水平方向移动,水平轴上每一单位距离对应于一定的时间间隔,因此水平轴常称为时 (间) 基 (线) 轴,锯齿形扫描电压发生器又称为时基发生器。示波器一般采用触发扫描的 方式,确保锯齿形扫描电压与被测信号严格同步,以便得到稳定的显示波形。因此,X 轴偏 转系统还应包括时基触发器。此外,由于示波管水平偏转板灵敏度较低,为使其满偏转,需 要加入足够的电压 (约130V 左右),故扫描信号或外接信号需经过一个多级的 X 轴放大器 放大后,加到水平偏转板。X 轴偏转系统的构成,如图824所示。 1时基触发器 如图825 所 示,时 基 触 发 器 由 触 发 输 入 差 分 放 大 器 VT227、VT2210及 触 发 整 形 级 VT2211、VT2212组成。在 VT2212的集电极上能随触发信号相应地产生一个矩形波,经微分 后 (图828),取其负向尖脉冲作为同步信号去驱动扫描。 时基触发器的触发信号由触发源选择开关S221进行选择。在 “内” 的位置上,触发信号 取自 Y 轴被测信号,由内触发放大器的末级 VT226的输出端提供。在 “外” 的位置上,触 发信号取自外来信号源,也就是取自 “外触发 X 外接” 输入端的外触发信号,外来信号经 场效应晶体管 VF223源极跟随器及晶体管 VT224射极跟随器,输入至触发电路。 触发信号的耦合方式有以下三种,由触发耦合方式开关 S222选择: 1)“AC” 交流耦合:触发信号经电容器 C228 (1μF) 耦合后,由于触发信号的直流分 量已被隔去,故触发性能将不受直流分量的影响。 2)“AC(H)” 交流高频耦合:由于 C228与 C229(1pF)串联且 C229的容量又很小,所以 只允许高频触发信号通过,而对低频部分起抑制作用,适用于观测叠加低频干扰的信号。 3)“DC” 直流耦合:可用于对直流信号及变化缓慢的信号进行触发扫描。 触发输入差分放大器 VT227及 VT2210的基极,通过 “+、-” 触发极性开关 S224的转 换,都可以与触发信号源相连接,而由 VT2210的集电极单端输出。 当S224置于 “+” 时,VT2210的基极与输入触发源相连接,而 VT227的基极与偏置电源 158 图824 X轴偏转系统框图 相连接。对于正向 (上升) 触发信号,VT2210的集电极可输出一个负向脉冲信号,使后面的 触发整形级动作而驱动扫描。换句话说,扫描从触发信号的正向斜率部分开始 (图826), 对于负向 (下降) 的触发信号则不起作用。 当S224置于 “-” 时,VT227的基极与输入触发源相连接,而 VT2210的基极与偏置电源 相连接。对于负向 (下降) 的触发信号,可在 VT2210的集电极输出负向脉冲信号,使触发 整形级动作而驱动扫描。换句话说,扫描从触发信号的负向斜率部分开始 (图826),此时 对于正向 (上升) 的触发信号则不起作用。 在测量一般周期性连续波形时,触发“极性”开关可放在任意位置。在测量脉冲波形或任 意波形的某一部分 时,则 应 正 确 选 择“极 性”开 关 位 置:观 测 正 斜 率 部 分 时 可 用“+”,反 之 用 “-”。例如,观测正脉冲的前沿时,应该用“+”;观测负脉冲的前沿时,应该用“-”。 触发整形级是一个射极耦合双稳触发器,即施密特电路。无触发信号时,VT2211导通, VT2212截止。当前级 VT2210的集电极输出负向脉冲信号时,VT2211变为截止,VT2212变为 导通,因此在 VT2212的集电极将输出一个负向矩形波同步信号。当触发方式开关 S223置于 “常态” 时,即为这种情况。这是常用的触发扫描方式,可使用来自 Y 轴的内触发信号或外 接触发源的输入信号进行触发扫描。 在“常态”触发时,触发信号加到差分放大器 VT227、VT2210中的一个基极输入端,另一个 基极输入端通过电阻 R2223接到直流偏置电源,该偏置电源的直流电压正、负连续可调(用电 位器 RP222调节)。差分放大器的输出电压与它的两个基极输入端的电压之差成正比。当两 个输入端的电压相等时,为零输入状态,这时无信号输出。如果在一个输入端加入触发信号 159 图825 时基触发器 160 (通常只要有几十~几百 mV 的变化),由于与另一个输入端的直流偏置电平产生了差值,这个 差值经过放大后的输出电压就足以使触发整形电路动作,送出触发脉冲。如图827所示,改 变偏置电源的直流电平(称为触发电平),就可以改变触发信号与触发电平相交的位置(称为触 发点)。如果触发电平调节过大或触发信号幅度过小,就有可能失去相交的触发点。换句话 说,越过触发区域时,由于无触发脉冲产生,扫描将不启动,荧光屏上就无波形显示。 图826 触发信号的正负斜率 (极性) 图827 “电平” 调节的作用 显然,在 “常态” 触发时,无触发信号,扫描电压发生器将不工作,处于等待状态,荧 光屏上不出现扫描线;有触发信号,扫描启动,适当调节触发 “电平”,即开始扫描。触发 信号频率可从零开始。但是,在不少测试场合,对于无触发信号时扫描线消失会感到很不方 便,而且有时也无需选择触发信号上的触发点,而是希望无触发信号时荧光屏上仍出现扫描 线 (可以检查示波器工作是否正常以及测量被测电路的直流电平),一旦有触发信号时,则 具有更稳定的显示。为此,大多数通用示波器都设有 “自动” 触发与 “高频” 触发。 在图825中,当开关S223置于 “自动” 触发时,触发整形级 VT2211、VT2212的两个射 极之间由于接入大容量的电容 C2216(100μF),因而处于低频自激状态,电路转变为射极定 时的自激多谐振荡器。当没有触发信号或触发信号频率低于自激频率 (几十~几百 Hz) 时, 电路处于自激的连续扫描状态,触发 “电平” 控制将不起作用。当触发信号重复频率高于自 激频率时,自激状态终止,立即实现触发扫描。“自动” 触发适合于观测较低频率的波形。 在图825中,当开关S223置于 “高频” 触发时,触发整形级 VT2211、VT2212的两个射 极之间由于接入小容量的电容 C2215(470pF),因而处于高频自激状态,电路也变为射极定 时的自激多谐振荡器,产 生 约 200kHz的 自 激 信 号, 以 便 与 被 测 信 号 同 步, 显 示 稳 定 波 形。 这种触发方式对观测较高频率的信号有利。 2时基发生器 如图824所示,时基发生器主要由时基闸门级、密勒积分放大级及释抑级组成,其具 体电路见图828。 时基闸门级是一个射极耦合的双稳态电路 (VT231、VT232)。触发信号来自时基触发器 的 VT2212(图825),其集电极输出的矩形波脉冲经 C239、R2332微分后,取其负向尖脉 冲,使时基闸门级打开 (正向脉冲被 VD2312旁路)。无触发信号时,VT231导通,VT232截 止,时基闸门级处于等待状态。 密勒积分放大级主要由 VF236、VT237构成,前者是源极跟随器,后者是共射放大器。 VT237的集电极输出端经时基电容反馈至 VF236的栅极输入端,可以使时基电容的充电电流 趋于恒值。 释抑级由 VT239、VT2311及释抑电容等组成,其作用是在时基电容放电过程 (扫描逆 程) 关闭时基闸门级 (让 VT231保持导通状态),因而不致受其他外信号的干扰而引起扫描 161 图828 时基发生器 162 启动,从而保证扫描的稳定性。 时基发生器的工作原理如下: 电路在无信号输入 (静态) 时,VT231导通,VT232截止。VT233 (共基接法) 的基极 电位由 R238、R239分压,约+4V 左右。这时,由于 VT232集电极的高电位,使 VT233的射 极电位也较高,故 VT233导通。由于 R2311上的电压降,使 VT233集电极的电位也较高,因 此二极管 VD235随继导通。VT233及 VD235构成启动与终止扫描的控制开关,当它们接通时, 扫描终止,时基电容经 VT237(VT233、VD235) 放电,扫描处于逆程阶段。VD234为钳位二 极管,决定扫描电压的起始电平。由于 VT233的射极电位约为+47V,因此静态时 VT237 的集电极输出端被钳位在+4V 左右,其数值可通过 R2313调节。 当有负向尖脉冲输入至闸门电路时,VT231截止,VT232导通。相应地,VT233及 VD234截 止。由于 VT233的集电极电位较负,故 VD235也变为截止状态。又由于 VT233及 VD235截止, 因而时基电容开始充电,扫描启动。时基电容充电的速率取决于时基电容和时基电阻的时间 常数 RC 以及电源电压(-36~-12V)。由于是负电源充电,则随着时基电容的充电(上“+” 下“-”),使 VF236的栅极电位负向变化,而 VT237集电极的输出电压则相应地正向升高,此即 为扫描正程,如图829所示。因 VT237的放大倍数较大和时基电容负反馈(密勒效应)的结 果,使它的集电极输出电压近于线性上升。 时基电 容 与 时 基 电 阻 取 值 不 同,扫 描 输 出 电压 的 斜 率 U/t 和 扫 描 速 度 cm/t 也 不 同,它们由扫速开关 S241控 制。扫 描 速 度 习惯上 也 可 用“t/div”(s/格)表 示。t/div 越小,表示 扫 描 速 度 越 快。 当 扫 速“微 调” 电位器 RP241处于-36V(“校准”位置)时, 扫速最 大(因 时 基 电 容 充 电 的 电 源 电 压 最 图829 时期发生器的工作波形 负);当处于-12V(非校准位置)时,扫速最小。扫速的变化范围应大于25倍。 扫描开始后,随着扫描输出电压的上升,在释抑电路 VT239的输入端能获得同相变化的信 号,经两级射极跟随器 VT239、VT2311隔离后(它们的输入阻抗很大,对扫描输出端不致产生影 响)馈送至闸门电路 VT231的基极输入端。扫描开始前,释抑电路中二极管 VD2310的阳极电 位比其阴极要低。当扫描输出电压上升到一定数值时,VD2310的阳极电位略高于阴极电位,该 二极管即转为导通。随着扫描输出电压的继续上升,闸门电路 VT231的基极电位也随之上升, 与此同时向释抑电容充电,充电电流经过 VT239、VD2310,故充电时间常数很小,释抑电容上的 电压跟得上扫描输出电压的上升值。当扫描输出电压上升到扫描幅度时(由+4V 起上升到 +28V左右),VT237的基极电位随之升到恰好使闸门电路翻转成为原来状态,即 VT231转为导 通,VT232转为截止,等待下一次的负向脉冲到来,以便再次启动扫描。这时,由于 VT233、 VD235导通,扫描进入逆程,时基电容经 VT237、VT233、VD235迅速放电,VT237集电极输出端 电位从+28V 左右迅速降到+4V,钳位二极管 VD234恢复导通,一次扫描结束。 当扫描逆程时,输出端电位迅速下降,释抑电路中的二极管 VD2310随即截止,释抑电 容上已充的电荷经 R2326及 VT2311的基极输入端放电。因为放电时间较长,它上面的电压仍 较高,因而在扫描逆程期间仍能维持 VT231导通,从而关闭闸门电路,不致受外加触发信号 或其他干扰信号的影响而引起扫描启动,保证了扫描工作的稳定性。等到释抑电容放电到一 163 定的时间 (称为释抑时间或释抑期),此时 VT231的基极电位降低到原先的等待触发状态 (见图829),一次扫描的全过程至此完毕。 调节 “稳定性” 电位器 RP233,使闸门电路 VT231的基极电位发生变化,这不但影响闸 门双稳电路的触发灵敏度,而且也将影响释抑期间扫描电路工作的稳定性。前面已经讲过, 在等待触发状态时,VT231导通,VT232截止。当 RP233的滑动端旋至-12V 时,闸门电路 的工作状态转为 VT231截止,VT232导通,扫描被启动。当扫描输出电压上升到使闸门电路 翻转时,扫描进入逆程,经一段释抑时间后,闸门电路 VT231的基极由于来自 RP233滑动端 的负电位再次截止,扫描又被启动。这时,整个扫描电路呈自激状态,在荧光屏上将显示出 不能同步的扫描线。当 RP233的滑动端转到 “地” 电位时,VT231呈常通状态,此时即使送 入触发信号,也不足以使闸门电路翻转,于是扫描电路便停止工作。因此,在正常工作情况 下,RP233的滑动端应旋到适当位置,既使闸门电路处于 VT231导通、VT232截止的等待触 发状态,又使闸门电路在输入触发信号时能稳定翻转。 调节 “扫描长度” 电位器 RP232 (接在 VT239的基极),可使射极跟随器 VT239的基极 电位发生变化。但是要使时基闸门电路翻转从而进入扫描逆程时,对 VT231的基极电位要求 是一定的,故对释抑电路中 VT2311的射极与基极、VD2310的阴极与阳极、VT239的射极与基 极的电位要求都是一定的。因此,调节 RP232,即改变了 R2323、RP232、R2324的分压比, 从而改变了扫描的终止值,也即改变了扫描输出电压幅度,于是在荧光屏上的扫描线长度也 跟着 RP232的调节而改变。 时基闸门级经射极跟随器 VT238输出闸门信号,一路至电子开关 (图820),作为电子 开关的控制脉冲;一路送至Z轴放大器 (图834),作为扫描时的增辉脉冲用。 3X 轴放大器 如图830所示,X 轴放大器是一个多级放大器,由 VT251~VT258组成。当 “t/div” 扫速开关置于扫描工作位置时,使时基发生器所产生的正向锯齿波电压信号经 R252、R251 及 C251、C252分压补偿后,与射极跟随器 VT251耦合。当 “t/div” 开关置于 “X 外接” 位 置时,在 “X外接” 插座输入的被测信号 (图825),经源极跟随器和射极跟随器送至 X 轴 放大器的 VT251,并且断开时基发生器与 X轴放大器的联系。 射极跟随器 VT252用以控制 X轴放大器输出端的直流电位,在它的基极上设有 “X轴位 移” 粗细调节电位器 RP251a、RP251b,通过调节能控制荧光屏上波形在 X轴方向的位移。 VT253及 VT254组成了射极耦合的差分放大器,其输出信号分别由两个集电极馈至后 级。调节 “校准” 电位器 RP253能改变射极间的负反馈量,从而控制这一级的电压增益。 如果想要仔细观测输入的高频信号或快速脉冲等的细节时,可使用 “扩展 拉×10” 开 关 (S251)。这是一个按拉式开关,在按的位置上作正常使用。当处于拉的位置时,显示波 形在 X轴方向可以扩大10倍。这是因为,当扩展作用时,R2515、RP254通过 S251并联在 VT253及 VT255的两个射极之间,进一步减小了反馈电阻,因而使它的增益扩大了 10 倍。 RP254用于校准“扩展 拉×10”时的电压增益。SR8型二踪示波器的扫速范围为02μs/div~ 1s/div,按1、2、5顺序分成21个档级(图831)。校准后,各档误差均≤5%。扫速 “微调” 电位器RP241(图831及图828) 使扫速变化范围大于25倍。因此,扫速能连续可调,最 慢扫速约为25s/div(25×1s/div)。当使用 “扩展 拉×10” 时,扫速各档 (示波器面板上 图830 X轴放大器 图831 扫描“t/div”开关原理图 166 的扫速标称值) 也应按扩展10倍计算,此时最大扫速可达20ns/div。当然,扩展后的扫速 误差也要相应增大。扩展后扫描的起始和末尾部分线性较差,观测时应尽量利用中间段。在 测量脉冲上升时间时,应将波形前沿移至扫描的中间段,以减少测量误差。 在图830中,X轴信号经 VT255及 VT256组成的射极跟随器馈至 VT257及 VT258的输出 放大级,输出放大级由两个高反压、高频中功率晶体管所组成,这样可以获得频带较宽、输 出幅度较大的偏转信号 (每边输出约65V 左右)。在输出放大级的射极电路中还设有 R2526 及 C256组成的简单高频补偿网络。 825 其他部分 1低压电源 低压电源由电子稳压器供给,其中,低压电源 A提供-36V、+120V 电源,见图832; 低压电源B提供-12V、+12V 电源,见图833。 2示波管及高频高压发生器、显示电路、Z轴放大器 SR8型二踪示波器采用中余辉14SJ102型矩形屏示波管。矩形屏对角线距离为14cm, SJ表示静电偏转,102是类型序号,荧光屏有效工作面积为 6div(Y 轴) ×10div(X 轴) (1div=08cm),加速电压约3kV 左右。 向示波管各电极提供电源,采用高频高压形式要比低频高压形式好,这样做的优点是变 压器、整流元件等的容量与体积可大大减小,有利于实现整机小型化。高频高压发生器由高 频振荡器、升压变压器及整流滤波器等组成,其实际电路见图834中间部分。VT401作为射 极跟随器,以提高其输入阻抗,VT402、VT403为差分放大器,VT404用作放大推动管,VT405 为单管变压器形式的振荡管。 高频高压发生器的工作原理如下: VT405工作在开关状态。该管的电源电压一接通,就注入基极电流ib,集电极电流ic= βminib 便上升 (βmin为 VT405的最小β 值),由于变压器 T401的一次绕组 (接在 VT405的集电 极回路上) 的正反馈作用使ib 增大,因而ic 进一步增大,直至 VT405进入饱和状态,其管 压降接近于零。但由于它的集电极为电感性负载,电流不能突变,ic 将随时间而线性增长。 在这个过程中,变压器二次绕组因匝数很多而感应高电压,极性为 “8” 端 “-”、“7” 端 “+”,VD406截止;同理,“6” 端 “-”、“5” 端 “+”,VD408截止。当 VT405完全饱和后, 电流变化速率dic/dt 下降,在dic/dt=0时,线圈上的感应电压为零,促使管子退出饱和 区。由于变压器的正反馈作用,管子很快进入截止。此时各线圈的感应电压均倒相,变压器 二次绕组高电压的极性为 “8” 端 “+”、“7” 端 “-”,VD406导通;同理,“6” 端 “+”、 “5” 端 “-”,VD408导通。VD406或 VD408导通的过程,即为磁能转化为电能的过程。当磁 能泄放完后,VD406或 VD408截止,磁通减至最小,各线圈出现相反电势,促使 VT405再次导 通。这样,又重复上述过程,从而形成了高频振荡。 在实际运用中,当变压器 T401的二次负载变化,也即示波管的辉度变化时,将影响振荡 管的工作而使输出的直流高压不稳,从而影响示波管灵敏度的改变。为解决这一问题,可采 取负反馈稳压措施。设输出高压 (R417与 C410公共端,-1kV) 因负载加重 (示波管辉度增 加) 而降低,则在接于 VT401基极的取样电阻 (R401、RP401、R403) 上产生一个误差信号, 加到射极跟随器 VT401基极,由它输出至 VT402、VT403组成的差分放大器放大,并在 VT403 图832 低压电源 A 168 图833 低压电源 B 的集电极相应输出一个信号,经 VT404倒相放大后,去控制 VT405的振荡强度,促使 VT405加 强振荡,从而使二次电压升高,维持原有的直流电位。 变压器 T401的二次侧有两个绕组,一个绕组经半波整流后,其负高压供给示波管的栅极 (“辉度” 调节);另一个绕组分为两路,其中一路经半波整流后,接至示波管阴极与第一阳 极 (“聚焦” 调节),另一路经 VD407、VD409倍压整流后供给第三阳极 (加速极)。第二阳极 电压由+120V 电源提供 (“辅助聚焦” 调节)。此外,在显示电路中还设有 “显示图形校正” 与 “几何图形调节”,前者改变示波管与屏蔽罩间螺管线圈的电流,调节图形旋转方向与程 度,以校正因偏转板装架歪斜而引起的图形歪斜;后者则改变在两对偏转板之间设置的屏蔽 电极的直流电位,以消除电子枪带来的几何图形失真。 Z轴放大器见 图 835, 其 作 用 是 进 行 辉 度 调 制。 在 它 的 输 入 端 采 用 了 共 射 共 基 电 路, VT161及 VT167分别作为两个信号的共射输入级。VT167的输入信号由 VT238的闸门脉冲提 供,VT161的输入信号由S152(a1) 的消隐脉冲提供。这两个信号在 VD162共基极电路的输 入端混合后,由射极跟随器 VT166输出。 当闸门信号未到来时,VT167处于导通状态。当负向闸门脉冲到来时,该管处于截止状 态,相应地在 VT162的集电极输出正向的增辉脉冲信号,再经射极跟随器 VT166馈送至示波 管的控制栅极,因此可使扫描过程辉度增强。 VT161在无信号到来时处于临界截止状态。当信号到来时,经电感微分后的正向尖脉冲 图834 高压与显示控制电路 170 馈至 VT161的基极,使该管导 通,以致在 VT162的集电极有 负向脉冲产生,再经 VT166射 极跟 随 器 输 出。此 信 号 来 自 电子 开 关 转 换 过 程 中 的 脉 冲 信 号 (称 为 “消 隐 脉 冲”), 因此当显示作用开关 置 于 “断续” 位置时,能消去其两 通道交换工作时的过渡光点, 以提高显示波形的清晰度。 3校准信号发生器 校准信号发生器由 VT501 ~VT504四个晶体管组成 (图 836)。VT501及 VT502组 成 多 谐振荡器,信号频率为1kHz, 经 VT503限幅放大后,由射极 跟随器 VT504的射极经分压后 输出。RP501为 频 率 微 调 电 位 器,RP502为 校 准 输 出 1V 信 号幅度的微调电位器。 为了对以上各部分电路有 一个完整的概念,将 SR8型二 踪示波器各单元框图示于图8 37中,以加深对整机的印象。 图835 Z轴放大器 图836 校准信号发生器 图837 SR8型二踪示波器各单元框图 172 83 SR8型二踪示波器的检修 831 开机烧熔丝 开机烧熔丝是电子示波器的常见故障之一,熔丝被熔断的原因是仪器电路中的电流超过 规定的指标。电流越大,熔断越快,响声也就越大。根据熔丝熔断的状况,可以分为两种情 况: 1) 刚开机立即烧熔丝,响声很大。这说明示波器的电源部分有严重的短路接地故障, 而且故障点常常临近电源变压器,产生的原因可能有以下几种: ① 电源变压器一次绕组存在匝间短路。 ② 电源变压器二次绕组存在匝间短路。 ③ 整流二极管击穿短路。 ④ 滤波电容器击穿短路。 检修时,首先采用 “不通电观察法” 检查上述关键元器件是否存在明显烧毁、爆裂的痕 迹,发现故障元器件,先进行更换,之后用万用表检查电源变压器一次绕组、二次绕组的两 引出线之间是否仍存在短路,整流输出的正负极之间是否仍存在短路。当短路故障排除后, 方可更换与原熔丝同规格的新熔丝,再通电试机。 2) 通电几秒钟后熔断熔丝,基本听不到响声。这说明电源电路部分或输出负载超过了 正常数值,可能原因有以下几种: ① 电源变压器各二次电路中存在局部短路故障,短路是通过一定限流或分压电阻之后 发生的,从而使整机电流略大于规定数值。 ② 仪器风扇发生堵转使电流增大而熔断熔丝。 对于此类故障,有效的检修方法是断路法,也称为分割法。断开有关的接插件,或焊开 电路中的限流电阻,通过自耦变压器给示波器缓慢加压,并用交流电流表监测整机电流,当 断开某路直流电源后,整机电流明显减小,则局部短路故障就发生在此路直流电源的负载电 路中。 832 低压电源插件 本仪器有四组稳压电源,它们是 “-36V”、“-12V”、“+12V” 和 “+120V”。检查各 组稳压电源时,应首先拔去电源插件和其他电路的电源连接插片,并将插座的第14与15脚 (即电源开关S101两端) 短路,以便接通电源使稳压器正常工作。 “-36V” 的检查:如果在输出电容器 C114的两端无电压输出时,应检查输入端的 FU111 熔丝是否完好。当更换熔丝后仍然熔断而整流电路工作正常的话,则故障就发生在该稳压电 路本身。 按上述方法顺次检查 “-12V”、“+12V” 及 “+120V” 的稳压情况。当电源插件的各 组电压工作正常后,将电源连接插片插入机内 (拆去短路线),并拔去 X及 Y 插件,观察稳 压电源工作是否趋于正常,如果仍有故障出现,问题就在高频高压发生器及示波管显示控制 电路。待故障排除后,分别插入其他被拆下的插件,以区别故障所在的部位。 173 833 显示控制电路及高频高压发生器 示波管荧光屏上显示的辉度,由控制栅极与阴极间的电位差所控制。因此,当无光点显 示时,可按下 “寻迹” 装置,以区别故障的所在范围。在一般情况下,按下 “寻迹” 仍无光 点时,除了应注意 X及 Y轴的末级输出管是否损坏外,很可能故障发生于高频高压发生器 单元。 检查高频高压发生器时,应将 “辉度” 旋钮顺时针转至满度,用内阻较高的电压表测第 三阳极的加速电压 (约为+2kV,它在高频高压插件的旁边引出) 以及 “辉度” 控制电位器 中心引出端电压 (约-1kV,此时荧光屏上可能有光点出现)。如果所测电压值正常,则可 以增加 R414的阻值 (减小栅偏压),使示波管荧光屏上见到光点。如果在测量时电压表无指 示值,那么可先检查熔丝 FU401以及 “-12V” 电源。 如果熔丝已熔断,而换上后又再次熔断时,可能是由于振荡管 VT405已击穿或负载太大 所致,可逐一检查。但在一般情况下,即使负载稍大,也不会导致熔丝熔断。 当高压不够稳定时,主要表现在示波管荧光屏上辉度增加时,其高压值随之降低,而显 示波形的幅度相应增加。此时,可检查 VT401~VT403是否损坏,以及整流二极管漏电流是 否加大,这可采用器件逐一替代法检查。 834 Y轴放大器 1Y 轴无光点或无波形显示 当高频高压单元工作正常时,调节 Y 轴 “移位” 电位器,使处于中心位置。如不能使 Y轴系统输出端 (即示波管 Y 轴偏转板) 电位相近时,则荧光屏上仍不能显示出光点或波 形。此时可先将显示选择开关分别置于 YA 及 YB,以区别故障的来源。如果有一个通道能 正常工作,则故障是由另一个通道所引起。如果两个通道都不能使荧光屏显示光点或波形, 那么故障可能产生在前置放大器以后的电路。 如果放大器工作不正常,使光点偏离荧光屏之外,这通常是由电路不平衡造成的,可以 自前级开始顺序检查各级间的直流电位。拔出 Y 轴前置放大器的插件,如果光点仍不能出 现,那么故障就在后置放大器 (不包括 VT141、VT142)。调节 RP141,光点应有较小的位移 现象,否则可检查 VT143、VT144和 VT147~VT1410是否损坏。 如果出现光点 (光点不一定在荧光屏中心显示),则可插入 Y 轴插件,拔出有故障的前 置放大器印制电路板,此时应仍能显示出光点,否则可检查级间放大器是否有故障 (包括 VT141、VT142)。 最后,可插入被拔下的前置放大器印制电路板,将 VT149及 VT1410两基极间用导线短 路。如仍无光点出现,可检查 VT139~VT1312。用上述的短路方法逐级向前检查,可以判断 故障所在的范围,然后检查晶体管及有关元件的质量,从而使故障排除。 除上述方法外,也可以采用分别测取各点电压来寻找故障源。但检查时应当谨慎小心, 特别是短路线,不能任意连接,以免引起晶体管的损坏。 2Y 轴偏转幅度不够或无偏转 Y 轴偏转幅度不够,实际上说明了放大器增益已下降。通过逐级检查后,如其他情况都 正常的话,那么可以调节 RP133“校准” 电位器,予以修正,以获得必须的增益。 174 如果放大器的增益显著下降,虽经调节也不能满足要求时,那么应先检查有关电源,再 检查各元件的性能,特别是有增益放大的晶体管。 电路平衡时,在荧光屏中心应能见到光点,如 “移位” 等控制件也能起作用的话,无偏 转的故障是少见的。如果发现无偏转的故障,一般可从检查电源电压是否正常,或者检查信 号连接线接触是否良好入手。 835 X轴放大器 1荧光屏上无光点或波形显示 通过前面的检查,如肯定无光点是由于示波管 X 轴偏转板上电压不相等引起的话,那 么应先检查 X轴放大器的故障。如图830所示,将 “t/div” 扫速选择开关置于 “X 外接” 的位置,即 X轴放大器处于外接被测信号的状态,与扫描发生器切断联系,若仍无光点出 现,则故障来自 X轴放大器本身。 关于 X轴放大器的无光点显示故障的排除方法,可以参照 Y 轴放大器的检查方法进行。 在检查时,同样要把 “移位” 电位器 RP251置于中心位置,分别测量 VT257及 VT258的基极 电位是否相等 (约-7V)。如果所测得的两基极电位差较大时,则故障可能来自前级。如果 两基极电位较接近 (假定两 Y 轴偏转板电位也相等) 而荧光屏上仍无光点或波形显示时, 则故障可能是由于 X轴放大器末级输出管损坏引起的。 2X 轴偏转幅度不够或无偏转 X轴放大器的增益下降,当观察时基线时,其长度会相应缩短,这时如果按面板上所标 的数值来直接读测扫描速度时,将会引起一定的误差。 如果其他电 路 工 作 均 正 常,而 只 是 增 益 稍 低 的 话,那 么 可 以 调 节 RP254 (×10) 或 RP253(×1)。RP253是安装在面板上的,以便于调准。在调准时,应注意到 X 轴放大器增 益是与扫描速度相互牵制的,因此必须同时核对扫速。如果扫速经核对后,时基线长度仍较 短时,那么可通过调节 RP232电位器 (图828) 予以调整。 当 X轴放大器无偏转时,说明放大器无放大作用,因此应对放大器和时基发生器作分 别检查。通过上面的检查,当 X轴放大器工作正常后,可将 “t/div” 选择开关置于 “02s” 档级,触发方式位于 “自动”。用电压表测得 VT237集电极的 R2319输出端的直流电压,如 有+4~+28V 之间的变化,才能说明时基发生器的工作是正常的。 836 时基触发器 当观察波形时,如不能获得同步,其原因可能有以下几个: 1)“稳定性” 微调电位器 RP233(图828) 调节不当 (其调节方法见前面时基发生器校 准部分)。 2) 内触发的故障。可先以外触发方式进行工作,观察波形能否同步,如果仍不能获得 同步,则故障在于时基触发器 (图825) 本身;如果能获得同步,则故障来自 Y 轴的内触 发放大器电路 (图820)。 3)Y 轴的内触发放大器电路不平衡 (或晶体管损坏) 以及输出端的零电平未调妥。 4) 时基发生器的故障。 175 837 时基发生器 整个时基发生器是一个闭环电路,因此在检修时会带来一定的困难。 当荧光屏上无波形显示时,可先将 “辉度” 控制在最亮的位置上。按下 “寻迹” 按键, 此时,时基发生器呈自激状态 (-12V 电压直接加至 VT231的基极),应能显示不能同步的 时基线,然后调节 “t/div” 选择开关,观察各档是否都能出现时基线,从而区别故障是在 该开关还是在其他有关电路。如果按下 “寻迹” 按键而无时基线显示,那么故障将是时基发 生器电路本身产生的。 先检查 VD235、VF236及 VT237晶体管是否损坏,然后在调节 “稳定性” 电位器 RP233 的同时,用电压表测量 VT232的集电极电位,应随调节而跳变。如果该集电极电位不随 “稳 定性” 的调节而跳变时,那么,可测一下 VT231的基极电位,它应随 “稳定性” 的旋动而相 应地改变其电压值,否则可检查有关元件是否完好。 838 Z轴放大器 Z轴放大器在扫描正程时,使显示波形的辉度增加。当电子开关工作于 “断续” 状态 时,能同时使两通道在转换过程中的显示辉度不增加,因此能提高显示波形的清晰度。Z轴 放大器的常见故障主要表现在: 1) 没有增辉作用,导致扫描回扫线也同时显示于荧光屏上。 2) 在 “断续” 状态作双踪显示时,其转换过程中的光迹未消除。 上述故障如同时存在,则往往是由于输出管 VT162或 VT166损坏所致。 如果仅仅没有增辉作用,则可调节 RP231 (安装在图 828 时基发生器的印制电路板 上),以及检查 VT167 (图 835) 的质量情况。如果属于未消隐的故障,则可调节 RP161 (安装在Z轴放大器印制电路板上),以及检查 VT161的质量情况。 839 电子开关 电子开关以转换或切断供电电源等方法来取得五个显示作用的工作状态。当出现故障 时,可以用所测得的输出 “A” 及 “B” 两端的信号电平来区别,并应着重检查 VT1521是否 完好。 8310 校准信号 校准信号的故障有: 1) 误差增大,此时可以调节 RP501电位器校准频率,调节 RP502电位器校准输出幅度。 2) 当频率误差较大,经过调节也不能满足时,往往是由于 RC 时间常数变化所致,可 检查有关元件。 3) 输出波形不佳时,可检查 VT501及 VT502晶体管,并调换试之。 4) 无信号输出时,应首先检查电源,然后检查各晶体管有否击穿。 8311 故障检修实例 例1 辉度时亮时暗。 176 分析故障原因: 1) 稳压电源或高频高压的输出电压幅度不稳。 2) 辉度电位器或聚焦电位器对地绝缘不良而漏电。 3) 示波管管座接触不良。 4) 示波管内部阴栅极烧热互碰。 检修过程: 1) 检测稳压电源及高频高压正常。 2) 测试电位器对地绝缘良好。 3) 对示波管管座进行清洁,拧紧加固螺钉使接触良好。 4) 将示波管管座拆下,仅加上63V 灯丝,用三用表测阴栅电阻忽高忽低,说明阴栅 极烧热有互碰 (时碰时开) 现象,需换新示波管。 5) 更换示波管时应注意屏幕的位置,扫描线应与水平轴置平行。 例2 显示波形有几何失真。 分析故障原因:这类故障主要是图形校正部分的调整不良引起的,应重新调整。 调整步骤和方法: 1) 将 “t/div” 置于中速档,触发方式置于 “自动” 档位,使屏幕上出现扫描线,然后 适当调节显示图形校正电位器 RP406,使扫描线平行于 X轴的坐标线。 2) 将方波信号输入 YA 通道 (或 YB 通道),“t/div” 置于1ms档,调节有关旋钮,使 屏幕上出现稳定的波形,调整几何图形调节电位器 RP405,使图像波形的顶部为一条直线。 当调节电位器 RP405时会影响 Y 轴灵敏度,应该使两者兼顾。 例3 显示波形暗淡。 分析故障原因:显示波形的辉度主要与示波管、高压幅度和增辉脉冲有关,经过初步检 查,前两项无问题,而是无增辉脉冲,判断是 Z轴放大器有故障。 故障原因: 1) 晶体管 VT167、VT162和 VT166损坏。 2) 稳压管 VS163、VS164和 VS169开路。 检修过程: 1) 测量电路的主要工作点电压,以及晶体管各极电位,发现各极的电位不正常。 2) 对该管及有关元器件作详细检查,是稳压管 VS169开路,所以增辉脉冲送不出去。 更换新管后显示波形正常。 例4 在二踪显示位但仅有单踪显示。 分析故障原因:示波器的二踪显示功能,主要通过电子开关去控制两个通道的 “交替” 或 “断续” 工作,如果在二踪显示位置 (交替或断续) 仅有单踪显示,其原因如下: 1) 晶体管 VT1313~VT1316、VT1523、VT1524或其他有关元件损坏。 2) 显示选择开关S152的簧片接触不良。 检修过程: 1) 测量电路的供电电源均正常。 2) 测量门电路的三极管电位,VT1313、VT1314常处于截止状态,而 VT1315、VT1316常 处于导通状态。 177 3) 测量双稳电路三极管电位,一管常截止,一管常导通,不能翻转。用晶体管图示仪 测试管子电气参数,发现其中有一管已击穿。 4) 更换一对晶体管后,示波器的二踪显示功能恢复正常。 例5 显示波形的水平宽度变窄且偏于一边。 分析故障原因:这类故障主要与 X轴放大器电路有关,其原因如下: 1) 电路的供电电压幅度太低。 2) 水平移位电位器 RP251的簧片接触不良。 3) 放大器的晶体管及有关元件损坏。 检修过程: 1) 电路的电源电压均正常。 2) 检查电位器接触良好,当调节电位器时阻值变化平稳,合乎要求。 3) 逐级测量放大器的工作点电位,发现第二放大级 VT253、VT254的电位不平衡。 4) 测试该级的一对晶体管电气参数,其中有一管低效。 8312 SR8型二踪示波器的参考电位 该机的参考电位见表81~表84。 表81 Y轴放大器   序号 各 b 脚电 e 位 c 序号 VF131a VF132a VT134a VT135a VT137a VT138a VT139a VT1310a VT1311a (G)01 (G)01 11 11 -01 -01 65 65 6 (S)11 (S)11 05 05 -02 -02 6 6 68 (D)12 (D)12 12 12 7 7 12 12 -6 VT1312a VT141 VT142 VT143 VT144 VT147 VT148 VT149 VT1410 注:扫描置中速档,选择置交替。 表82 触发扫描部分   序号 各 b 脚电 e 位 c 序号 VF223 VT224 VT225 VT226 VT227 VT2210 VT2211 VT2212 VT231 (G)0 1 -115 -09 -03 -03 8 5 -25 (S)1 02 -12 -15 -1 -1 75 48 -06 (D)12 12 -07 10 12 10 85 9 17 VT232 VT233 VD235 VF236 VT237 VT238 VT239 VT2311 注:扫描置中速档。 各 b 6 -12 -12 -20 -20 -7 -7 12 12 (单位:V) 脚电位 e c 68 -115 -115 -21 -21 -75 -75 5 5 -6 -20 -20 -6 -6 10 10 43 43 各 b -23 42 (G)01 07 18 -4 -09 (单位:V) 脚电位 e c -06 48 (K)0 (S)07 0 12 -5 -15 46 015 (A)015 (D)12 10 12 12 12 178 工作状态 交替 YA YB 序号 VT251 VT252 VT253 VT254    表83 电子开关在五种工作状态时的电位参考值 A点 B点 工作状态 A点 -36 -05 -36 -7 YA+YB 断续 -02 -38 -7 -05 (单位:V) B点 -02 -38 各 b 04 04 12 12 脚电 e 12 12 15 15 表84 X轴放大器 位 c 序号 -12 -12 -8 -8 VT255 VT256 VT257 VT258 各 b -8 -8 -7 -7 (单位:V) 脚电位 e c -7 -12 -7 -12 -8 70 -8 70 第9章 半导体管特性图示仪的检修 91 概述 半导体管特性图示仪是一种专用示波器,在它的示波管荧光屏上可直接显示晶体管的各 种特性曲线。观察这些特性曲线的形状可以分析晶体管的质量优劣,从荧光屏上附加的标尺 刻度还可简便迅速地定量测定晶体管的各项直流参数。 由于它采用瞬时电压和瞬时电流进行测量,故能减小晶体管在高功率区域因发热所引起 的测量误差,而且在测试晶体管的各种极限参数和击穿特性时,还能保护晶体管不致因过载 而损坏。因此,半导体管特性图示仪对于半导体器件的生产、电子电路的设计都是十分有用 的,在电子仪器仪表的生产和修理中,用它对半导体器件进行检查和筛选也是非常必需的。 半导体管特性图示仪主要特点是: 1) 广泛性:半导体管特性图示仪可以测试不同类型 (NPN 型或 PNP型)、不同接法 (共射极、共基极和共集电极) 的晶体三极管,以及各种类型的晶体二极管、场效应晶体管、 光电管、晶闸管、集成电路等。 2) 直观性:半导体管特性图示仪用图形的方式显示半导体管的特性,从屏幕上可以直 接对半导体管的特性进行分析、比较、挑选和配对,使用非常方便。 3) 全面性:半导体管特性图示仪能测量半导体器件的不同特性曲线 (如输入特性、输 出特性、转换特性和电流放大特性等),还能测试各种反向饱和电流和击穿电压。为此,与 普通示波器不同,在图示仪中需设置比较复杂的转换开关和极性开关,需改变荧光屏所显示 波形的垂直和水平轴的坐标性质,从而能测量不同的特性曲线和读测多项参数。 图示仪与其他电子测量仪器一样,也经历了全电子管式———全晶体管式———晶体管与集 成电路混合式几个发展阶段。 20世纪60年代初,我国半导体事业起步并迅速发展,急需解决对半导体器件参数的测 试问题,半导体管特性图示仪随之产生。1964年,我国第一台电子管式的半导体管特性图 示仪———JTl型图示仪问世,它是上海无线电二十一厂在电子管特性图示仪的基础上,学习 国外先进技术试制成功的。该产品的集 电 极 扫 描 电 压 为 0~200V, 最 大 集 电 极 电 流 为 10A, 基极阶梯电流为 1μA?div~200mA?div,基极阶梯电压为 001~02V?div,基本上满足了 PNP型和 NPN 型两大类三极管以及各种二极管的测试需要。JT1型图示仪的诞生恰与半导 体器件的普遍应用趋于同步,它又进一步推动了半导体器件的研制、生产和应用。它的投产 填补了国内空白,成为研制、生产和使用半导体器件各个领域和部门不可缺少的仪器。 为了满足国内需要,先后又有吉林浑江电子仪器厂、国营767厂、北京显示仪器厂、邵 阳无线电厂、淄博无线电三厂等十几家企业生产JT1型图示仪。在原JT1型图示仪的基础 上,各厂家又进行了改进和提高。有的将集电极扫描电压由200V 提高到500V,扩展了晶 体管的测试范围;有的增加了可同时交替显示两只管子特性曲线的功能,方便了器件的配 对;有的降低了容性干 扰 电 流, 提 高 了 微 电 流 测 量 精 度。 直 到 20 世 纪 80 年 代 末 期,JT1 180 型图示仪仍然是科研院所实验和教学的主要仪器。 在电子管式半导体管特性图示仪发展的同时,晶体管式的半导体管特性图示仪也孕育成 形。20世纪60年代末,北京无线电仪器厂首先推出晶体管式的 QT1型半导体管特性图示 仪,其技术指标基本与JT1型图示仪的相同。20世纪70年代初,上海无线电二十一厂又 试制了 QT2型晶体管式的图示仪,扩展了测试范围:集电极电压由200V 提高到500V,对 二端器件可达3000V;集电极电流由10A 提高到50A,满足了半导体器件 飞 速 发 展 的 需 要。 另外,吉林浑江电子仪器厂研制的 QT12型图示仪设有双向扫描,能同时观测二端器件的 正、反向特性曲线,且容性电流很小;北京无线电仪器厂研制的 QT16型图示仪,技术指标 较高,接近 Tek576型图示仪的指标,是国内高档的图示仪。 20世纪80年代,以 XJ4810型为主要代表的晶体管与集成电路混合式的半导体管特性 图示仪问世,它采用了 CMOS数字电路、D?A 转换器代替传统的 RC 充放电电路,使阶梯 波质量有 了 质 的 飞 跃; 采 用 直 流 光 点 扫 描, 避 免 了 容 性 电 流 干 扰, 使 微 电 流 测 试 范 围 由 1μA?div扩展到20nA?div。 在此之后,各个厂家又推出了各具特色的混合式图示仪。GH4821型图示仪有同极性、 异极性自动交替显示两只晶体管特性曲线的功能,使配对十分方便;BS4810型图示仪有四 种 H 参数自动切换、NPN 和PNP自动置位等特点;HJ4811型图示仪在 X、Y 轴放大器中 应用运算放大器,大大减少了零点漂移,提高了对共模干扰信号的抑制能力。 随着图示仪的发展,数字技术、计算机技术、微电子技术一定会应用于图示仪中,使它 成为智能化的自动测量仪器。 92 图示仪的工作原理 921 电路组成 图示仪的简单工作原理可用图91说明,它实质上是一个普通示波器加上了基极阶梯信 图91 图示仪原理框图 181 号源和集电极扫描电压发生器两部分。虽然图示仪的品种多,电路形式上互有差异,但基本 上可归纳为五个主要组成部分:阶梯波部分 (主要包括阶梯波信号发生器和阶梯放大器)、 集电极电源、显示放大器 (主要是垂直放大器和水平放大器)、测试部分和主机 (主要包括 高、低压电源及显示电路)。 图中各组成电路的作用如下: 低压电源:给仪器各单元电路提供各档稳压的直流电源和非稳压的交流电源。 高压电源及显示电路:提供仪器中示波管所需稳定的正、负直流高压,以及辉度、聚焦 和辅助聚焦等直流控制电压。 触发脉冲形成电路:输出阶梯波信号发生器电路所需的、与集电极扫描电压有着较为严 格的时间对应关系的触发脉冲,其频率为100Hz或200Hz。 阶梯信号发生器电路:产生每秒级数与输入的触发脉冲相对应的每次跃变值相等的阶梯 波信号。 阶梯形成选择电路:用来选择馈至阶梯放大器的阶梯波信号是正常的阶梯波信号,还是 具有一定占空比的脉冲阶梯波信号。 脉冲形成电路:产生与阶梯形成选择电路输出的脉冲阶梯波信号相对应的、占空比可调 的或固定的触发脉冲。 阶梯放大器:使输入的阶梯波信号成为阶梯极性可根据需要进行转换、阶梯波起始电平 可调、而且不受负载变化影响的恒定阶梯电流或恒定阶梯电压。 集电极电源:是一个电压值可以连续调整、极性可以变换的工频全波整流电路,作为扫 描电压源。由于集电极电源输出端对地存在着分布电容,在测试时将会产生所谓电容性电 流,因而会引起测试误差,所以集电极电源一般还包括容性电流平衡电路。 X轴、Y 轴和阶梯作用开关:为了显示被测半导体器件的各种特性曲线,必须对基极阶 梯波、X轴和 Y 轴放大器等的接法和极性作相应的改变,这些均需通过转换各对应单元的 作用开关来实现。 X轴、Y 轴放大器:由于从被测半导体器件上检测出来的电信号较弱,需通过 X 轴、Y 轴电压放大器对信号进行放大,再加至示波管的 X轴、Y 轴偏转板上。 测试部分:用来满足测试时的不同要求而设置的测试装置。一般应具有各种不同的测试管座和引 出装置,被测器件测试状态的选择装置,显示被测器件A或B特性曲线的测试选择装置,被测器件上施 加的测试电压高于某一值时,若不接通测试保护装置仪器即无输出电压的测试安全装置等。 图示仪的主电源部分、高频高压电源、示波管控制显示部分与普通示波器原理基本相 同,可参看示波器的有关章节,本章从略。 922 阶梯信号发生器 阶梯信号发生器的功用,就是每当集电极电源扫描一次或改变一次扫描方向的时刻,把 一个分压的电流或电压电平,经阶梯放大器送到待测的半导体器件的相应端子,这些分压的 电平是以递增阶跃的形式产生的,两级之间的电流或电压差几乎相等。 形成阶梯信号的方法很多,一般可归纳为两类:波形合成法和积分电路法。 1波形合成法形成阶梯波 图92所示是波形合成法的一个具体例子,即利用三个方波,它们的重复周期比为 T1∶ 182 T2∶T3=1∶2∶4,而幅度值也具有 V1∶V2∶V3=1∶2∶4的比例关系,那么三个方波相加 即可合成阶梯波形。 国产 QTl型图示仪、XJ4810型图示仪等仪器 中就是利用波形合成法来产生阶梯波电压的。随着 数字电路的广泛应用,图示仪中用波形合成法来产 生阶梯波的产品越来越多。美国泰克公司的 Tek576 型图示仪就 是 较 为 典 型 的 产 品, 其 电 路 如 图 93 所 示。 Tek576型图示仪的阶梯波发生器有三个主要组 成部分:计时线路、计数器、D?A 转换器。计时线 路产生负脉冲,它以集电极电源为参考,来决定阶 梯波发生器的输出速度和相位;计数器线路计测这 些脉冲的数目,并把计数的结果一一转换成数字编 码;D?A 转换器则 将 数 字 编 码 转 换 成 模 拟 电 流,模 拟电流在汇流节点上叠加,然后送至阶梯放大器。 (1) 计时线路 (图94) 变压器所产生的低频正弦波,就是计时线路的 定时源 (参看图93阶梯波发生器线路图)。变压器 T701、导向二极管 VD1、VD2 和 VD10、VD11、触发 信号发生器 D3A、D3B和 D3C、D3D协同工作,在 D22A 图92 阶梯波的合成法 的输入端产生低电平的脉冲。以 D3A、D3B为例,每 当变压器加于 VD1 的正极电平越过零点趋向负半周的时刻,VD1 截止而 VD2 导通。D3A的 一个输入端便保持在低电平上,而其另一个输入端被分压器 R4 和 R5 保持在高电平上,则 D3A的输出端处于高电平。D3A的输出端与 D3B的输入端相连,经 D3B倒相,将低电平送至 D22A的一个输入端,如此触发而形成的低电平输出延续下去,直到 C5 充电到分压器 R4 和 R5 所决定的高电平为止。当 VD1 的电压越过零点趋向正半周的时候,VD1 导通,VD2 截 止,D3A的两个输入端均处于高电平,于是输出变成低电平,同时 D3B的输出变成高电平, 这就是触发信号发生器的静态。触发信号发生器 D3C、D3D同 D3A、D3B一样工作,惟一的差 别是在 D3C的一个输入端 (9脚) 加一个低电平时,D3c便会受到抑制。 变压器 T701有中心抽头,两端的输出电压数值相等而相位相反,从而使两个触发信号发 生器的输出端交替产生低电平脉冲。由于与集电极电源的输出同相,所以在每一次集电极扫 描的起始端总有一个触发信号产生出来。“越零” 调节器调整触发信号发生器的触发电平。 按下 “正常速率” 按钮,触发信号发生器的低脉冲就送至 D22A的输出端,经过倒相,传 输到正常脉冲门 D22B,D22B的5脚在正常情况下维持高电平,若在它的另一个输入端加一高 电平,其输出端就会产生一个低电平。这个低电平加于 D22C就会产生一个高电平计时脉冲供 计数线路使用。假如电源频率是60Hz,那么在按下 “正常速率” 按钮时,计时脉冲的产生 速率 (即阶梯波发生器的速率) 就是120脉冲?s,相同于集电极电源的速率。 D22A输出的高电平脉冲也送至 VT23的基极,即延时线路的输入端。这个线路也按正常 183 速率产生计时脉冲,但要滞后一段时间,以每一个正常计时脉冲的起点算起,延时时间等于 正常脉冲之间的时距的一半。每当 D22A输出端产生一个高电平时,延时线路就被触发一次。 高电平使 VT23导通,从而使 VT30的基极电位降低,并使它截止。电容器 C26的一端电压向 下降落时,另一端就开始充电,一直充电到足够高的电压后,VT30再次导通。导通时,集 电极产生低电平,经过 C33和 R33微分,成为负值尖脉冲,加至倒相器 D33A的输入端。D33A 输入端的低电平导致其输出端处于高电平,这也就是加至 D22D输入端上的高电平延时脉冲。 半步延迟线路的延迟时间由 “延时” 调节器 R24控制,即控制 C26的充电时间。调整 R24时, 应当使延迟时间等于半步正峰阶梯 (约4167μs),因此延迟计时脉冲产生在集电极电源输出 的峰巅上。如果工作于50Hz,就要将开关 SW27置于50Hz档,将延迟时间扩展到5000μs。 计时线路有两路计时脉冲,一路是 D22A的输出,另一路是延迟线路的输出。把两种来源 的计时脉冲抑制一部分,就能得到几种不同的阶梯产生速率。有三个器件控制着计时脉冲在 线路中的传输,即触发振荡门 D20C、正峰脉冲门 D22B和延迟脉冲门 D22D。 按下 “正常速率” 按钮时,D3C的9脚保持高电平,触发信号发生器 D3D、D3C起作用。 另 外,高电平送至 D22B的5脚,来自 D22A的计时脉冲向 D22C的9脚传输,由于 D22D的12脚是 低电平,就抑制了延时脉冲。如果按下 “05×” 按钮,线路还是同上述正常运用一样工作, 只是 D20C的两个输入端都保持高电平,这就压低了 D3C的9脚,从而抑制触发信号发生器, 结果阶梯波发生器的速率变成正常值的一半。 对于60Hz的电源电压来说,就是 60级?s。按下 “2×” 按钮,高电平送至 D22D的 12 脚,延时计时脉冲可送至 D22C的10脚,在这种情况下,阶梯波发生器的速率是240级?s。当 “05×”、“2×” 按钮一齐按下时,D22B的5脚上为低电平,抑制正常计时脉冲,而延时计 时脉冲则向 D22C传输,在这种情况下,阶梯波发生器的速率是正常的,但各个阶梯与正常阶 梯不再同步,由延时线路造成延迟。 (2) 计数器 计时线路每产生一个计时脉冲,计数器就计数一次 (参阅图95)。计数器累计脉冲达 到一个预定的总数后就复位,然后重新开始计数。在此同时,将计数结果变换成一个四位二 进制编码,送至 D?A转换器。 P70是一个16分频计数器,其中 四 个 双 稳 态 线 路 的 全 部 输 出 都 要 加 以 利 用。 在 14 脚 加 入一个负脉冲,便能推动双稳态线路记 录 一 次。在 记 录 过 程 中,各 个 双 稳 线 路 按 1248 的 二进制编码来取高态和低态。高态代表1、2、4或8的出现,低态代表0,P70的12、9、8、 11脚分别代表1、2、4、8,倒相器把8脚和11脚接到 D72D,于是 P70的1248编码就变成 1244编码。P70一旦复位,它就恢复计零状态,全部输出端都是低电平。 产生一阶阶梯以后,计数器随时可以复位。“阶数 (簇数)” 开关决定计数器在第几个脉 冲上恢复原态。这个开关先调定的 P75的输入,待计数器记录的脉冲达到规定的数目,P70的 2脚、3脚上就会产生复位高电平。这个高电平来自复位触发器 P75的输出端。P75内部由四 个二输入或门和一个四输入与门组成。每个或门的一个输入端通过倒相器与改进计数器的一 个输出端相连接,另一个输入端与 “阶数” 开关相连接。当 P75的每一个或门都有一个输入 端 出现低电平的时候,与非门的四个输入电平全部都是低电平,于是P75输出端产生高电平 184 图93 Tek576型图示 185 仪阶梯发生器电路 186 图94 计时线路的逻辑图和脉冲图 187 图95 计数器电路图 复位脉冲,由此可见复位条件是 P75的每一个或门都至少有一个输入端为低电平。创造这种 条件的典型方法就是用 “阶数” 开关把某几个或门预先调低,计数器计数,直到没有预加低 电平的或门也从改进计数器输出端取得低电平为止。如果 P75没有预加低电平,在计数器达 到第十一步 (1+2+4+4=11) 的时候,改进计数器的输出电平均变低,它也会复位。P75 输出的高电平经 D33B倒相,再经 D69C倒相,同时在 P70的2脚产生复位高电平,D71D和 C81保 持复位高电平信号,使它持续足够长的时间,以便保证计数器复位。 计时脉冲门 D69A的2脚状态决定计时脉冲能否送至 P70的14脚。按下 “重复阶梯” 按 钮,低电平加于 D69B的5脚,使 D69A的2脚始终处于高电位,在这种状态下,加于 D69A的1 脚的全部计时脉冲都被倒相,变成计数器的触发信号。按下 “单一阶梯” 按钮,便有短暂低 电平送至 D69B的5脚,此时 C78充电,5脚电平逐渐升高,这个瞬时低电平推动 D69A,直到 产生一簇阶梯为止。当复位高电平置于 D69B的4脚时,D69A的2脚产生低电平,这就制止了 188 计时脉冲流过 D69A。 (3) 数字模拟 (A?D) 转换器 改进计数器的输出端接至数字模拟转换器。这个线路的功能是将改进计数器的输出编码 转换成模拟电流,然后送至阶梯放大器的输入端。数字模拟转换器由一组成对的定流电阻和 四组导向二极管组成 (如图96所示)。 图96 A?D转换器简化电路 A?D转换器传导恒定的电流,其数值取决于定流电阻对 R54R55、R57R58、R60R61、 R63R64。每一对电阻所传导的都是分压量,即改进计数代码的倍数,R54R55传导一个电流 增量,R57R58传导二倍电流增量,R60R61传导四倍电流增量,R63R64传导四倍电流增量, 相继出现的每一个电流增量都会在阶梯波发生器的输出端造成电流阶跃。 导向二极管决定四对电阻的电流在线路中的流向,二极管 VD70~VD73构成四对电阻与 改进计数器输出端之间的电流通路,如果某一个二极管所连接的改进计数器输出端处于低电 平,电流就会从中流通。 二极管 VD54、VD57、VD60、VD63构成另一组电流渠道,这四个二极管的电流通路位于 汇流节点 VD82负极和各对定流电阻之间,这四条通路引导阶跃电流通向阶梯放大器的输入 189 端。每当改进计数器的某一个输出端出现高电平的时候,与它相连的导向二极管就会截止, 而相关电阻对所传导的电流就会送到阶梯放大器的输入端去。 向阶梯放大器输送的电流是改进计数器输出的函数。从改进计数器的高电位输出端追溯 到相关的电阻时,将它们所传导的电流叠加起来,就是上述电流的量值。例如,假设计数器记 录了五次计数,高电平就会出现在 VD70和 VD72的阴极,送至阶梯放大器的电流就是 R54R55 所传导的一倍增量加上 R60R61所传导的四倍增量,总计五培增量。这样计数器所记录的五 次计数变成了模拟电流的五倍增量。设计1244改进编码的原因,就是要在计数器每记录一 个计时脉冲时,让阶 梯 放 大 器 输 入 端 的 阶 跃 电 流 恰 好 增 加 一 个 增 量,直 到 计 数 器 复 位 为 止。 “零阶”调节器 RP97可以调整 VD82和 VD83的静态电流,从而控制零偏移情况下的零阶电平。 按下阶梯倍乘的 “01×” 按钮,导向二极管 VD66VD69就变成承袭 R55、R58、R61、 R64的电流通路 (此时 R55、R58、R61、R64反向偏置)。新的通路将可供输出的电流削减10 倍,结果是阶梯波发生器输出端的阶梯幅度下降到正常值的十分之一。 第四组导向二极管 VD41~VD44仅仅用于阶梯波发生器的脉冲状态。除此之外,它们的 负极都保持高电平,对于送至阶梯波发生器的电流没有影响。 汇流节点把来自 R95的电流同 A?D转换器的电流叠加起来。零阶电平可以上下偏移,既 可以与阶梯上升的方同相同,也可以相反,全由流过 R95的直流电流来决定。如需按照阶梯 的方向进行偏移,就可按下 “顺向偏移” 按钮。这时利用 “偏移倍乘” 控制器,可以把正电 压加到 VT90的基极,从而提高 VT93的发射极电压,形成顺向流过 R95的电流。如按下 “逆 向偏移”,就能用 “偏移倍乘” 控制器将负压加到 VT90的基极,形成逆向流过 R95的电流。 “逆向偏移” 调节器 RP85和 “顺向偏移” 调节器 RP86调整阶梯的偏移电平,分别在按下 “逆 向偏移” 和 “顺向偏移” 按钮时起作用。 2积分法形成阶梯波 图97是利用积分电路形成阶梯波电压的原理图。 图97 利用积分电路形成阶梯波电压 当输入幅度较大的负脉冲 Vm 时,二极管 VD2 导通,C1 和 C2 即被很快充电,C2 两端 的电压即为本电路的输出电压 Vo 的第一次增量 ΔVo1,其值为 ΔVo1 = C1C+1C2Vm (91) 在充电过程中,VVD2总是为负值而保持 VD2 的导通,但 Vi 从峰值略有下降,则 VVD2 即变成正值 (因为 VD2 的管压降很小,一般都在07V 左右),致使 VD2 截止。当 Vi 继 续下降,使 VVD1变为正值且超过 VD1 的导通电压时,VD1 就导通,那时 C1 将通过 VD1 放 电。当 Vi 降为零值时,C1 上的电荷基本释放完毕,由于 VD2 已完全截止,则电容 C2 上 的电压因其电荷无释放通路被保持为 ΔVo1。当第二个负脉冲来到时,C1 和 C2 又被充电, 190 由于所加的负脉冲前后沿都较陡峭,故 C2 两端电压在原有基础上又产生一次跃变,由于 C2 上仍保留着第一次的跃变电压值,所以 ΔVo2 =(Vm -ΔVo1)C1C+1C2 ( ) = Vm 1-C1C+1C2 C1 C1 +C2 (92) 这样,每次负脉冲到来时,C2 每次被充电,两端电压也上升一级,故 C2 两端电压为 阶梯波形。 据此,可写出第n 级阶梯的 ΔVon: ( ) ΔVon = Vm 1-C1C+1C2 C n-1 1 C1 +C2 (93) ( ) 由于 1-C1C+1C2 <1,所以 n 越大,ΔVon 就越小,造成 ΔVo1>ΔVo2>…>ΔVon, 阶梯波线性度变差。为了保证阶梯波有良好的线性,一般均采用密勒积分电路和自举电路来 改善阶梯的线性。 (1) 用密勒积分电路改善阶梯波线性 图98所示即为密勒积分电路原理图。它实质上是一个具有电容并联负反馈的高开环放 大倍数的直流放大器,其输入电阻 Ri 很高,输出电阻 Ro 则较低。 图98 密勒积分电路 a) 积分电路 b) 等效电路 当第一个负脉冲到来时,C1、C2 被充电,A 点电位下降,通过倒相放大器,输出端 O 点电位上升,而 O点电位的变化又经反馈电容 C2 抑制 A 点电位下降,结果使 A 点负电位 下降很少,即ΔVA1非常小。ΔVo1=-AUΔVA1,由于 AU 很大,故ΔVo1也较大。所以 A 点 电位的变化与 O点相比可认为 A点电位基本不变,即 ΔVA1≈0。由于电路的时间常数相对 Vm 的周期而言很小,充电过程是在瞬间完成的。当第一个负脉冲结束后,C1 即经 VD1 放 191 电,且在第二个负脉冲到来之前早已放电完毕。C2 上的电荷近似于无放电通路,所以当第 二个负脉冲到来时,输出端 O点电位又升高一级 ΔVo2。 密勒效应告诉我们,跨接在放大器输入端 A 和输出端 O 之间的电容 C2 对输入端的影 响,相当于输入端存在一个电容 C2′,而 C2′的容量是 C2 的 (l+AU) 倍,所以利用密勒效 应可把图98a用图98b来等效,由于放大器的增益 AU 很大,故等效电容 C2′也很大。 ΔVo1= AUΔVA1 = AU C1C+1C2Vm = AU C1 +(1C+1AU)C2Vm 因为 (1+AU)C2C1,所以 (94) ΔVo1 ≈ CC12Vm 第二个负脉冲到来时,“O” 点电位又升高一级 ΔVo2: (95) ΔVo2 = AUΔVA2 = AU(Vm -ΔVA1)C1C+1C2 如前所述,由于负反馈的作用,ΔVA1≈0,所以 (96) ΔVo2 = AU C1C+1C2Vm ≈ CC12Vm 由式 (97) 可推广得出 ΔVo1 ≈ ΔVo2 ≈ … ≈ ΔVon 即输出的阶梯电压与阶梯级数有着较好的线性关系。 (97) (98) 国内有近三十年生产历史的JT1型图示仪,就是利用密勒积分电路来改善阶梯波线性 的。由于是电子管线路,在此就不作详细的介绍了。 (2) 用自举电路改善阶梯波线性 将图98电路中的二极管 VD1 和 VD2 的极性反接,成为图99a所示电路。此时同样在 输入负脉冲的情况下,它输出的阶梯波极性却是正的。图99b是改善线性的自举电路的原 理图。当第二个负脉冲到来时,C1 两端所充的电压不再是 Vm,而是 Vm+VP=Vm+Vo。 因为 AU=1,Vo=VP,随着阶梯级数的增长,VP 也随之增长,从而保证每个阶梯增量近 似为常数。 图99 自举电路 a) 二极管极性反接的电路 b) 改善线性的自举电路 图910是一个用自举电路来改善阶梯线性的实用电路。 图910 阶梯信号发生器 193 图910中,阶梯波信号发生器电路由三部分组成:触发脉冲形成电路、阶梯波形成电 路和释抑电路。触发脉冲形成电路是为了产生和集电极扫描电源有严格相位关系的触发脉 冲。阶梯波形成电路和释抑电路是在触发脉冲的作用下,产生阶梯级数在0~10级间可调、 线性良好的正极性阶梯波。 触发脉冲形成电路由 VT41、VT42、VD43~VD46、VT47~VT411组成。来自电源变压 器的具有中心抽头的2×50V 电压,经过 C41、RP41、C42和 RP42组成的移相网络,分别送 至分负载倒相器 VT41和 VT42的基极。调节 RP41可使输入信号与集电极扫描电源同相。调 节 RP42可使输入信号与上述信号的相位相差90°。这样,在 VT41和 VT42的集电极与发射极 两个相同阻值的负载上,能分别输出幅度相同、相位相反的信号,并分别经 VD43、VD44、 VD45、VD46送至脉冲形成器 VT47和 VT48。在开关S41的作用下,于 VT49的基极处获得三 种形式:100(0°)、200、100(90°) 的脉冲。VT49是射极跟随器,起 隔 离 作 用。VT410、 VT411组成直流耦合差分放大器,具有良好的稳定自身静态工作点的能力。VT411的集电极 电阻中增设了热敏电阻 RT422,当环境温度发生变化时,确保 VT411的集电极电位基本不 变,从而触发脉冲的电平和幅度将保持基本不变,使经阶梯波形成电路所产生的阶梯波有良 好的幅度稳定性。RP43用于改变 VT410和 VT411公共射极电流的数值,起到调整阶梯幅度的 作用。 阶梯波形成电路由 VD413、VD414、VT415~VT418、VS419组成。C411、C412分别相当 于图99中的 C1 和 C2,VD413、VD414分别相当于 VD1 和 VD2。二极管 VD413的正端接至 VT418射极跟随器的输出端,其目的就在于实现 “自举”,即将输出端的正阶梯波与输入端 的触发脉冲相叠加。 VT415、VT416和 VT418组成复合射极跟随器。它们的射极电阻数值都较大,复合射极跟 随器的等效电流放大系数又与三只晶体管的电流放大系数的乘积成正比,故它具有极高的输 入阻抗,这对保证 C412两端形成的阶梯波电压得到保持是十分必要的。C412输出的阶梯波 级数最多可达10级,幅值达50V。 为适应从最低阶梯到最高阶梯的变化,要求复合射极跟随器具有足够大的动态范围,因 此复合射极跟随器的集电极供电方式也采用自举电路。在线路中,VT417的发射极电位即是 复合跟随器的供电电压。由于 VT417的基极通过稳压管 VS419与输出端相连,这样,随着 Vo 升高,VT417的发射极电位也自行升高,即供电电压随着输出电压的逐级升高而自行增加, 使得复合射极跟随器的 Vce基本上不随输入信号变化而变化,确保了复合射极跟随器具有最 佳的跟随特性。 为了使阶梯波形成电路输出的阶梯波的级数可调,释抑电路的设置是必不可少的。它是 由 VT420、VD421和释抑电容 C415所组成。随着输出的阶梯波的上升,C415跟随着被充电, 其电位逐渐上升。当 C415两端的电压达到施密特电路的接通电平时,电路立刻会发生翻转, 即 VT423从截止到导通,VT424则从导通到截止。VT424集电极变为高电平,此高电平经射极 跟随器 VT425去控制与 C412并联的开关管 VT426导通,从而使 C412通过 VT426迅速放电,使 输出阶梯波电压降至起始电位。释抑电容 C415经一段放电时间后,其两端电压降至施密特 电路的断开电 平, 这 时 施 密 特 电 路 又 翻 转,VT426 开 关 管 复 又 截 止, 以 待 形 成 新 的 阶 梯 波 194 形。调节 RP45可改变 VT424的基极电位,调节施密特电路的开通电平,从而达到调节阶梯 波级数的目的。 RP44和 R431、R432构成一个分压器。RP44可调节送入射极跟随器 VT420的阶梯波电压 值,控制 VT416输出的阶梯波电压值与 VT420射极对释抑电容充电的阶梯波电压值的比例。 因此,RP43和 RP44相互配合调节,就可使阶梯波信号发生器输出的阶梯波的幅度和最大级 数符合要求。 S42用来 选 择 阶 梯 波 信 号 发 生 器 的 工 作 方 式。当 S42 置 于 “关” 时,VT422 发 射 极 接 +12V电源电压,予以导通,VT423也始终保持导通状态,在 C412上就无法形成阶梯。当 S42置“单次”时,电路仍保持上述状态,直至按钮开关 S43的作用,有一个负脉冲通过 C415接 入,使施密特电路翻转,阶梯形成电路工作,待一簇阶梯形成后,电路又恢复前述状态。 923 阶梯放大器 在进行半导体器件的测试时,要求阶梯电流能变换极性并可调节其数值的大小。当选定 某一档级的阶梯电流时,要求它在测试过程中保持恒定,不受被测器件输入电阻的影响,也 不受内部反馈的影响,即要求有一个阶梯电流的恒流源。阶梯放大器就是因阶梯波信号发生 器无法满足这些要求而设置的。 阶梯放大器实际上是一个电压电流转换电路。要求放大器的输出电流Io 正比于输入电 压 Vi,而与负载无关。当输入阶梯波电压时,输出即为阶梯波电流,阶梯电流的幅值 (每 级电流增量) 均应与负载无关。 图911是一种电压电流转换电路形式的阶梯放大器的简图。主放大器 A1 为对称输入 (差分输入) 单端输出的运算放大器。接在反馈电路中的放大器 A2 为电压跟随器形式,即 V3=Vo′。由于放大器 A2 的输入阻抗很高,实际上起着缓冲级的作用。 图911 电压电流转换电路 195 根据理论分析,其输出电压 Vo 为 ( ) Vo =-RR21Vi+ 1+ R2 R1 V2 而 (99) V2 =R1′R+1′R2′V3 =R1′R+1′R2′Vo′= R1′RLIo R1′+R2′ (910) 则 ( ) Vo =-RR21Vi+ 1+ R2 R1 R1′RLIo R1′+R2′ 从输出电路可得出 (将放大器 A2 的输入阻抗近似看作无穷大) Vo =(R3 +RL)Io 于是 (911) (912) Io = R2(R1R1′+R1R2′)Vi R1[RL(R1′R2 -R1R2′)-R3(R1R1′+R1R2′)] 当选取 R1=R1′,R2=R2′时,则有 (913) Io =- R2Vi R1R3 (914) 由此可得出,Io 正比于输入电压 Vi,反比于电阻 R3,而与负载 RL 无关。式中负号表 示输入电压 Vi 为正极性阶梯波时,输出电流为负阶梯波。当 R1 和 R2 为定值时,可借助 改变 R3 的数值来满足不同被测器件对阶梯电流的不同幅度要求。 图912是 Tek576型图示仪的阶梯放大器线路。它将来自阶梯波发生器的输出转换成各 种幅度的电流阶梯或电压阶梯,供待测器件使用。图913中 “幅度” 开关决定阶梯的输出 幅度。本线路主要包括一级电流电压转换器、一级倒相器以及一级差动输出放大器。输出 放大器有两种工作形式,一种产生电流阶梯,一种产生电压阶梯。 Tek576型图示仪阶梯波发生器的输出是每阶350μA、1~10级的电流阶梯,外加1~10 级的偏移。该输出送至 VT105A的基极,VT105A和 VT105B构成差分放大器。VT105A的基极电流 减小,VT105B的集电极电流就上升,于是 VT110的基极电压提高。这样 VT105A基极的每一级 电流都在 VT110的基极形成一级正压,该电压被 VT110放大倒相后,输出的一部分又通过 R113、R112和 C112传输,在 VT105A基极上形成负反馈。R113调整电流电压转换放大器 VT105 和 VT110的反馈增益,使 VT110集电极的输出成为每级05V 的递降阶梯。 VF117和 VT122的用途是延缓最后一组电平到零价电平的瞬变过程,以免对待测器件造成 损坏。当 VT110集电极输出端产生了预定数目的阶梯级数以后,就会发生迅速的瞬变而回到 起点。这个瞬时变化若加到晶体管基极,便将迅速予以截止。如果晶体管在集电极处于高压 的情况下按这种方式来截止,集电极电源变压器就会产生感应高压急冲,很可能损坏被测器 件。 当继电器 K101A处于 “-” 位时,VT110的输出需通过倒相线路 VT130A、VT130B和 VT133。 倒相器的工作原理同上述电流电压转换放大器。由于输入电阻 R125和反馈电阻 R137相等, 所以倒相器的增益为1,“倒相零点” 调节器 RP127确定 VT130A的基极电压,调整的目的是使 196 图912 Tek576型图示 197 仪阶梯放大器电路 图913 Tek576型图示仪阶梯发生器开关接线图 199 倒相阶梯波和非倒相阶梯波的初始电平相同。 继电器 K101A的位置是由集电极电源 “极性” 开关、阶梯极性 “翻转” 按钮、终端选择 开关会同阶梯波发生器极性逻辑线路共同控制的。D33C和 D33D,D72A、D72B和 D72C构成复合 门,其真值表见表91。D72B的6脚控制 VT101的通断,从而使继电器 K101A在 “+”、“-” 之间转换。如果 D72B的输出端出现高电平,K101A变到 “-” 位;出现低电平,K101A就保持 “+” 态。由表91可知,D33C、D33D和D72A、D72C的输入是由接线端 T和S的电平来控制的。 将终端选择开关拨至发射极端子,接通 “阶梯发生器” 的位置,对于 T 处电平的影响是同 按下极性 “翻转” 按钮一样的。但如果极性 “翻转” 按钮已经按下,终端选择开关对 T 点 的电平就不再发生影响。 表91 阶梯极性逻辑     集电极电源极性 极 性 翻 转 AC 按下 AC 不按 接线端 TS 高低 高高 D72B第6脚 高 低 集电极电源极性 极 性 翻 转 +(NPN) -(PNP) 不按 按下 接线端 TS 高高 低低 D72B第6脚 低 低 +(NPN) 按下 高低 高 -(PNP) 不按 低高 高 阶梯波输出放大器将电流电压转换放大器 (或倒相器) 的输出信号改变成电流阶梯或 电压阶梯,其幅度由 “幅度” 开关控制。输出放大器基本上是一级差分放大器 (差分比较 器),两个输入端均有反馈。放大器的负输入端控制输出阶梯波的幅度,放大器的正输入端 则起调整电流的作用,或者提供一个恒定的工作电平。为取得电流阶梯 (参看图914a) 应 调节差分放大器负侧的增益,使每级1V 的输出送至串联的可变电阻即定流电阻上,改变定 流电阻的阻值就能变动输出阶梯电流的每级电流值。如需取得电压阶梯波,就要改变负输入 端的输入电阻 (定流电阻),借以改变这一侧的增益,从而得到各种幅度的电压阶梯波。 在电流型输出时,差分比较器 VT150负侧的输入信号需通过定压电阻 R141~R145才能到 达 VT150A的基极。这时,不论 “幅度” 开关在什么位置,输入电阻均取为301kΩ(R141)。 05V?级的阶梯波通过 R141送至 VT150A予以倒相,经 VT164再一次倒相,然后阶梯波通过射 极跟随器 VT169向 VT172和 VT176的基极传输。随着继电器 K102B和 K102C所取位置的不同,要 么 VT172和 VT180导通,要么 VT176和 VT184导通。K102B和 K102C处于 “+” 位 (递增阶梯输 出),导通的就是 VT176和 VT184,与此同时 VT172和 VT180截止。在这种情况下,VT176的输 入是递降的阶梯波,被 VT176倒相而成为递增阶梯,然后通过射极跟随器 VT184向50V 浮动 电源的负端传输。 当 K102B和 K102C处于 “-” 位,VT172和 VT180导通,而 VT176和 VT184截止,在这种情况 下,递降阶梯波加于50V 电源正端,并出现在定流电阻的输入端上。差分放大器负侧的输 出到达 K102B或 K102C以后,又通过反馈电阻 R194送回 VT150的基极,R194的阻值是604kΩ, 而输入电阻 R141是301kΩ,所以线路的反馈增益为2。对于每级05V 的输入来说,差分放 大器负侧的输出是每级的阶梯。零电平为地电位 (如阶梯波发生器线路中加了偏移,零级电 平在0~12V 之间)。 定流电阻的输出端通过待测器件接地。当每级1V 的电压阶梯波加到定流电阻输入端与 200 地之间时,就有电流阶梯波流过待测器件,“幅度” 开关 SW195以各种方式组合 R197~R216, 以控制每级阶梯电流的幅度。+1放大器由同相放大器 VF229A、恒流源 VT233和 VT226以及射 极跟随器 VT235和 VT241组成。在电流形式下,待测器件输入端的任何电压都通过电阻 R220 送至 VF229B的高阻栅极输入端,假如该变动使栅极输入电压有所上升,则 VF229A的漏极电压 将会相应提高,于是 VT235基极电压以及射极跟随器 VT241的基极电压均向上变动,这就带 动了 VF229A的栅极电压,使它同 VF229B的栅极电压相等。VF229A栅极电压的增量又通过反馈 电阻 R243和 R244送至 VT150B的基极,由此看到+1放大器将待测器件输入端的变化传送至 VT150B的基极。该增量又传输到定流电阻输入端,以补偿待测器件输入端的电压变化,从而 保持定流电阻两端的电位差为每级1V。“幅度平衡”RP224调整同相放大器 VF229的直流平 衡,同时也能补偿 VT150的不平衡。“输出阻抗” 调节器 RP243调整阶梯放大器的输出阻抗。 继电器 K101B以及 VT248或 VT250的作用,是在使用逆向偏移时限制可能加到待测器件上 的反向电压。例如选用递增阶梯波时,K101B处于 “+” 位,按下 “逆向” 按钮,顺时针转 动 “偏移倍率” 控制器,就会有负偏移送至待测器件。在这种情况下,阶梯放大器有着推动 负电流的趋势,待测器件输入端 (VF229B栅极) 的电压要向下驱动。该电压下降到-2V 左 右,VT248就开始导通,使 VT150A基极的递降阶梯受到限制,从而限制放大器的输出 (即待 测器件的输入) 为-2V。 为取得恒定的电流阶梯,定流电阻两端的电位差应当保持每级1V 。但是输出端的电压 可能发生相当于待测器件流通电压的变化,这就改变了阶梯放大器每级输出的电流。为补偿 这个影响,需将待测器件输入端的电压变化通过+1放大器传输到差分放大器的正侧,对其 予以调整,使定流电阻输入端的电压也朝着输出端流通电压方向来变动,从而抵消其影响。 电压 形 式 的 阶 梯 放 大 器 也 是 用 类 似 的 方 法 输 出 电 压 阶 梯 波(见 图914b),它 通 过 改 变 图914 阶梯放大器框图 a) 电流型 b) 电压型 201 定压电阻 取 得 不 同 的 幅 度。将 差 分 放 大 器 正 侧 的 反 馈 切 断,+1 放 大 器 的 输 入 端 接 地, VT150B的基极基本上 也 是 地 电 位。由 于 +1 放 大 器 的 输 出 端 处 于 地 电 平, 反 向 电 压 限 制 器 VT248或 VT250也就失去作用。在电压输出时,每级05V 的阶梯波通过定压电阻 R141~R145 传输,反馈电阻 R194不变。改变输入电阻,差分放大器左侧的反馈增益就会变化,这就改 变了电压阶梯的幅度。 924 脉冲阶梯形成电路 对大功率器件的测试和对器件极限参数的测试,由于所加电流较大,被测器件可能产生 结温,结温的升高会给测量带来误差。为了解决这个问题,采用了脉冲图示方法。脉冲图示 方法就是被测器件在测试时,工作在脉冲状态,导电时间缩短,承受的平均耗散功率减小, 保证了测试的准确性。 实现脉冲图示的方法很多,采用脉冲阶梯波来实现脉冲图示测量是最常用的方法之一。 图915表明了用脉冲阶梯波测试半导体器件时,集电极电源与脉冲阶梯之间的相位关系图。 图915a所示是当脉冲阶梯对应于集电极 扫描正弦半波的峰点,二者相位相差90°,即 阶梯波发生器 “级?s” 开关置于100(90°)时, 在图示仪 荧 光 屏 上 所 显 示 的 被 测 器 件 的 输 出 特性曲线,图中的虚线部分实际上是看不到 的 (Tek576型图示仪由于具有存储功能,虚 线部分也能在荧光屏上显示),而只能看到负 载线 一 侧 的 各 点。将 脉 冲 阶 梯 宽 度 调 大 时, 特性曲线的显示部分将向左展宽,如图915b 所示。如果 脉 冲 阶 梯 波 与 集 电 极 扫 描 的 正 弦 半波的相位差为 “0°”,即阶梯波发生器 “级? s” 开关置于100(0°)时,则被测器件输出特性 曲线的显示部分从原点开始向右展宽,如图 915c所 示。 同 理, 在 200 级?s 时, 则 如 图 915d所示,被测器件输出特性曲线的显示部 分从两侧向中间展宽。脉冲阶梯波的占空比 为 tD τ ×100% (915) 一般占空比在10%~40%范围内连续可 调 (Tek576 型图示仪脉冲阶梯是不可调的, tD 固定为 300μs或 80μs),显然当占空比为 图915 集电极电源与脉冲阶梯之间的相位关系 a)100(90°)波形 b)100(90°)展宽波形 100%时,脉冲阶梯波变成正常阶梯波;当占 c)100(0°)波形 d)200波形 空比为50%时,可在图示仪荧光屏上观察到 被测器件特性曲线的全貌。 图916是一个实用的占空比可调的脉冲阶梯波形电路,它由宽度可调脉冲发生器和开 202 关管两部分组成。 图916 脉冲阶梯波形集成电路 宽度可调脉冲发生器用来产生与阶梯波同步的、宽度可调的矩形脉冲,以便控制开关管 VT58的工作。它主要由触发器和脉宽调节电路组成。由 VT54和 VT55组成的单稳态触发电 路,在稳态时 (无触发输入),VT54导通,VT55截止。VT55的集电极输出高电平,开关管 VT58导通。这样,由 VT511组成的射极跟随器的输出被 VT58短路,由 VT511基极输入的阶 梯波电压 无 法 通 过 VT511 输 送 出 去。 在 此 同 时, 由 于 VT55 集 电 极 处 于 高 电 平 (接 近 +12V),二极管 VD52截止,电容 C51被+12V 电源充电,其两端电压可充到+10V 左右, 极性上正下负。来自阶梯波发生器的触发脉冲通过二极管 VD56加至 VT55的基极时,单稳态 触发器翻转,VT55导 通,VT54 截 止。VT55 的 集 电 极 电 位 由 高 电 平 变 成 低 电 平, 使 二 极 管 VD52导通,VD52的正极接近地电位。由于电容器 C51两端的电压不能突变,并作为反向偏 压加于二极管 VD53使之截止,从而 VT54保持截止,VT55保持导通。随着电容器 C51通过 R53、R54、RP52、RP53放电,二极管 VD53正极电压逐渐上升。当上升到 +2V 左 右 时, VD53重新导通,从而使触发器又返回原态,电路又处于稳定状态。在 VT55导通期间,因 VT55集电极是低电平,从而使开关管截止,阶梯波电压的一部分通过 VT511、VT512射极跟 随器输出到阶梯放大器输入端,形成脉冲阶梯。 综上所述,由 VT54和 VT55组成的单稳态触发电路,其输出脉冲周期决定于阶梯发生器 的外来触发脉冲的周期,而脉冲宽度决定于电路中 R53、R54、RP52、RP53和 C51组成的 RC 参数。因此,调节电位器 RP51就可调节脉冲宽度,起到调节占空比的作用,所以称它 为宽度可调脉冲发生器。另外,电位器是带开关的,当 VT54基极不处于接地状态时,脉冲 阶梯形成电路工作在 “脉冲阶梯波” 工作状态。来自阶梯波形成电路的连续阶梯波经 VT511 203 基极输入,即可在 VT512的发射极输出占空比可调的脉冲阶梯到阶梯放大器的输入端。反 之,由于 RP51开关的作用,VT54的基极接地,则 VT54截止,VT55导通,开关管 VT58始终 截止,那么在 VT512发射极输出的就是 VT511基极输入的连续阶梯波。 925 Y轴、X轴放大器 在图示仪中,Y 轴、X轴放大器是用来放大被测管的 Y 轴取样信号和 X 轴取样信号的。 一般情况,Y 轴放大器和 X 轴放大器的电路程式是相同的,只是由于示波管本身 Y 轴和 X 轴偏转灵敏度的不同,致使两者的放大倍数不同。 图917是使用较广的 Y 轴、X轴放大器电路,它是一个具有二组差分输入和一组差分 输出的负反馈放大器。一组差分输入为高阻抗,有显示开关 “电流?度” 或 “电压?度” 接 入;另一组差分输入为低阻抗,有位移控制接入。差分输出接至示波管的偏转板,以便在示 波管上得到显示。 为了方便地介绍电路的基本原理,将 Y 轴放大器改为简图,如图918所示。 偏转放大器通过负载电阻 RL1、RL2上的电流变化来造成示波管偏转之间电压的变化。 负载电阻上的电流IL1和IL2用两个方式进行控制,差分电流IS 和位移电流IP,当在场效应 晶体管 VF1A和 VF1B的高阻栅极输入端加入信号,差分电流都流过源极耦合电阻 RS,位移 电流IP1、IP2由 VT2A、VT2B发射极与-100V 电源之间的电阻来决定。 负载电流与放大器其他电流关系如下: IL =Ip-(ID +IS) (916) 式中 IL———放大器负载电流; Ip———来自恒流源的位移电流; ID———场效应晶体管漏极电流; IS———差分电流。 上述等式说明了负载电流取决于差分电流IS 和位移电流IP 之间的相互作用。 为了理解该电路的工作原理,首先假定放大器处于平衡状态,两个位移电流相等,即 IP1=IP2;两个高阻输入之间没有电位差,即IS=0,在这种情况下,放大器每一边负载电 流均等于IL0,此时式 (916) 变为 IL0 =IL1 =IL2 =IP1 -ID =IP2 -ID (917) 为了说明高阻输入对负载电流的影响,假定将一电位差加到 VF1A和 VF1B栅极,使 VF1A 栅极更正,这个电位差引起差分电流IS 通过耦合电阻 RS。由于这附加电流IS 流过 VF1A, 需要减少 VT2A电流以保持漏极电流不变,这样流过 VT2A的电流减少到ID-IS,由于位移 电流IP1也是不变的,这就多出了IS,它使 VT5 导通,负载电流IL1增加,此时IL1=IL0+ IS。在放大器的另一边,通过 VT2B的电流增加到ID+IS,它通过 VT6 和负载电阻 RL2把负 载电流减少到IL2=IL0-IS。从以上分析可以看出,在两个高阻抗输入之间任一电位差便引 起负载电流的变化,从而引起偏转板之间电位的变化。 为了说明位移电流对负载电流的影响,假定在高阻抗输入端上电压相等 (即IS=0), 位移电流不等 (即IP1≠IP2),从式 (916) 求出负载电流的等式,并将两式相减可得 图917 X、Y轴放大器 205 图918 Y轴放大器简图 IL1 -IL2 =IP1 -IP2 (918) 从式 (918) 中可看到,负载电流之差等于两移位电流之差,从而引起示波管偏转板之 间的电压。 以上说明了偏转板之间的电位是受加在高阻抗输入上的电压和加在低阻抗输入上的电流 这两个因素来控制的。 整个放大器是电流负反馈放大器,假定 VF1A的漏极电流ID 由于IS、IP 而增加,ID 的 增加使漏极电压变负,使 VT3 通过更多电流,引起 VT5 通过更多电流,VT5 通过电流的增 加减少了通过 VT2A的电流,使漏极电流减少到它正常不变的值。 偏转放大器的增益采用两种方法进行调节。总增益用改变负载电阻 RL1和 RL2来控制, 调节负载电阻将改变高阻抗输入的增益 (信号的增益),也影响位移电流的增益,改变源极 耦合电阻 RS,仅能改变高阻抗输入的增益,改变 VT2A发射极与-100V 之间的电阻仅能改 变位移电流。 如图917所示,在 Y 轴偏转放大器的实际电路中,RP110A、RP110B分别相当于负载电 阻 RL1、RL2,由 R13、R14、RP11、RP12、RP13组成的 RS,改变 RS 即能按需要使增益按 1、2、5方式改变。采用 RP16及 R112来改变位移电流使其作上下位移,为了满足 NPN、 PNP测试的要求,通过 R19、RP14、R110、RP15来改变位移电流使其基线从第一象限转换 到第三象限,RP17、RP18、RP19则用于平衡差分管两边的电流,使其在灵敏度改变时光点 基本不变。 RP19为电路中心平衡电位器,通过 R130被接入,其灵敏度提高一倍,即×05。 在 X轴偏转放大器的实际电路中,RP1110A、RP1110B分别相当于负载电阻 RL1、RL2,由 R1103、R1104、RP1101、RP1102、RP1111组成的 RS,改变 RS 即能按需要使增益按l、2、5方 式改变。采用 RP1106及 R1112来改变位移电流使其作上下位移,为了满足 NPN、PNP测试的 要求,通过 R1109、RP1104、R1110、RP1105来改变位移电流使其基线从第一象限转换到第三 象限,RP1107、RP1108、RP1109则用 于 平 衡 差 分 管 两 边 的 电 流, 使 其 在 灵 敏 度 改 变 时 光 点 基 206 本不变。 926 集电极电源 图919是图示仪基本组成框图。从图中可以看出,图示仪需要两个源信号,一个是阶 梯波,另一个是集电极电源。为了能在屏幕上显示出被测器件稳定的、不失真的特性曲线, 要求集电极扫描电压和阶梯波电流之间必须保持严格的同步关系。 图 920 给出了 阶 梯 波 为 100(0°) 时 的 情 况。从 图 中 可知,集电极和Ib 之间的时 间关系具有以下两个特点: 1) 阶梯波电流的重复周 期 TS 为扫描电压 Vce重复周 期 T 的整数倍,即 TS=nT, 一般 n=0~11(JT1型图示 仪n=5~13,Tek576型图示 仪n=2~11,QT1A 型图示 图919 图示仪基本组成框图 仪 n=8)。图920中以 n=4为例。 2) 阶梯波的阶跃时间发生在 Vce=0的时刻,阶梯每阶跃一级,Ib增加 ΔIb。图中以 ΔIb=20μA 为例。 图920 集电极电源与阶梯波电流之间的时间关系 a) 集电极扫描电压波形 b) 阶梯波电流波形 c) 显示的特性曲线 下面简述在图示仪示波管荧光屏上被测半导体器件的特性曲线的显示过程。 在第一个扫描周期内 (Ib=0,正程),即描绘出一条Ib=0的输出特性曲线。当 Vce从 Vm→0(逆程) 时,电子射线沿正程轨迹以相反的方向回到原点。当第二个扫描周期开始 时,基极电流跳到Ib=20μA,Ic 亦相应上升,则又可描绘一条Ib=20μA 的输出特性曲线。 以此类推,在示波管荧光屏上描绘出四条输出特性曲线。当第五个扫描周期开始,正好一个 阶梯波周期结束,Ib 从60μA跃变为0,从而又开始第二次重复上述过程。如此重复,就可 207 在图示仪示波管荧光屏上观察到稳定显示的被测半导体器件的特性曲线。从特性曲线的显示 过程可更直观地知道,当脉冲阶梯的占空比为50%时,即可在荧光屏上显示被测半导体器 件的全貌。 集电极电源的种类很多,其输出波形有正弦波 (全波、半波)、三角波、脉冲等。取得 集电极电源最简便的方法就是采用50Hz市电的全波整流,这种方法能非常方便地提供所要 求的大电流,利用自耦变压器能够极为简单地实现输出电压的调整。另外,全波整流后的集 电极电源电压的频 率 为 100Hz, 该 频 率 对 屏 幕 显 示 虽 略 感 闪 烁, 但 不 明 显, 能 满 足 实 用 要 求。因此,国内外的图示仪大多都采用50Hz市电经全波整流获得集电极电源。 图921是集电极电源的线路图。 集电极电源主要由自耦变压器 T81、集电极变压器 T82及整流二极管 VD82~VD85组成。 来自主电源的110V、50Hz的电源,通过自耦变压器 T81调节后再送入集电极变压器 T82,使之改变其一次电压达到对称输出的微调作用,集电极电源变压器 T82具有四组对称 的绕组,其中心头 (C、T) 通过 Y 轴 “电流?度” 开关的取样电阻通地。通过输出电压的开 关 S81的选择可以使输出电压分别为 0~10V、0~50V、0~100V、0~500V (最大值)。经 过选择的50Hz电压经 VD82~VD85的全波整流,并经过功耗限制电阻送至被测管集电极, 考虑到各档电压所允许的电流,以 及 较 方 便 地 使 用 整 流 二 极 管, 因 此 在 0~10V、0~50V、 0~100V 三档采用 VD83、VD84大电流整流管,0~500V 一档采用 VD82、VD85高反压整流 二极管,并借助于密封继电器 K81、K82进行对整流二极管的正接与反接,达到测量的要求。 继电器的转换依靠PNP、NPN 开关控制相应继电器的绕组电压进行。 功耗限制电阻由 R87~R825组成,具有0~100kΩ共20档级。 为了分析、比较、测试半导体管的方便,仪器配有两组测试插孔,并采用测试选择开关 S85的控制,可分别测试 A、B或关,其中集电极电压考虑到较大的电流通过,采用了继电 器 K83、K84进行通断控制,其他均由开关S85直接进行控制。 S极电压通过S84的转换可接+12V 或-12V,也可接地,再通过 RP85电位器的分压接 至S极插孔,以便能在+12V 或-12V 之间进行调节。 由于集电极电流输出端对地的各种杂散电容的存在,如各种开关、功耗限制电阻、被测 管的输出电容等,都将形成电容性电流,在电流取样电阻上产生电压降,因而造成了测量上 的误差。为了尽量减小电容性电流,并使在最高灵敏度档级所得到电容性电流不致影响测量 的精度,由 VT86、VT87、R81~R86、R830、C82~C88组成了电容平衡射极输出电路。 VT86、VT87组成了复 合 连 接 的 射 极 跟 随 器, 用 以 平 衡 补 偿 不 希 望 有 的 一 切 电 容 性 电 流,R86、RP84、R85组成分压电路,R86的另一端则接至集电极变压器中心头 (C、T), 使通过分压器的脉动电流不经过电流取样电阻,RP84为电容平衡电位器,使来自集电极扫 描的脉动电压接至 VT87基极,再经二级跟随后经 C88接至集电极变压器 T82中心头,使电 容性电流得以平衡。 C84为平衡集电极变压器 T82二次两对称绕组的对地电容,RP82为平衡集电极变压器 T82二次两对称绕组的对地电阻,RP83则为50Hz平衡电位器。 为进一步降低分布电容电流及泄漏电流对测试的影响,采用了静电屏蔽,将可能对测试 产生 影 响 的 部 分(图921框 中 部 分)安 置 在 一 个 金 属 外 壳 里 。金 属 外 壳 与 集 电 极 电 源 变 图930 阶梯信号发生器电路图 209 压器二次绕组的中心端及二次屏蔽层相连,并且与仪器的接地点绝缘。这样,分布电容及泄 漏电阻的配置情况就发生了变化。原来对整机外壳的分布电容和泄漏电阻变成了对屏蔽层外 壳的分布电容和泄漏电阻。容性电流将不通过取样电阻,直接与集电极电源构成回路,起到 屏蔽、防止干扰的作用。 二极管电源也由自耦变压器二次输出端与高压变压器 T83一次相连而得到,当输出电压 接至3kV 时,此时高压变压器一次通过S81被接通,再经测试按钮连接在 T83的输出端便有 3kV 电压输出,由自耦变压器进行调节使其电压可在0~3kV 范围内进行调节。 由 R826~R829及 VD88组成的半波整流电路接至被测管的一端,R826~R829为四联限 流电阻,使变压器 T83及整流管 VD88不致电流击穿及过载,由 R31~R34组成的分压器使 其测量高压至 “电压?度” 开关进行 X 轴显示,二极管测量的另一端则与集电极变压器 T82 中心头 (C、T) 相连,并将电流通过取样电阻进行电流测量。 927 测试装置控制电路 随着图示仪应用领域的不断扩展,图示仪测试控制系统的功用日益开拓。除简易图示仪 外,国内外图示仪均将主要测试控制系统安置在测试台上。不同的被测器件换上相应的测试 台,就可使图示仪主机的量程拓宽,功能扩展,如 Tek576型图示仪就有 Tek176高电流装 置附件,Tek577型图示仪有 Tek177标准测试装置和 Tek178线性IC 测试装置附件。国内配 有附件的图示仪也很多,其中 XJ4810图示仪所拥有的配件较为齐全,它除随机附有的具有 双簇显示功能的测试台外,还可配用 XJ27100场效应晶体管配对测试台、XJ27101数字集成 电路电压传输特性测试台、XJ27102高压 (3kV) 测试台等。 测试控制系统一般有下述功能: (1)Y 轴幅度控制开关及相应的自校设施 Y 轴电流幅度控制开关实际上是通过控制集电极电源变压器二次中心端对地的电流取样 电阻的大小,来实现测试电流幅度的自由选择。Y 轴幅度控制开关一般均选用多位旋转式波 段开关,在大电流档级有时辅以继电器协助工作,以减小接触电阻,确保测试精度。 Y 轴放大器自校信号,一般用直流电压经二次稳压后获得高稳定性的直流电压,再经电 阻分压产生;也有的图示仪用方波作为 Y轴放大器的自校信号。前者在校正 Y轴放大器时, 在荧光屏上只有一个光点,须借助 “校正、测量、接地” 开关的配合来完成 Y 轴放大器的 自校;后者则在荧光屏上能同时出现两个光点,自校较为方便。 (2)X 轴幅度控制开关及相应的自校设施 X轴电压幅度控制开关是通过控制集电极电源变压器输出端的电压取样分压器,来实现 X轴测试电压的档级选择。X 轴电压幅度控制开关中,除了 Vce量程外,还设有 Vbe量程。 它一般也使用多位旋转式波段开关,其自校信号产生方法与 Y轴相同。 在 Vce档级测试时,X轴放大器的电压取样采用对称配置的分压器接法,这和一般的分 压器有所不同。图922所示为普通分压器接法,流过分压器电阻的电流也将流过取样电阻, 与被测器件的集电极电流一起显示出来,这是不允许的。 图923所示的对称配置的分压器就无此弊端。它一方面能防止集电极电流取样电阻上 的取样电压干扰集电极电压的测量回路,另一方面还能防止流过分压器的电流干扰集电极电 210 流的测试。从图中可知,加在分压器 R403~R414上有两个电压:被测器件集电极电源电压 Vc 和集电极电流取样电阻上的电压 VRF。由于集电极电流取样电阻上的电压 VRF接在对称 配置分压器的中间点,而且 R403~R408与 R409~R414是完全对称的,所以在分压器两个对应 输出端的电压中,VRF的影响是可以相互抵消的,在水平放大器内不会产生干扰性电流,对 集电极电压 Vc 在图示仪示波管荧光屏上水平方向显示也无影响。 图922 普通分压器接法示意图 图923 JT1图示仪集电极分压器电路 (3) 阶梯 “幅度?级” 开关及相应的控制器件 阶梯 “幅度?级” 开关是为选择加在被测器件上的每级阶梯电流值或每级阶梯电压值而 设置的。为了在测试器件的极限参数时不至于造成被测器件的损坏,一般在不设有脉冲阶梯 的图示仪中,均有单簇显示装置。 大多数图示仪在阶梯信号输送到被测器件的相应端子前还串接一个开关,以控制被测器 件的基极 (或相应端子) 对地短路和开路,以便于参数的测试,同时也方便了阶梯调零的调 节。 (4) 测试选择 为满足被测器件特性参数的配对和比较,图示仪中一般均设有测试选择开关 (大多选用 三位双刀双掷开关),可方便地控制集电极电源和阶梯电压或阶梯电流施加于被测器件 A 或 B,从而使图示仪的示波管荧光屏上随着测试选择开关的切换而显示被测器件 A 或 B的特性 曲线。有的图示仪测试量程较宽,所以有时也辅以继电器来完成测试选择的转换。 图924是 XJ4810型半导体管特性图示仪的双簇显示部分电原理图。 双簇显示电路主要由 D触发器61JC1A和开关管42VFl~42VF4 组成。来自41CH1(4) 的阶梯复零脉冲,先经61JC1B整形,再作为时钟触发脉冲输入至 D 触发器61JC1A 的 CP 端。由于 D触发器是在时钟触发脉冲的前沿发生翻转的,所以 D触发器61JC1A每簇阶梯翻转 一次。在 D触发器61JC1A的 Q 与 Q 端分别输出如图925所示的对称方波,该方波经61C1、 211 图924 XJ4810型图示仪双簇显示电原理图 61C2 送至开关管42VF1~42VF4。 当阶梯极性开关在 “+” 位置时,来自70XS12A(2) 的正极性阶梯信号施加于42VF3 和42VF4 的源极,而 D触发器61JC1A的 Q 端与 Q 端的输出分别接至42VF4 和42VF3 的栅 极,这样在42VF3 和42VF4 的漏极就轮流输出正极性的阶梯电流信号,经70XS12A(4) 和 70XS12A(5) 馈至被测器件 A 和被测器件 B的基极。如图926所示,XJ4810图示仪在双 簇显示时,被测器件 A和被测器件 B的集电极端子是连在一起的,所以交替显示的被测器 件 A和被测器件B的特性曲线也是连在一起的。 为了能使两特性有所分离,便于测读,在D触发器61JC1A的 Q 输出端信号馈送至开关 管的同时,还经61VT7 和61VT6 以及60RP1 电位器的动端,将如图925所示的信号送至 X 轴放大器 VT19的基极。在双簇显示时由于70XSA(1) 的+15V 电源与70XSB(1) 接通, 继电器71Kl 吸合,从而使 X轴放大器输入端的 VT19和 VT20的基极不再连在一起 (见图9 27),这样就会在阶梯电流信号交替馈至被测器件 A 和 B的基极的同时,在 X 轴放大器的 VT19的基极交替施加-15V 的电压和稍离-15V 的电压,使重合在一起的两特性曲线实现 分离。电位器60RP1 具有使两簇特性曲线相对移位的作用。 当42AJ1B极性开关处于 “-” 极性位置时,来自70XS12A(2)的阶梯电流信号也相 应转换成负极性的。此时42VF2 和42VF1 的栅极分别和 D触发器61JC1A的 Q 端和 Q 端相 连,其工作原理与上述完全相同。 图933 集电极电源电路图 213 图927 XJ4810图示仪 X轴放大器简图 93 XJ4810型图示仪的维修 931 低压电源的维修 1电路简介 XJ4810低压电源有+200V、±100V、±15V 五档组成,如图928所示。其中变压器 16、17绕组经整流、滤波后输出+24V,除为+15V 稳压器输入外,同时作为高频高压的供 电。 图928 低压稳压源电路图 214 +15V 稳压电源由11VD9~11VD12整流后,经10VT4、13JC1、13VT1 组成的稳压电路 输出+15V 稳定电压,13R2 为过电流保护,13VD2 是13JC1 集成稳压电路的保护二极管。 -15V 稳压电源的电路形式与 +15V 完全相同。11VD13~11VD16为整流管,10VT5、 13JC2、13VT3 组成稳压电路。 +200V 由11VD1~11VD4 整流后,经10VT1、12VT1 组成的简单的稳压电路输出,稳 压电路的基准电源为-15V。 +100V 是经+200V 稳压电源二次稳压而得,其基准电源为+15V。 -100V 由11VD5~11VD8 整流后,经10VT3、12VT2、12VT5、12VT6 组成的稳压电 路输出,12VT3 为过电流保护管,12VD7、12VD8 为保护12VT5、12VT6 差分放大器而设, 基准电源为+100V。 2常见故障 [故障现象] 开机时总熔丝10FU1 烧断。 [故障分析] 通常为电源变压器一次回路局部短路,或某档电源桥式整流二极管击穿或 滤波电容击穿引起二次回路短路。 [故障现象] 某档电源无电压输出。 [故障分析] 首先检查该档电源熔丝是否烧断,然后由电源的输入向输出逐级检查,即 先检查桥式整流输出是否正常。常见故障和检查方法有: 1) 调整管开路。 2) 负载过重,电源处于保护状态。应测量电源输出对地电阻或将输出逐路开路,一一 排除。 3) 由电源输入向输出逐级进行检查。 [故障现象] 某档电源电压超过标称值,调节无作用。 [故障分析] 1) 多为调整管击穿。 2) 可从控制电路输入端开始进行检查。 测量控制反馈放大器输入端,同时调节校准电位器,应有相应的电压变化,如±15V 的 13JC1、13JC2 的5脚应有正常的电压变化,否则应检查取样回路元件是否损坏,特别是电 位器,或13VD2、13VD4 是否击穿。然后检查反馈放大器,±15V 的13JC1、13JC2 是否损 坏,对-100V 来说先检查12VT5、12VT6 是否击穿,再向输入端进行检查。 [故障现象] 电源纹波大。 [故障分析] 1) 首先应检查该档电源输出电压是否有调整作用,并且能否正常调至标准值。 2) 滤波电容是否严重漏电,容量变小。 3) 桥式整流是否有个别整流管开路。 4) 反馈放大器防振回路是否失效。 [故障现象] 输出电压跳动,引起示波管屏幕上显示的图形跳动。 [故障分析] 稳压电路中的任何一个晶体管特性不稳定,或电容器、电位器不稳定,都 会引起输出电压跳动。另外,电路有虚焊也会造成此类故障。 215 932 高频高压及显示电路的维修 1电路简介 电路如图929所示。高频高压由直流变换器和负反馈控制电路两部分组成。推挽式直流 变换器由14VT7、14VT8、14T1、14L9、14C6 组成,14R10提供直流偏置。变换器经14T1 升压,14VD9、14VD10整流后输出±1500V 高压,提供给示波管电路。为保证±1500V 高压 的稳定,-1500V 经14R6~14R9、14RP1 分压获得一取样电压,作为负反馈控制电路的误 差信号。 图929 高频高压电路图 负反馈控制电路由14VT1、14VT2、14JC1、14VS5 组成。取样电压与14VS5 基准电压 比较,经14JC1 放大后,最后控制 14VT1 达到稳定-1500V 不变的目的。14VD3、14VD4 用于保护 14JC1 不致因过电压输入而损坏。14R3、14C2 防 止 14JC1 产 生 高 频 寄 生 振 荡。 14VD6 用于保证开机时直流变换器能可靠起振。高频高压 供 电 为 +24V。显 示 电 路 中 + 1500V 作为示波管后加速电压,示波管其他各极电压由-1500V、+200V 分压获得。1RP4 调节图像交角,使水平偏转与垂直偏转互为直角。1RP3 调节图像旋转,使图像保持水平。 1RP5 为几何图形校正,使显示图形的桶形、枕形失真最小。 2常见故障 [故障现象] 高压无输出,无光点。 [故障分析] 首先应检查高频高压+24V 供电是否正常;±1500V 负载是否过重,应将 负载断开测试,包括14C7、14C8 是否严重漏电。常见故障有: 1)14FU1 熔丝烧断。L1、L2 开路,还应检查连接 L1、L2 的印制电路板是否开路。 2)14VT7、14VT8 失效 (击穿)。 3) 复合调整管14VT1、14VT2 开路,造成反馈电路故障。 4) 变压器14T1 的高压线包受潮,Q 值严重下降。 216 5) 变压器14T1 二次负载太重或短路。常见的故障有高压二极管击穿,高压电容击穿 或漏电。 6) 示波管质量差、漏气严重或示波管各极间漏电。 [故障现象] 高压失控,无调节作用。 [故障分析] 1) 输出电压太低,检查14JC1 是否损坏。负载太重,如高压二极管击穿、电容漏电大 等,虽然未造成高压停振,也会造成高压跌落和失控。 2) 输出电压过高并不能调整,主要应检查振荡管14VT7、14VT8 的Iceo是否过大。Iceo 过大会造成振荡过强而失控。 3) 刚开机时正常,工作一段时间后,机内温度上升,高压失控。大多是由于14VT7、 14VT8 特性差,温度升高后,Iceo急剧增加,导致高压失控。 4) 变压器14T1 的振荡线包受潮,Q 值下降。 5) 氖管 N1、N2 损坏也会造成辉度变化时灵敏度变化,还会造成调辉现象。 [故障现象] 高压正常,但辉度很暗。 [故障分析] 1) 应检查辉度回路是否有故障。检查 RP6、RP7 和高阻电阻 R6、R7 是否开路。 2) 辉度过暗,大多是示波管本身老化或慢性漏气所致。 3) 检查+1500V 是否馈至示波管的加速阳极。 [故障现象] 扫描基线不水平或几何图形失真。 [故障分析] 1) 扫描基线不水平,可调节图像偏转电位器 RP3 (47kΩ)。如果调节不起作用,应检 查电位器两端±15V 电压是否正常,偏转线圈是否断开,以及电位器是否损坏。 2) 几何图形出现桶形或枕形失真,可以调节 RP5;水平和垂直的交角可以调节 RP4。 若不起作用,应检查电位器是否损坏,加至电位器上的电压是否正常。 3) 示波管本身质量差,几何失真严重,无法调整,应予更换。 933 阶梯信号电路的维修 1电路简介 电路如图930所示,阶梯信号发生器由三部分电路组成,即脉冲形成电路、阶梯发生器 和阶梯放大器。 (1) 脉冲形成电路 来自低 压 电 源 变 压 器 10T1 的 50V、50Hz市 电 正 弦 信 号,经 41RP1、41C1、41RP2、 41C2 组成的移相回路,分两路输出相位差为90°的正弦信号,调节41RP1 可使输出信号与 集电极扫描信号同相,调节41RP2 则可使输出的另一路信号与集电极扫描信号的相位差为 90°。 这两路信号分别经41VF1、41VF2 组成的负载分割倒相器,在源极和漏极上的等值负载 上分别输出幅度相等相位相反的正弦信号,再经41VD3、41VD4 和41VD5、41VD6 全波整 流 后 ,分 别 输 出100Hz的 负 半 波 正 弦 电 压 ,这 两 路 相 位 差 为90°的100Hz信 号 经41VT7、 图921 集电极电源电路图 218 41VT8 放大、混合为200Hz窄脉冲,再经41VT9 限幅放大,作为计数器41JC1 的计数时钟。 (2) 阶梯发生器 计数器41JC1、41R21~41R29组成 R2R 梯形网络 D?A 转换器,当计数脉冲连续输入 时,D?A 转换器输出一个逐级上升的阶梯电压。 阶梯 “重复?关” 开关在重复时,D?A 转换器输出的阶梯电压经41JC2 跟随器至比较器 41JC3 的一个输出端,与经40RP2 “级?簇” 控制的直流电平比较,当阶梯电压大于比较电压 时,比较器输出高电平经 “重复?关” 开关,使计数器清除端 Cr 为 “1”,计数器消除,阶梯 输出复零,调节 “级?簇” 实现控制阶梯1~10级输出的变化。阶梯输出为零后,使比较器 41JC3 输出返回低电平,则计数器重新开始计数,又产生新的一簇阶梯信号,如此周而复 始。 当 “重复?关” 开关置 “关” 时,计数器41JC1 的 Cr 端由41VT12、41VT13组成的射极 耦合双稳电路的41VT12集电极控制,41VT12截止,41JC1 的 Cr 端为 “1”,41JC1 处于清除 状态,阶梯无输出。按 “单簇” 时,由于41C12经41R30放电,输出正跳变电压,使双稳电 路翻转,阶梯电路产生阶梯,当阶梯输出达到比较器41JC3 设置的比较电压时,比较器正 跳,双稳电路翻转,则阶梯输出复零,恢复初始状态。每按一次 “单簇”,阶梯电路产生一 簇阶梯,实现输出单簇阶梯的功能。 (3) 阶梯放大器 阶梯信号反相比例放大器为41JC4,41RP3 控制其放大量,用于调整阶梯幅度;40RP1 用于调节阶梯电压的起始电平,一般使用时调至零;41JC5 用于正、负阶梯输出的转换。 为了使输出阶梯电流不受外负载的影响,41JC6、41JC7 组成了阶梯恒流放大。为了防 止测试时损坏阶梯电路,用41VT16、41VT19、41VS22、41VS23作为阶梯输出端的保护管。 2常见故障 [故障现象] 阶梯为100Hz输出。 [故障分析] 最常见的故障为41VF1、41VF2 中有一个失效,或41VT7、41VT8 中有 一个失效。 [故障现象] 无阶梯。 [故障分析] 可将阶梯发生器分为三部分进行检查,即脉冲形成、阶梯发生和阶梯放 大。在检查前首先检查41FU1 熔丝是否完好。 1) 检查41JC1 的CP端是否有200Hz计数脉冲,如无计数脉冲可将41JC1 拔去,如仍无 计数脉冲,则故障在脉冲形成电路;如有计数脉冲,则为41JC1 失效。 脉冲形成电路故障较易检查,可根据电路原理逐级检查各级输出是否正常。 2) 脉冲形成电路正常,可检查41JC4 的2脚是否有阶梯输入。如无阶梯,则为阶梯发 生电路故障。 阶梯 “关” 时,按 “单簇” 有一簇阶梯输出,而 “重复” 时无阶梯输出,常见故障为 41JC3 失效。 “重复” 时有阶梯输出,单簇时无输出,常见故障为 41VT12、41VT13失效,或 41R31 (33MΩ) 开路。 219 3) 阶梯放大故障一般可逐级测试各级输出电压来判定。常见故障除运放电路失效外, 保护管41VT16、41VT19、41VS22、41VS23失效也较常见。检查时可将它们断开来判别。 [故障现象] 阶梯波形左、右两端转角线歪曲。 [故障分析] 由于阶梯信号的相位校正未调好。可调节电位器41RP1 和41RP2,使左、 右两转角线垂直。 934 Y轴、X轴放大器的维修 1电路简介 电路如图931所示。Y 轴、X轴放大器采用相同的电路形式,即两组差分输入和一组 差分输出的负反馈放大器。一组差分输入 (21VF3、21VF6 和 21VF23、21VF26) 为高阻, 主要输入被测信号;另一组差分输入 (21VT4、21VT5 和21VT24、21VT25) 为低阻,主要 作移位控制。一组差分输出 (21VT15、21VT18和21VT35、21VT38) 接至示波管 Y、X 偏转 板,使示波管显示信号。21RP2、21RP4 为 Y、X 放大器的直流平衡。Y 放大器增益校正为 1RP2,当扩展×01时则由21RP1 校正。X 放大器增益校正为1RP1。Y 轴、X 轴移位,由 20RP1、20RP2 改变移位电流来实现,X轴在二簇显示时,20VT19基极通过继电器加入交替 移位信号,实现交替显示左、右二簇特性曲线。21VT1、21VT2 和21VT21、21VT22分别为 Y 轴、X轴的输入保护管,所有二极管均起保护作用。 2常见故障 Y轴和 X轴放大器的电路形式基本相同,一并作介绍。 [故障现象] 光迹偏离屏外。 [故障分析] 如果光点在 X方向偏离,故障在 X 轴放大器;在 Y 方向偏离,故障在 Y 轴放大器。现以 Y轴放大器为例。 检查时,先将 Y 轴和 X轴放大器的选择开关都置于 “外接”,Y 轴和 X轴的移位电位器 都居中。 首先应检查放大器的供电,即±100V、±15V 是否正常供给,然后可以用以下方法检 查: 1) 检查 Y 末级放大管 VT15、VT18的集电极电压,如果都是100V(基本相等),旋转 Y 移位电位器,集电极电压能作相反方向的变化,说明 Y 放大器是正常的。接着应检查 VT15、 VT18集电极至示波管 Y 偏转板是否接触良好,即两个+100V 电压是否送到示波管的一组 Y 偏转板,否则就是示波管内部的质量问题。 2) 若两个 Y 末级放大管的集电极电压严重不对称,一个远大于100V,另一个远小于 100V,旋转 Y 移位电位器,两个集电极电压虽有变化,但始终严重不对称,则故障在放大 器内。 按以下方法检查 Y放大器的故障: ① 逐级检查各级放大器的电位,寻找故障所在。 ② 另一种方法是将 VT11、VT14拆下,开机通电后,光迹正常显示,说明末级放大管工 作正常。再 用 图 示 仪 检 查 拆 下 的 两 只 晶 体 管 是 否 正 常,若 是 好 的,则 故 障 一 定 在 VF3、 VT4、VT5、VF6 之内。 图925 XJ4810型图示仪电子 开关波形图 图926 XJ4810型图示仪测试台电原理图 221 ③ 其他元件的损坏,例如电阻、电位器、二极管的损坏,防振电容的击穿短路等,也 会造成 Y放大器的故障而使光迹偏离。 [故障现象] 光迹跳 (抖) 动。 [故障分析] 应当指出,直流稳压电源不稳定会造成光迹跳动,因此应先检查直流稳压 电源是否正常。 首先确定光迹是在 Y方向还是在 X方向跳动,借以区别故障是由 Y 放大器还是由 X放 大器造成。仍以 Y放大器为例,作故障分析: 1) 光迹跳动,一般是由于 Y 轴放大器内某个器件 (晶体管、电位器等) 特性不稳定或 电容漏电严重造成的。 2) 可以用示波器帮助检查光迹跳动的原因。因为光迹跳动的原因归结为故障级及以后 各级电路直流电位的跳动。这个跳动的电位若用示波器来逐级寻找,观察示波器屏幕上光迹 是否上下跳动,就可以查到故障。如果用万用表测量 Y 放大器各级的电位,直流电位的跳 动也会使万用表针抖动,从而找出故障所在。 3) 也可将 VT11、VT14晶体管拆下,开机通电后若光迹不跳,说明末级放大器工作正 常,再用图示仪检查拆下的两只晶体管,看其特性曲线是否跳动,如果正常,则故障一定是 由 VF3、VT4、VT5、VF6 组成的放大级引起的。常见的有保护二极管 VD7、VD8 和场效应 晶体管 VF3、VF6 特性不稳。 4) 除了晶体管质量不好会引起光迹跳动外,电位器内部接触不良 (平衡、移位、校准 电位器等)、导线及元器件虚焊、印制电路板和插座之间接触不良等,也同样会引起光迹跳 动。 5) 最后要注意电容 C1、C2、C3、C4 漏电严重 (用万用表无法测出) ,也会造成光迹 跳动。 [故障现象] 移位不起作用。 [故障分析] 从 Y 轴放大器线路图可以看出,Y 移位电位器接在 VT4、VT5 发射极之 间,因此二极管 VD7、VD8 短路,或者 Y 轴放大器中某一级放大器处于截止状态,都会造 成移位无作用。 [故障现象] 放大量误差大。 [故障分析] 先检查机内校准电压 (1V 和05V) 是否准确。再将 Y 和 X 放大器的公 共控制部分,即 “显示” 控制和 “校准” 按钮按下,“转换” 按钮弹出,光点移位至坐标左 下角的零点位置。然后将 “⊥” 按钮弹出,光点从左下角跳到右上角,其跳动的 Y 和 X 方 向距离都应该是10div,即光点跳到坐标右上角的顶点。 如果 Y 方向的跳动距离超过 (Y 放大量太大) 或小于 (Y 放大量太小)10div,可以调 整面板上的 “增益” 电位器。如果仍不能满足跳动10div的要求,则应改变电阻 R1 的阻值, 或检查 R2 (910Ω) 和 R18、R23 (75kΩ?1W) 阻值是否变化。 935 Y轴和 X轴作用选择开关的维修 1电路简介 电路如图932所示。Y 轴选择开关可选择Ic、IR、 、外接等信号,X轴可选择 Vce、 图931 X、Y轴放大器电路图 223 Vbe、 、外接等信号。档级的变化实际上是取样电阻的变化,这些取样电阻全部安装在选 择开关20S1、20S2 上。 由于图示仪开关档级多,比较复杂,易出故障,所以单列出进行说明。 2常见故障 [故障现象] 无集电极电流 (Ic) 显示。 [故障分析] 当测试晶体管特性曲线,Y 方向出现混乱状态,无集电极电流显示时, 故障多数为集电极取样电阻处于开路状态所致。集电极取样电阻20R1~20R15是逐个串联起 来的。随着Ic 的 mA?div档级的变小,串联电阻逐个增加,总阻值逐渐变大。如果在某集电 极电流档级(如1mA?div)起,开关往大电流档级变化时,Y轴出现混乱现象,则说明20R9(50Ω)处 于开路状态,一般是由于开关片上20R9 电阻脱焊造成的。如果在所有集电极电流档级出现 Y 轴混乱现象,应检查开关片上20R1 (02Ω) 是否脱焊。 [故障现象] 无阶梯波显示。 [故障分析] 当 Y 轴选择或 X轴选择置于 “ ” 时,在 Y 方向或 X 方向应出现1°对应 一个光点的阶梯信号。如果不出现阶梯信号,故障一般是由于阶梯信号发生器工作不正常造 成的。同时也应该检查阶梯信号发生器电路中 CS4 和 CS5 两端至 Y 轴选择开关和 X 轴选择 开关的连接线是否脱开。 936 集电极扫描的维修 1电路简介 图933是集电极扫描电路图。电源变压器一次侧来的60V、50Hz市电,经调压变压器 50T1 输入到集电极电源变压器50T2 的一次绕组,使输出电压在0~60V 间范围内进行调 节,保证二次绕组上两组硅二极管全波整流所输出的 100Hz脉动电压波峰值在 0~10V、 0~50V、0~100V、0~500V 的范围内连续可调。集电极电源的极性可通过极性转换开关 50AJ1 转换。 功耗限制电阻由50R1~50R10组成,0~500kΩ共分11档,用以限制测试时的集电极电流。 在半导体管的集电极电流测试时,集电极电源全波整流绕组的中心端 (C、T),通过集 电极取样电阻接地。测试时集电极电流流经取样电阻产生的电压降,经 Y 轴放大显示表征 集电极电流值。 由于集电极电流输出端对地的漏电流和各种分布电容的存在,集电极电流除经过集电极 取样 电 阻 外, 同 样 经 过 分 布 电 容, 影 响 测 试 准 确 度。50R15、50RP2、51R4、51VT5、 51VT6 等组成了容性电流平衡补偿电路。集电极脉动电压经50R15、50RP2、51R4 组成的 分压电路,通过51VT5、51VT6 电流放大后,经50C1 流过分布电容,以抵消 (平衡) 容性 电流。50RP1 作为50Hz平衡电位器,51RP1 为漏电流平衡电位器。 2常见故障 [故障现象] 无集电极扫描输出。 [故障分析] 1) 峰值电压熔丝50FU1 熔断。 2) 整流二极管击穿。 图932 X、Y轴作用选择开关电路图 225 3)50T2 输入、输出端引出线断。 4) 集电极扫描是全波整流,若双管都开路,则没有扫描线,聚成一点;若单管开路, 扫描起始有一很亮的光点。 5) 调压变压器50T1 内部的碳棒和线圈接触不良,会造成扫描线时有时无。 [故障现象] 容性电流大。 [故障分析] 1)51VT5、51VT6 失效。 2) 容性电流平衡电路外部引线断。 3) 集电极变压器50T2 受潮。 [故障现象] 扫描线有长短。 [故障分析] 这是由于整流二极管特性不对称造成的,可调换整流二极管或调整50R11~ 50R14中的一个电阻。 937 二簇电子开关 1电路简介 二簇电子开关电路图见图924。当测试台置二簇时,继电器71K1 吸合,使阶梯信号由 二簇 电 路 交 替 经 过 42VF1、42VF2 (负 阶 梯 时) 或 42VF3、42VF4 (正 阶 梯 时),再 通 过 71K1 供测试台 B端输出。 阶梯信号发生电路一簇阶梯输出结束,比较器41JC3 输出端正跳,通过41C25经61JC1B 组成的单稳电路整形后,作为61JC1A组成的分频电路的时钟,61JC1A的 Q1、Q1 端输出的方 波使42VF1、42VF2 (42VF3、42VF4) 交替导通,从而实现二簇测试。 61JC1A的 Q1 端输出经61VT7、61VT6 放大,再经60RP1 分压输出控制 X放大器实现二 簇的移位。 2常见故障 [故障现象] 无双簇显示。 [故障分析] 应先检查61JC1B的S端,每簇阶梯输出应有脉冲输入,61JC1A的 Q1、Q1 端应有 分 频 方 波 输 出。若 无 方 波 输 出,则 为 61JC1 损 坏 所 致。另 外 常 见 故 障 是 42VF1、 42VF2、42VF3、42VF4 中有一管失效。 [故障现象] 二簇显示时无右簇移位。 [故障分析] 61JC1A的 Q1 端,即61VT7 基极应有分频方波输入。检查60RP1 中心端应 有方波输出,且幅度受60RP1 控制。再检查 X、Y 轴放大器中21K1 是否失效及21VT19是否 击穿。 第10章 数字万用表的检修 101 数字万用表的基本构成 1011 普通数字万用表的基本构成 普通数字万用表的基本构成如图101所示。仪表的核心是单片 A/D 转换器,典型产品 有ICL7106(或 TSC7106)、ICL7136、MC14433 型31/2位 单 片 A/D 转 换 器,ICL7129、 ICL7135型41/2位单片 A/D转换器。外围电路主要包括功能转换器、功能及量程转换开关、 LCD(或 LED) 显示器、电源。此外还有一些特殊电路,例如检查线路通断电路、低电压 指示电路、标志符驱动电路等。 功能转换器 → I/V 转换器 → LCD (L E D) 显示器 功能 → 选择 → A C/D C → 转换器 量程选择 → → A/D → 转换器 ↑ 数字 → 电路 ↑ ↑ → Ω/V 转换器 电源 图101 普通数字万用表的基本构成 常见的功能转换器有: 1) 电流/电压 (I/V) 转换器; 2) 平均值响应的交流/直流 (AC/DC) 电压转换器; 3) 真有效值/直流 (TRMS/DC) 电压转换器; 4) 电阻/电压 (Ω/V) 转换器; 5) 高阻/电压 (HΩ/V) 转换器; 6) 电导/电压 (G/V) 转换器; 7) 二极管正向压降/电压 (VF/V) 转换器; 8) 晶体管共发射极电流放大系数/电压 (hFE/V) 转换器; 9) 脉宽调制法电容量/电压 (C/V) 转换器; 10) 容抗法电容量/电压 (C/V) 转换器; 11) 温度/电压 (T/V) 转换器; 12) 带温度补偿的温度/电压 (T/V) 转换器; 227 13) 频率/电压 (F/V) 转换器; 14) 报警电路; 15) 方波信号发生器; 16) 自动关机电路。 这类仪表的特点是外围电路较复杂,均采用手动转换量程。 1012 单片数字万用表的基本构成 单片 DMM 专用IC 的典型产品有 ULN9207、TSC815(31/2位)、TSC824、ICL7239、 ICL7149(33/4位),其特点是除电流档外,其余各档均可自动转换量程,仪表的外围电路 简单,测试功能较强,体积小,便于维修和调试。 图102是由 TSC824构成的33/4位数字万用表框图。TSC824内部主要包括时钟振荡器、 基准电压源、33/4位 A/D转换器、分压器开关、电阻档开关、量程/功能控制逻辑、AC/DC 转换器、DC/DC转换器及电池低电压检测电路、LCD 显示驱动器、线路通断检测及蜂鸣驱 动器,其中 DC/DC转换器专用以提升15V 电源电压,供数字驱动电路使用。TSC824的外 部需配33/4位 LCD显示器,芯片通过字段/标志符驱动线、背电极驱动线与之相连。此外还 有石英晶体B、分压电阻、分流电阻 (R)、标准电阻 (供电阻档用)、两节15V 电池。通 过外部电路可进行功能选择及手动量程操作。 图102 由 TSC824构成的33/4位数字万用表框图 228 由ICL7139构成的33/4位数 字 万 用 表 框 图 如 图 103 所 示。ICL7139 芯 片 内 部 主 要 包 含 时钟振荡器,控制逻辑与自动转换量程逻辑,33/4位计数器,锁存、译码、驱动器,模拟部 分 (积分器、比较器、模拟开关等),电 源 部 分。外 围 元 器 件 主 要 有 石 英 晶 体 B、33/4位 LCD显示器、压电蜂鸣器 BZ。此外还有电压档的分压电阻、电阻档标准电阻、电流档的分 流电阻、功能选择开关、电池。 图103 由ICL7139构成的33/4位数字万用表框图 1013 数字/模拟条图双显示数字万用表的基本构成 20世纪80年代后期问世的数字/模拟条图双显示数字万用表,其基本构成如图104所 示。仪表采用两片专用集成电路,一片是自动转换量程式 A/D 转换器,另一片是液晶条图 显示转换器,两者共用一 套 33/4位 数 字/液 晶 模 拟 条 图 显 示 器。 外 围 电 路 主 要 有 输 入 电 路、 功能选择电路。其中自动转换量程式 A/D转换器就相当于单片 DMM 专用IC,典型产品为 TSC818A;模拟条图 A/D转换器的典型产品为 TSC818D,二者完全兼容,同属 TSC818系。 若采用 TSC827、TSC828还可构成智能化多重显示数字万用表。双显示及多重显示数 字万用表是 DMM 的一种发展方向。 1014 智能数字万用表的基本构成 智能数字万用表是带微处理器或微型计算机的高档数字仪表,其主要优点是高准确度、 多功能,具有自动校准、自动测量及数据处理等功能,通过 RS232或IEEE488标准接口与 外部计算机相连,很容易构成自动测控系统。 图104 数字/模拟条图双显示数字万用表的基本构成 229 图105示出由 MAX133/134构成的33/4位智能数字万用表的框图。MAX133/134适配 4位微处理器或8位单片机 (如8031、8051)。 图105 由 MAX133/134构成的33/4位智能数字万用表框图 图106示出由美国Fluke公司生产的8840A 型51/2位数字万用表的功能框图。基本信号 流程是:加至输入端的输入信号经标定处理后送到跟踪/保持 (T/H) 电路,再由 A/D 转换 器转换成数字量,最后通过微型计算机接显示器和键盘。 图106 8840A型51/2位数字万用表的功能框图 直流标定电路构成仪器的前级,它具有三个主要功能:第一,对输入量进行检测。在选 择 DCV、DCmA、Ω功能时,由它产生一个等效的直流电压。在 AC输入时,改由真有效值 转换器转换成直流电压;测电阻时,先由欧姆电流源提供测试电流,然后在被测电阻上形成 一直流电压;直流电流输入由一个精密分流器转换成直流电压。第二,直流标定电路将量程 230 范围内的等效直流电压调整到 A/D转换器的输入量程 (±2V) 范围以内。第三,直流标定 电路还提供了输入保护。 由跟踪/保持电路对已标定的直流电压进行采样,在每一个 A/D 转换周期给 A/D 转换 器传送一个恒定电压。跟踪/保持电路对某些量程还可提供附加的量程标定。 仪表的全部工作受微型计算机控制。利用计算机读取从键盘输入的每一种功能和量程组 态,然后触发 A/D转换器,计算出每一个 A/D转换周期的值,对 A/D进行平均采样,再控 制显示 并 通 过 保 护 交 联 电 路 和 IEEE488 接 口 与 外 部 交 换 信 息。显 示 器 采 用 荧 光 数 码 (VFD)。 保护交联电路允许计算机与IEEE488接口之间进行串行异步通信,此时二者是电器隔 离的。 电源部分为仪表的各单元提供多路稳压电源。基准电压源则为 A/D 转换器和欧姆电流 源提供精密的基准电源。 102 DT890C+型31/2位数字万用表的原理 1021 DT890C+型数字万用表的性能特点 DT890C+是 DT890C的增强型,它属于高可靠性、大显示、多功能型31/2位数字万用表。 1) 采用字高18mm(约2/3in) 的大液晶显示器,能同时显示读数与单位符号。 2) 共设置30个量程。该表不仅能测量直流和交流电压、直流和交流电流、电阻、二极 管正向压降、晶体管hFE、检查线路通断,还可测量电容量和温度。测电容时仪表能自动调 零。 3) 利用内置的半导体温度传感器能自动测量并显示常温 (室温)。若将 K 型镍铬镍铝 或镍铬镍硅 (NiCrNiAl或 NiCrNiSi) 热电偶插入测温插孔中,再把热电偶的热端置于被 测温度环境中,便可实现温度自动补偿和自动测温,测量范围是-40~+1000℃,最高可达 +13000℃。 4) 为满足测量高阻的需要,仪表增加了200MΩ高阻档。 5) 对全部量程实现过载保护,仪表还具有防跌落性能,是电子技术人员和无线电爱好 者比较理想的工具类仪表。 6)DT890C+采用9V 叠层电池供电,仪表的测量速率为 3次/s,典型功耗约40mW, 工作温度范围是0~400℃。但仪表仅在23℃±5℃ (RH<75%) 范围内保证准确度指标, 超出此范围时应考虑附加温度误差。 与 DT890B相比,DT890C+增加了测温档 (技术指标见表101),去掉了交流200mV、 2mA及20mA档,其余各档的技术指标和 DT890B相同。 表101 DT890C+的测温档技术指标 热电偶 K 型 (镍铬镍硅) 量 程/℃ -40~400 400~1000 分辨率/℃ 1 1 准确度 ± (075%RDG+3字) ± (15%RDG+15字) 1022 DT890C+型数字万用表的电路原理 DT890C+型31/2位多功能数字万用表的总电路图如图107所示。 231 图107中,S1(S1a、S1b) 是电源开关,S2(S2a~S2g) 为量程转换开关。图中已将 S2 拨 到直流200mV 量程。电路中共使用5片集成电路:IC1(TSC7106),IC2、IC3(两片 TL062), IC4(LM358),IC5(CD4011)。 31/2位 A/D转换器仍选用 TSC7106C。R1、C2 分别是积分电阻、积分电容。C1 是自动 调零电容。R4、C3 为时钟振荡器的外围阻容元件,设计的时钟频率f0=48kHz,仪表的测 量速率约为3次/s。C4 为基准电容。模拟输入端的高频滤波器由 R2、C5 组成。基准电压 分压电路包括固定电阻 R58、R59,电位器 RP3,调整 RP3 可使 VREF=1000mV。 仪表配用31/2位 LCD,可显示下列标志符:AC、二极管及蜂鸣器符号、hFE、低电压指 示符、p、n、μ、F、mV、V、A、Ω、kΩ、MΩ 和℃。 DT890C+的 DCV、ACV、DCA、ACA、Ω、C、二极管和蜂鸣器档、hFE档、标志符驱 动电路、低 电 压 指 示 电 路,与 DT890B 基 本 相 同,不 再 赘 述。图 108 示 出 DT890C+ 的 200MΩ 高阻档测量电路,读者自行 分 析 其 工 作 原 理。下 面 仅 介 绍 新 增 加 的 温 度 档 的 工 作 原 理。 早期的数字万用表产品中,仅 DT890C能够测量温度,但该表用于常温测量时需要插上 热电偶,而且不能对冷端温度进行自动补偿,使用或读数都不方便。 DT890C+在测温电路上作了重大改进,主要特点是:①利用内置的半导体温度传感器 直接测量室温,不需要插热电偶;②该传感器还能对热电偶的冷端温度进行自动补偿,使仪 表直接显示被测点的温度值。图107中,T 代表温度档。 DT890C+的测温电桥如图109所示。测温电桥的 4个桥臂分别由 R66和 VD6、R67、 R51和 RP2、R46组成,其中,VD6 为硅二极管,此处作半导体温度传感器使用。由 R66、 R67组成分压器,分压比 K=R67/(R66+R67)。热电偶和电阻 R86跨接在 A、B两点之间, 电桥输出电压为 ΔVBC,以此作为 TSC7106的输入电压。在 DT890C+中,TSC7106采用差 分输入方式。由于 R46的电阻值很小,仅13kΩ,而双积分式 A/D 转换器 TSC7106的抗串 模干扰能力很强,因此在测量电压、电流时不必考虑 R46的影响,可认为IN-与 COM 端呈 等电位。 前已述及,在 TSC7106的 V+与 COM 之间有一个内部基准电压源 E0=28V,测温电 桥的供桥电压就取自 E0。基准电压电路则由 R43、RP5 和 R45组成。 当测温探头采用 K 型 TP03热电偶时,测温范围是-50~+1300℃。K 型热电偶产生的 温差热电势e(mV) 与温差 ΔT (℃) 成正比。表102列出其温度热电势对照表。 表102 K 型热电偶的温度热电势对照表 温度/℃ 热电势/mV -20 -0777 0 0000 20 0798 100 4095 300 12207 700 29128 1000 41269 分析表102不难看出,K 型热电偶具有正的电压温度系数,αTK=e/ΔT=41269mV/ 1000℃=41269μV/℃。为便于计算,这里取近似值,αTK≈40μV/℃。 下面举例说明温度补偿的原理。 假定被测温度 T=100℃ (热端),室温 TA=20℃ (冷端),此时热电势 e =αTK(T -TA)=40μV/℃ ×(100-20)℃ =40μV/℃ ×80℃ =32mV 232 图107 DT890C+型31/2位多功能 233 数字万用表的总电路图 234 图108 DT890C+的200MΩ电阻档测量电路 图109 DT890C+的测温电桥 而 32mV 恰好对应于 80℃ 的毫伏值,其极性与热电偶的正负极性一致。这表明,测量 100℃温度时仪表显示80℃,比实际温度低20℃,而20℃就对应于08mV。现设想将e 作 电源看待,若给它串联一个附加电势e1 (08mV),使e+e1 恰好等于100℃所对应的热电 势 (4mV),仪表便能直接显示出100℃。实际上只要把 A点电位降低e1 的数值,也就相当 于串入反极性的附加电势e1,使 B点的电位相应提升到e+e1,同样可以直读温度值。这就 是对冷端温度进行补偿的基本思路。下面介绍具体电路设计。 众所周知,硅 PN 结的正向导通压降 VF 与温度 T 成正比,且电压温度系数为负值, αTD≈- (20~25)mV/℃。但具 体 到 某 只 管 子,αTD为 一 常 数。假 定 二 极 管 的 αTD= -24mV/℃,现以 A为参考点,并且设其电位 VA=0V。当 TA=20℃ 时,ΔVF=αTDTA =-48mV。VD6 导通压降的变化量 ΔVF 经过 R66、R67分压后,迫使 A 点电位降低 ΔVA = KΔVF = R66R+67R67ΔVF =33003060+360×(-48)mV =-0518mV 这正是 K 型热电偶在冷端温度为20℃时所需要的补偿电势e1。推而广之,在整个测温 范围内,上述电路都能对 K型热电偶的冷端温度进行补偿。 235 该电路在设计上有三个特点:第一,利用硅PN 结导通压降的负温度系数,去补偿 K 型 热电偶的正温度系数;第二,鉴于 αTD ≥αTK,借助于分压器使 αTD/K =αTK,从而实 现温度自动全补偿;第三,插上热电偶时仪表显示的是被测温度 T,当热电偶开路时则显 示常温 (严格讲应为表壳内部温度,即室温)。 硅二极管作温度传感器使用时,测温范围大致是-50~150℃。考虑到 VD6 装在仪表内 部,而仪表工作温度规定为0~40℃,因此用内部温度传感器只能测量常温。欲测低于0℃ 或高于40℃的温度,需使用热电偶式测温探头。表103列出适合配数字万用表的三种测温 探头,可供选择。 表103 适配数字万用表的测温探头 探头型号 TP01 TP02 TP03 准 确 度 ±(05%+1℃) 0~750℃为±(075%+1℃),0~50℃为-3℃ ±(05%+1℃) 测温范围/℃ -50~250 -50~750 -50~1300 最后再说明几点: 1) 温度测量中的 “归一化” 并非01mV/℃,而是1个字/℃。这样,1000个字就对应 于1000℃。不难算出,该档的基准电压 VREF≈40mV。在校准100℃时,实际上就是调整基 准电压,只 不 过 所 关 注 的 并 非 VREF的 具 体 数 值,而 是 仪 表 应 显 示 100 个 字 (对 应 于 100℃)。 2) 电路中的 RP2(10kΩ) 为校准0℃的电位器,RP5 (200Ω) 是校准100℃的电位器。 校准100℃以上的高温时,一般由直流毫伏标准提供毫伏电压,来模拟热电势。 3) 实际上 VD6 的电压温度系数αTD值会有一定偏差,另外桥臂阻值亦存在误差,但均 可在校准0℃时予以消除。需 要 注 意 的 是, 热 电 势 信 号 很 弱, 桥 臂 电 阻 必 须 选 用 金 属 膜 电 阻。碳膜电阻的电噪声较大,会引起明显的测量误差,因此不采用。 4)PN 结温度传感器正向电压的温度系数表达式为 ( ) αTD =- Vg0-VF T +kqB (101) 式中 Vg0———能带间隙电压,简称能隙电压; VF———PN 结正向导通压降; T———热力学温度 (K); k———玻耳兹曼常数; B———由PN 结内部结构所决定的常数; q———电子电量,其数值用e 表示。 对于硅材料的 PN 结,Vg0=1205V,设 VF=065V,T=300K(对应于27℃),B= 35,k=863×10-6eV/K,q=e,代入式 (101) 中得到αTD=-215mV/K,即 αTD =-215mV/℃ (102) 综上所述,PN 结的正向电压具有负的温度系数,在-50~+150℃范围内,VF 与T 成 正比。 需要指出,硅二极管温度传感器也可用硅晶体管的发射结来代替,发射结正向压降 Vbe 236 与温度也呈线性关系。若把晶体管的b、c极短接,使集电结压降 Vbc=0,硅管就处于临界 饱和状态,利用集电极电流的恒流特性能改善线性度,测温准确度可比二极管高一个数量 级。 103 数字万用表的调试方法与故障检修 对于测试人员来讲,学会正确使用数字万用表是工作的前提条件,熟悉仪表的电路原理 是工作的基础,而掌握调试与检修技术是工作的可靠保证。本节专门介绍数字万用表的调试 与检修技术。 1031 数字万用表调试概述 数字万用表属于精密电子测量仪表,其测量准确度不仅取决于电路设计、元器件质量与 安装工艺,还与调试方法及所用调试仪器密切相关,而且,检修后的数字万用表也只有经过 认真地调试,才能达到规定的技术指标。下面重点介绍标准测试条件和调试工作需用的标准 源。 1标准测试条件 调试数字万用表应在标准测试条件下进行。目前各国规定的标准测试条件不尽相同,大 致如下: 1) 环境温度 (TA):20℃±1℃,或者23℃±1℃,25℃±1℃,23℃±5℃。袖珍式数 字万用表一般规定为23℃±5℃。 2) 相对湿度 (RH):通常为<75%或<80%,少数表为<90%。 3) 工作位置:按规定方式或通常使用方式放置。 4) 电源电压:不超出规定电源电压范围。袖珍式数字电压表大多采用9V 叠层电池, 要求电源电压不低于75V(有的表为70V)。采用交流供电的台式数字万用表,对交流电 源频率及波形失真度还有具体要求。 5) 环境条件:无外界电磁场、振动或冲击的影响。 我国颁布的电子测量仪器标准,曾对标准 (基准) 条件作出具体规定,见表104。 表104 电子测量仪器的标准条件 影响量 标准数值或范围 公 差 环境温度/℃ 相对湿度 (%) 大气压强 交流供电电压/V 交流供电频率/Hz 交流供电波形 直流供电电压 直流供电电压纹波 外界磁场干扰 20 45~75 650800mmHg① 220 50 正弦波 额定值 应避免 ±2% ±2% ±1% 失真度β=005 ΔV0/V0≤001% 通风 良好 阳光照射 避免直射 工作位置 按制造厂规定 ① 1mmHg=133322Pa。 对数字万用表而言,可参照说明书规定的标准条件。通常受实际情况所限制,完全按照 237 标准条件调试数字万用表会有一定困难,但也应尽量接近于标准测试条件。 2环境条件 环境条件是指仪表的额定工作条件。如果在规定环境条件之外使用仪表,会带来附加误 差,甚至造成仪表的永久损坏。环境条件一般视各国实际情况而定。我国制定的直流数字电 压表技术条件标准 (GB/T14913—1994) 中,对 A、B、C三个组别仪表的额定工作条件分 别作了规定,见表 105。 仪 表 对 气 压 也 有 要 求, 这 是 因 为 气 压 低, 空 气 就 稀 薄, 仪 表 的 散 热条件变差,使用功率损耗易超出额定值。因此,在高山、高原地区应适当缩短仪器仪表的 连续开机时间或者采用强迫风冷。 表105 我国对直流数字电压表额定工作条件的规定 仪表组别 A B C 环境温度/℃ +5~+40 -10~+55 -25~+70 相对湿度 (%) 20~80 10~90 5~95 气压/kPa 700~1060 533~1060 533~1060 太阳辐射热效应 无直接照射 无直接照射 +55℃① 环境空气速度/(m/s) 0~05 0~05 0~5 ① 指环境温度与太阳热辐射的综合效应不使表面温度超过+55℃。 3标准源 标准源亦称校准源,这里指的是标准仪器或自动化校准系统。 实现计量标准与检定传递必须具备两个条件:一是标准源和计量技术,二是有溯源到国 家标准的跟踪能力。溯源性表示在测量仪器性能指标与国家最高标准之间,通过一个紧密联 系的比较链结合起来的能力。溯源性可视为校准金字塔,其顶点是国家或国际最高标准,然 后通过地方计量局、计量站逐级往下传递。由于计量单位的级别不同,所用标准源的技术指 标亦不同。标准源的种类很多,例如直流电压标准源、基准分压器、直流电流标准源、交流 电压标准源、交流电流标准源、电阻标准源、热传递标准源等。目前标准源正从单一功能向 多功能、由手动控制向自动化及智能化校准系统的方向发展。目前我国生产的 DCV、ACV、 Ω 标准源的准确度指标已分别达到0001%、014%和0001%。 (1) 对标准源的基本要求 1) 标准源的综合误差应小于被校表允许误差的1/3~1/5。 2) 标准源的调节细度应低于被校表分辨力的1/5~1/10。 3) 交流标准源的频率范围应能覆盖被校表交流档的工作频率范围。 4) 整个测试系统应有良好的屏蔽接地措施。校验高级数字万用表时宜在屏蔽室内进行, 接地电阻应小于03Ω。 5) 所用标准源应定期送交计量部门,检定合格后方能使用。 (2) 标准源典型产品简介 检定31/2~51/2位数字万用表的标准源型号及主要技术指标,可参考表106。需要说明 两点: 1) 由美国Fluke公司生产的7457A型自动校准系统,本身带 GPIB/IEEE488接口,它 在 MET/CAL软件的支持下,可通过微型计算机自动完成对仪器的校准、记录,并给出检 定报告。对于具备IEEE488接口并能做软件校准的智能数字万用表,该系统几乎不需要操 238 作人员的介入,即可迅速完成所谓不开盖的 “闭壳校准”(closecase)。 2) 除表中所列典型产品外,检验时尚需数字频率计、标准温度计、电子示波器、41/2~ 51/2位数字万用表、低频信号源等,限于篇幅,不一一列举。 表106 常用标准源信号及主要指标 型号 名 称 主要技术指标 生产厂家 7457A 自动校准系统 0~1100V(DC或 AC) 10Hz~1MHz 0~22A(DC或 AC) 1Ω~100MΩ 配 MET/CAL自动校准软件 美国 Fluke公司 5101B YEW2554 YJ87 YEW2558 SB868 ZX54 ZX21 ZX73 RX7/0 540B D030C 多功能校准器 直流标准源 直流标准源 交流标准源 多功能校准仪 实验室电阻箱 标准电阻箱 标准高阻箱 标准电容箱 热传输标准 数字式三用表校验仪 0~1100VDC(±001%) 0~1100VAC(±005%) 0~20ADC或 AC(±005%) 0~10MΩ(±005%) 0~±11999V(±005%) 0~±11999mA(±005%) 0~±11999V(±005%) 0~±11999mA(±005%) 0~1000V(±008%) 40~500Hz 0~50A(±008%) 0~1000V(±02%) 0~10ADC或 AC(±02%) 001Ω~111111kΩ(001级) 001~999999Ω(01级) 0~20MΩ(05级) 20~2000MΩ(10级) 100pF~1μF(05级) 热响应元件为真空热电偶 0~1000V(DC或 AC) 0~10A(DC或 AC) 北京无线电技术研究所 日本横河公司 上海电表厂 日本横河公司 上海电表厂 上海电工仪表厂 上海中华元件厂 上海电工仪表厂 上海泸光仪器厂 北京无线电技术研究所 山东潍坊无线电八厂 1032 数字万用表的调试方法 1调试程序 调试数字万用表时必须按照规定程序进行,概括讲,应遵循以下五条原则: 1) 先调零点,后调功能。首先做零点调整或检查零点,然后转入功能调试。 2) 先直流,后交流。首先调试直流档,再调交流档。 3) 先电压,后电流。先调试电压档,再检查电流档。 4) 先低档,后高档。一般从最低量程开始调试,然后逐渐升高量程。但对 ACV 档来 说,应先调2V 档,再调200mV、20V、200V、700V 档,以2V 为基准档。 5) 先基本档,后附加档。二极管档、hFE档、蜂鸣器档均属于附加档,它们是在基本档 的基础上扩展而成的。一般讲,只要调好基本档,附加档的调试工作就很容易完成。 2调试方法 袖珍式数字万用表的调试内容主要有18项,具体如下:①零点调整;②DCV 档的调 试;③ACV 档的调试;④DCA 档的调试;⑤ACA 档的调试;⑥Ω 档的调试;⑦200MΩ 高 239 阻档的调试;⑧电容档的调试;⑨频率档的调试;⑩温度档的调试;瑏瑡电导档的调试;瑏瑢逻 辑电平测试档的调试;瑏瑣信号发生器档的调试;瑏瑤二极管及蜂鸣器档的调试;瑏瑥hFE档的调 试;瑏瑦电池低电压指示电路的调试;瑏瑧测量整机功耗;瑏瑨检查仪表的线性度。 具体调试内容还应视数字万用表的型号而定,例如,DT810型 DMM 增加了信号发生 器档,能输出50Hz方波信号;DM6016、DT890Ch、DT930Fh、DT970、DT1000等多功能 数字万用 表 都 设 置 有 电 容 档,后 面 三 种 仪 表 还 有 频 率 档;DT830C、DT890C+、DT970、 DM6018均 有 温 度 档,DM6801 和 DM6902f则 是 专 用 数 字 温 度 表;DT930F+、DT940C、 GY5605设有电导档;DT890C+、DT890D 增设了200MΩ 高阻挡;DT970具有逻辑电平测 试功能。 下面介绍数字万用表的一般调试方法。 (1) 零点调整 1) 当输入端开路时,在直流200mV 档和2V 档可能有数字出现,系外界感应电压造成 的,但短路表笔后显示值应为零。200mV 档开路显示应在10个字以下,输入感应信号 (例 如用手触摸表笔尖) 时,仪表应有反应。 2) 交流档在短路时应显示零。 3) 直流及交流电流档、晶体管档在开路时应显示零。 4)2000pF电容档开路时显示数字应在10个字以下,其余电容档均显示零。将 Cx 插座 短路时,各电容档均应显示 “1”(指千位显示1,下同)。 5) 各电阻档在开路时应显示 “1”,将表笔短路时,除200Ω 档可显示3个字以下,其 他各档均应显示零。 6)200MΩ高阻档开路时显示 “1”,短路后显示9~10个字。 7) 蜂鸣器档开路时显示 “1”,短路后能发出正常的响声并显示为零。 8) 温度档开路时应显示室温。 9) 电导档开路时应显示零。 10) 频率档开路时应显示零或接近于零。 说明:第4)、6)、8)、9)、10) 项属于特殊量程,视仪表型号而定。 (2) 直流电压档 (DCV) 的调试 1) 将 被 校 表 拨 至 DCV-200mV 量 程, 按照图1010所示电路接好线。 2) 输入1000mV(对31/2位DMM 而言, 下同) 的标准信号,调节基准电压调整电位 器,使被校表显示值在规定范围内。 3) 依次输入200mV、1900mV 的标准 信号,观察被校表显示值应不超出规定范围。 图1010 直流电压档的调试电路 4) 输入-1000mV 的标准信号,要求与输入+1000mV 标准信号的显示差值不得超 过±1个字。此项误差亦称作颠倒误差。 5) 依次将量程开关拨至2V、20V、200V、1000V 量程,分别输入1000V、1000V、 1000V、1000V 标准信号,观察显示值应在规定误差之内。 240 (3) 交流电压档 (ACV) 的调试 1) 将被校表拨至 ACV-2V 量程,按照图1011所示同交流标准源连接。 2) 使交流标准源输出60Hz、1V(RMS) 的信号,调节 AC/DC 转换电路中的电位器, 使被 校 表 读 数 在 规 定 范 围 内;再 依 次 输 入 0200V、1900V 的交流信号,显示值均应在 规定范围之内。 3) 依次将量程开关拨至 200mV、20V、 200V、700V 档, 分 别 输 入 10000mV、 图1011 交流电压档的调试电路 1000V、1000V、700V 交流信号,显示值均应在规定范围内。 4) 交流标准源的信号频率分别选50Hz、400Hz,重复上述步骤,显示值应在规定范围 内。 (4) 直流电流档 (DCA) 的调试 1) 将被测表拨至 DCA-200μA档,按图1012接好电路。 2) 在 200μA、2mA、20mA 档,分 别 输 入 1000μA、1000mA、1000mA、1000mA 的信号电流,显示值均应在规定范围内。 注意:200mA 档的读数若偏高,待调整好2A 档后再进行测试。 图1012 直流电流档的调试电路 3) 将被校表拨于 DCA-20A档 (或 DCA-10A档),并将电流源、监测表接好线。 由直流电流源输出10A(或5A) 的电流,观察并记下被校表的读数,然后关闭电流源。 若显示值为上偏差,则在锰铜丝电阻焊点上加锡,通过增加横截面积来减小分流电阻值;若 为下偏差时则刮锡。 重复上述步骤,直至显示值在误差范围之内。注意,每次测试都应该在锰铜丝电阻恢复 正常温度 (室 温) 以 后 才 能 进 行。然 后 使 电 流 源 输 出 10A、20A(对 于 10A 档 则 为 5A、 10A),显示值均应符合规定范围,如果超差,就继续在锰铜丝电阻上吃锡或刮锡。 4)DCA-2A档的调试方法同 DCA-20A 档,区别只是要用一根裸导线,一端焊在线绕 电阻的根部,另一端焊在线绕电阻的合适位置上,即可改变显示值,直到在允许范围之内。 (5) 交流电流档 (ACA) 的调试 1) 将交流电流源的输出信号频率调至60Hz。 241 2) 在 ACA-200μA 档、2mA 档、20mA 档、200mA 档、2A 档 及 20A 档,分 别 输 入 1000μA 、1000mA、1000mA、1000mA、1000A和1000A(RMS) 的交流电流,显示 值应在规定范围之内。调整 ACA2A档分流电阻的方法,与 DCA2A、20A档完全相同。 (6) 电阻档 (Ω) 的调试 1) 按照图1013所示将被校表与标准电 阻箱接好线。 2) 将 被 校 表 依 次 拨 至 200Ω、2kΩ、 20kΩ、200kΩ、2MΩ、20MΩ 档,分 别 测 量 1000Ω、 1000kΩ、 1000kΩ、 1000kΩ、 图1013 电阻档的调试电路 1000MΩ、1000MΩ 的标准电阻,显示值应在规定范围之内。 (7)200MΩ高阻档 (HΩ) 的调试 1) 将被校表的量程转换开关拨至200MΩ 档,测量100MΩ 的标准电阻,仪表读数应符 合要求。如果没有100MΩ 的标准电阻,亦可用 ZX73型标准高阻箱代替。 2) 对于 位 数 及 型 号 不 相 同 的 数 字 万 用 表, 所 规 定 的 误 差 范 围 也 不 相 同。 例 如, DT890C+型31/2位数字万用表的200MΩ 档,显示值应在940~1060范围内。DT1000型 41/2位数字万用表的200MΩ 档,显示值需在9590~10510MΩ 范围之内。 (8) 电容档的调试 1) 将被校表拨至200nF 电容档,把1000nF(即0100μF) 的标准电容插入 Cx 插座 上,调节相应的电位器使显示值在规定范围内。 2) 用 2000pF、20nF、2μF、20μF 档 分 别 测 量 1000pF、1000nF (即 0010μF)、 1000μF、1000μF的标准电容,显示值均应在规定范围内。 (9) 频率档的调试 1) 将被校表拨至20kHz档,输入19kHz、50mV(RMS) 的标准频率信号。调整相应 的电位器,使显示值在规定范围之内。 2) 依次输入10kHz、1kHz、100Hz、10Hz的标准频率信号,显示值均应符合要求。 (10) 温度档 (T) 的调试 1) 调试设备 ① 保温桶1个 (用以盛放冰水混合物)。 ② 0~40℃、-10~+10℃的02级标准水银温度计各一支 (分别用来测量室温和冰点 温度)。 ③ 电热杯1个 (产生沸水)。 ④ 测温探头 (K 型热电偶)1支。 ⑤ 005级直流毫伏信号源1台。 2) 调试步骤 ① 将测温探头与被校表在相同环境温度 (室温) 下放置20min以上。 ② 将被校表拨至温度档 (T或 TEMP),把测温探头置于冰水混合物中,与插入其中的 水银温度计的水银泡处于同一高度且二者尽量靠近,探头的冷端则插入被校表的 K 型热电 偶插座上 (注意插座的 “+”、“-” 极性)。 ③ 调节相应的电位器,使被校表的显示值为000~001℃,调好零点后将此电位器点胶 242 封固。 ④ 把探头热端插入沸水 (100℃) 中,调节另一只电位器,改变基准电压值,使被校表 显示99~100℃。 ⑤ 从被校表上拔掉测温探头,仪表应显示所在环境温度 TA,误差应在规定范围内。 需要注意两点:第一,此步骤仅适合于表内有内置半导体温度传感器的数字万用表;第 二,环境温度应以置于该环境下20min的水银温度计的读数 TA 为准。 ⑥ 将毫伏信号源的输出接被校表的 K 型热电偶插座中 (注意正、负极性)。依次输出 1221mV、2913mV 和4127mV,分别校准300℃、700℃和1000℃的显示值。若被校表出 现超差,则微调所对应的电位器,直至显示值符合要求。 注意事项:在海拔较高的地区,水的沸点低于 100℃,误差范围需作相应修正。换言 之,只要仪表显示值与标准水银温度计指示出的沸点值相符 (允许±1℃),即认为合格。此 外,对没有冷端温度补 偿 的 温 度 档 而 言, 在 300℃、700℃、1000℃ 时 的 显 示 值 均 应 再 加 上 TA 值,方为实际测量值。 (11) 电导档 (ns) 的调试 1) 将被校表拨至ns档,然后测量100MΩ的标准电阻。 2) 调节相应的电位器,使显示值符合要求。 以上是对200ns(或100ns) 电导档而言,假若仪表还设置2ns档,则标准电阻应换成 10MΩ。 (12) 逻辑测试档 (LOGIC) 的调试 1) 将被校表拨至逻辑测试档 (LOGIC),将可调式直流稳压电源的输出端分别接至被 校表的 V+插孔与 COM 插孔之间。 2) 调节稳压电源的输出电压 Vo,当 Vo 低于规定的阈值电压时,被校表应显示 “” 符,同时蜂鸣器发声;当 Vo 高于阈值电压时应显示 “▲” 符号,此时蜂鸣器不发声。对 DT970型数字万用表而言,规定的阈值电压为19V。 (13) 信号发生器档的调试 DT810型数字万用表 专 门 设 置 了 50Hz方 波 信 号 发 生 器 档。 调 试 该 档 时 需 用 一 台 示 波 器,观察能否输出50Hz、3V(均为近似值) 的方波电压。因该档系附加档,故对输出方波 频率及电压幅度不作严格要求,允许有一定偏差。 (14) 二极管及蜂鸣器档的调试 1) 被校表选择二极管档,将二极管的正极接 V+插孔,负极接COM 插孔,显示值应为 二极管正向压降的近似值。若将二极管的极性反接,则仪表溢出,应显示 “1”。 2) 仿照图 1013 接上标准电阻箱,当被测电阻低于仪表规定值 (例如 20Ω、30Ω 或 70Ω,一般允许±10Ω) 时,蜂鸣器应发几声。 (15)hFE档的调试 1) 将被校表拨至hFE档。 2) 预备 NPN 型、PNP型晶体管各一只。 3) 依次将两只晶体管插入相应插孔中,仪表应显示被测管的hFE近似值。 (16) 电池低电压指示的调试 当被测表的电池电压 E<75V 时,应出现低电压指示符。 243 当 E>80V 时,不应出现低电压指示符。 假如低电压指示的阈值电压误差较大,可适当调整有关电阻或更换所对应的晶体管。 (17) 测量整机功耗 按照 图 1014 接 好 电 路, 测 量 整 机 工 作 电 流 不 得超过规定值 (通常为45mA)。该数值乘以电池 电压 (一般为9V,应以实测值为准),就是整机功 耗。31/2位、41/2位袖珍式数字万用表的典型功耗一 般 约 为 40mW, 少 数 表 (如 DT970 型) 可 达 70mW。笔式数字万用表 (例如3211B 型) 的典型 功耗约20mW。 (18) 检查仪表的线性度 将量程开关拨至 DCV-200mV 量程,利用直 图1014 测量整机工作电流 流电压 标 准 源 依 次 产 生 下 述 标 准 电 压:01mV、02mV、 …、1mV,1mV、2mV、 …、 10mV,10mV、20mV、…、100mV,1999mV,分别作为输入电压,检查该档的线性度。 200mV 为基本量程,该档调试好后,其余直流电压档一般没有问题。 1033 检修数字万用表的方法 1检修要点 (1) 注意积累修理资料 检修数字万用表是一项艰苦细致的工作,有时要花费很多精力,付出辛勤的劳动,因此 不断积累资料和总结经验十分重要。应当为每一块数字万用表建立技术档案,并进行统一编 号。每块表都要认真填写验收检定卡片、修理卡片、定期校验卡片。这样做的好处有两点: 第一,为每台仪表建立完整的技术档案;第二,有助于提高修理人员的技术水平。 修理过程也是实践———理论———再实践的循序过程。每修好一块数字万用表,总会有所 收获,取得新的经验,若不及时用文字整理记录下来,时隔日久难免忘却。常见的故障重复 率较高,查阅以往记录就可能迅速查明原因。某些故障与操作人员有关,需要把原因告知他 们,避免今后发生。有的特殊故障发生的机会少,排除时又颇费一番周折,记下来对日后工 作将有参考价值。记录应简明扼要,能说明问题。 另外还应提倡修理人员整理笔记,重点记如何根据现象去伪存真,分析判断,逐步确定 故障原因。在这里,思路的敏捷和推理的正确十分关键。还应记下开始作出的哪些判断是错 误的,为什么错等等。有些重要的想法,如对仪表线路改进的设想,稍纵即逝,更有记下的 必要。 (2) 检修数字万用表的一般步骤 检修数字万用表,好比医生给病人看病,不仿借用中医诊断时常用的 “望、闻、问、 切” 四字诀。 望:先对仪表进行外观检查,查看损坏情况,有无机械损伤、电气损伤、零部件丢失 等; 闻:听取使用人员介绍发生故障时所看到的异常现象等; 问:对疑点要多问几个为什么,例如操作人员是否有误动作,仪表的过电流及过电压保 244 护电路是否发生断路或短路故障; 切:进行切合实际的分析,必要时画出检修流程图,为迅速排除故障创造条件。 望、闻、问、切都属于调查研究,分析原因,以便做到心中有数。 修理数字万用表需参照电路图进行。若有印制电路和元件装配图,就更为便利。数字万 用表的产品说明书一般不提供电路图,这给维修带来很大困难。必要时应自己测绘整机电路 或仅测绘涉及故障的部分电路,亦可参考有关书籍提供的数字万用表的整机电路和单元电 路。 检修故障一般从电源开始。若接通电源后 LCD 无任何显示,应首先检查9V 叠层电池 的电压是否太低,电池引线断否,电源开关有无损坏。假如电池电压正常,从单片 A/D 转 换器上却测不出电压,通常是电池引线开路或电源开关内部接触不良。 寻找故障应遵循先外后里、先易后难、化整为零、重点突破的原则。排除故障应力求彻 底,不留隐患,不能存有侥幸心理。有的数字万用表在修理后稍受振动或用手拍打一下机 壳,就不能正常工作,多属接触不良。倘若放过此类故障,仪表使用过程中会时好时坏,贻 误工作。 仪表修完后先不要装外壳,应再通电检查几次,确认修好后再装壳。条件允许时应按原 技术指标对仪表进行校验,最后填写修理卡片。 修理工作只有和日常维护保养、定期校验结合起来,才能确保仪表的各项技术指标,延 长使用寿命。 2检修数字万用表的12种方法 (1) 直觉法 直觉法就是不使用电测手段,仅凭人的感觉器官 (眼、耳、鼻、手) 对故障原因作出判 断的方法。善于运用此法,常能迅速查明一些故障。这是因为故障大多由短路、断路、元器 件损坏所造成,其中有一部分现象可通过外观检查来发现。 例如,用眼睛能发现断线、脱焊、搭锡短路、熔断器烧断、电解电容器漏液、机械性损 伤、印制导线的铜箔翘起等,用眼睛还可观察hFE插口、Cx 插座、热电偶插座是否有污垢、 铜锈或异物。 用蜂鸣器档检查已接通的线路时,耳朵能听到蜂鸣声,否则可能是压电蜂鸣片脱焊,或 者电压比较器、门控振荡器损坏。对于单片数字万用表 (例如3211B型笔式 DMM),则可 能是专用芯片ICL7139损坏,该表的蜂鸣器档外围电路只有压电蜂鸣片。 用鼻子可以嗅到特殊气味,例如电阻、印制电路板、电源变压器被烧毁时的焦糊味。用 手可以摸出电池、电阻、晶体管、集成电路的温升过高。如果新装入的电池发热,说明存在 短路现象,电源滤波电容严重漏电可导致电源短路。此外,用手还可以检查元器件有无松 动,集成电路的管脚是否插牢,量程转换开关是否卡滞等。 (2) 测电压法 检查各级工作电压。例如测量ICL7106的 V+COM 端电压 (+28V)、基准电压 VREF (1000mV) 等,并与正常值进行比较。为保证测量基准电压的准确度,建议采用41/2位数 字万用表进行测量,而不能使用模拟式万用表。 (3) 电流法 测量整机工作电流时,可将另一块数字万用表拨至 DC-200mA 档,然后串接在9V 叠 245 层电池上,这样就不必打开表壳了。若预先测出电池的路端电压 (不是开路电压),就很容 易算出整机功耗。但也有的新型数字万用表,电池装在壳内。 (4) 波形法 用电子示波器观察电路中各关键点的电压波形、幅度、周期 (频率) 等。主要包括下述 内容 (以ICL7106为例): 1) 观察时钟振荡器波形,从第38脚 (OSC3) 应输出方波电压,频率约40kHz(对应 于测量速率25次/s)。允许振荡频率略有偏差,但频率稳定性必须好。若振荡器无输出, 说明ICL7106内部的反相器损坏,也可能是外部阻容元件开路。 2) 观察第21脚 (BP) 的波形,应为50Hz方波,否则是内部的分频器损坏。 3) 利用双线示波器同时观察相位驱动器输出波形与背电极波形。当该输出端呈显示状 态时,二者的波形应反相,即相位差等于180°。 4) 观察蜂鸣器驱动信号波形,频率一般为1~5kHz,因表而异。多数情况下为2kHz方 波。 5) 观察电容档文氏电桥振荡器的输出波形,应为400Hz正弦波。 (5) 信号追踪法 此法适用于检查 AC/DC转换电路、F/V 转换电路、C/V 转换电路等。例如当不能测频 率时,可由一台音频信号发生器向被检仪表注入幅度和频率都适宜的电压信号,然后从前往 后逐级追踪输入信号的去向,同时用示波器观察波形的变化情况,即可迅速判定故障位置。 以 DT980改进型数字万用表200kHz档为例,当输入100mV、100kHz正弦波信号时,IC4a IC4b两级电压放大器 (TL062) 应能输出放大整形后的频率信号,又经过IC11进一步整形, 从C20输出的应为沿口陡峭的矩形脉冲。通过IC5,作 F/V 转换,滤波后应变成直流电压 V0。如果信号从哪一级中断或者波形出现严重失真,就说明前级出现故障。 (6) 短路法 参见1032节的零点调整方法。 (7) 断路法 在不影响其他部分正常工作的前提下,将可疑部分从单元电路中断开。只要故障消失, 就证明故障在被断开部分内。 (8) 测量元件法 当故障已经缩小到某个或某几个元件时,可对其进行在线测量或脱离线路的测量。例如 用另一块好万用表检查出电阻是否短路、断路或阻值改变,电容是否击穿等。测量在线电阻 时必须考虑与之并联的其他元件的影响,必要时可焊下被测电阻的一端再测。 鉴于数字万用表中的晶体管和二极管大多采用硅管,最好能使用数字万用表的低功率档 测量在线电阻,避免硅管导通后影响测量的准确性。 检查分压电阻及分流电阻时,须采用准确度较高的41/2位数字万用表或选用电桥来测量 电阻值。 (9) 干扰法 把数字万用表拨至低量程交流电压档 (200mV 或2V 档)。 用手捏住表尖,利用人体感应电压作为干扰信号,此时液晶屏应出现跳数现象,否则说 明输入电路开路。 246 (10) 应急修理法 在现场测试中,仪表突然发生故障而又不希望中断测量,可采用应急修理法。其前提条 件是修理时间必须短,而且不能降低仪器的性能指标。在修理或处理方法上可灵活变通,以 充分利用现场测试所具备的条件。例如,当电源开关接触不良时,可暂将开关短接,使电源 接通。 需要注意,应急处理法只是权宜之计,待测试完毕应将仪表修理调试好。 (11) 替换法 对于可疑的元器件、部件及插件,均可用同类型质量良好的产品进行替换试用。替换的 目的仅在于缩小故障范围,减少怀疑对象,不一定就能立即查明故障原因,但它为进一步确 定故障根源创造了条件。 (12) 软故障查寻法 所谓软故障是相对硬故障而言的。硬故障是指容易查明的显性故障,例如元器件彻底损 坏、断线、漏焊、搭锡、电池渗出电解液、液晶显示器破裂或表面发黑等。软故障则属于隐 性故障,现象时隐时现,仪表也时好时坏,带有随机性,难以发现其变化规律。此类故障最 复杂,也最令修理人员感到头痛。常见原因包括焊点松脱、虚焊,接插件松动,转换开关接 触不良,元器件性能不稳定、将坏未坏,元器件的工作参数接近于临界值,引线将断未断或 在内部断芯等等。此外,也可能是由于外界因素而造成的,例如环境温度过高、湿度太大, 或工作环境的温差过大,附近有间断性强干扰信号等。 对软故障有两种处理方法,第一种方法是检查可疑部位,如印制电路板有无松动、翘 曲,插头不紧,元器件虚焊或固定不牢,量程转换开关是否接触不良;第二种方法是人为地 促使软故障转化成硬故障,例如摇晃仪表,拍打机壳,拨动元器件及引线,同时观察故障有 无变化,以确定故障位置,必要时还可连续开机,使将要坏的元器件及早损坏,把故障暴露 出来。 104 DT890C+型数字万用表的调试方法与故障检修 1DT890C+调试方法 DT890C+型数字万用表的调试方法详见表107。 表107 DT890C+型数字万用表调试一览表 调试步骤 测试项目 量 程 输入量 显示值允许范围 调整元件 200mV 1 DCV 2V 20V 200V 1000V 1000mV 200mV 1900mV 1000V 1000V 1000V 1000V 994~1006mV 198~202mV 1890~1920mV 0994~1006V 994~1006V 994~1006V 990~1010V RP3 (200Ω) 调试步骤 测试项目 量 程 输入量 显示值允许范围 1000V 0989~1011V 2V 0200V 0196~0204V 2 ACV 20V 1900V 1000V 1882~1918V 989~1011V 200V 1000V 989~1011V 700V 700V 689~711V 2mA 1000mA 0991~1009mA 20mA 3 DCA 200mA 1000mA 1000mA 991~1009mA 987~1013mA 20A 500A 485~515A 200mA 4 ACA 20A 1000mA 1000A 200Ω 1000Ω 2kΩ 1000kΩ 20kΩ 1000kΩ 5 Ω 200kΩ 1000kΩ 2MΩ 1000MΩ 20MΩ 1000MΩ 200MΩ 1000MΩ 2000pF 1000pF 20nF 1000nF 6 C 200nF 1000nF 2μF 20μF 1000μF 1000μF 0℃ 100℃ -50~400℃ TA② 7 T 300℃ 400~1000℃ 700℃ 1000℃ 977~1023mA 963~1037A 989~1011Ω 0991~1009kΩ 991~1009kΩ 991~1009kΩ 0991~1009MΩ 983~1012MΩ 940~1060MΩ 972~1028pF 972~1028nF 972~1028nF 0972~1028μF 972~1028μF -004~004①℃ 96~104℃ (TA-3) ~ (TA+3) (295+TA) ~ (305+TA) (675+TA) ~ (725+TA) (970+TA) ~ (1030+TA) ① 仔细调整电位器 RP2,可使显示值为000~001。 ② TA 代表室温,下同。 2DT890C+常见故障分析 DT890C+型数字万用表的常见故障分析参见表108。 247 (续) 调整元件 RP4 (200Ω) RP1 (200Ω) RP2 (10kΩ) RP5 (200Ω) 248 表108 DT890C+故障分析表 故障现象 故障原因 排出方法 开机后无 任何显示 显示暗淡 显示笔段 残缺不全 显示笔段 杂乱无章 ① 电池耗尽 ② 电池插头锈蚀,接触不良 ③ 电池引线断 ④ 显示器严重衰老,表面呈黑色 ⑤ 显示器损坏 ⑥ 因 表 内 进 水、 受 潮 或 电 池 漏 液, 造 成 TSC7106引脚与印制电路板严重漏电 ⑦ TSC7106的背电极接触不良,或印制导线断 开 ⑧ 印制电路板上有搭锡短路处 ① 电池电压不足 ② 显示器衰老 ③ C6 严重漏电,使电池电压低落,供电不足 ④ 电源电路局部短路,整机工作电流过大 (正 常情况应为15mV) ① 显示器的引线断裂 ② 显示器与导电橡胶条接触不良 ① 表内进水受潮造成漏电,使不应显示的笔段 电极上也加上驱动信号 ② 导电橡胶条错位 ① 更换电池 ② 用细砂纸和小刀除去铜锈 ③ 焊接或更换引线 ④ 更换 LCD ⑤ 更换 LCD ⑥ 用无水酒精棉球擦净水渍及污物,放暖气片 上或灯泡附近烤干 ⑦ 检修 TSC7106的插脚与插座,检查印制电路 ⑧ 用尖嘴镊子夹出锡珠或用刀片划断搭锡处 ① 更换电池 ② 更换 LCD ③ 更换33μF电解电容 ④ 找出短路故障加以排除 ① 用削尖的4H 铅芯在断脚处划几次,利用导 电的石墨接通断脚 ② 压紧导电橡胶,必要时更换之 ① 用无水酒精棉球清洗漏电区域 ② 调整导电橡胶条的位置 小数点显 示不正常 ① 量程开关S2e接触不良 ② 偏置电阻 R83~R85之中有开路的,使未选中 的小数点不能可靠地消除 ① 检修开关 ② 焊好偏置电阻 标识符显 示不正常 当电池电 压低于 15V 时,不 显示低电压 指示 DCV 档 不能测量 DCV 档 误差大 仪表稳定 性 差, 不 回 零 ① 标识符驱动端的偏置电阻 R68~R82有开路或 短路现象,引入外界干扰而造成乱显示 ② 量程开关S2g接触不良或簧片错位,使所在档 位的标识符不能作同步显示 ① VT1 损坏 ② VT1 的电流放大系数过高或过低 ① 分压电阻 R32~R36开路 ② 量程开关S2 接触不良、卡死或错位 ③ 限流电阻 R2 开路 ① 仅个别档误差增大,通常是量程开关在该档 位时接触不良,或该档分压电阻变值 ② 全部电压档皆相同比例出现超差,一般是 RP3 的触头移位,使基准电压改变 ① 印制电路板存在漏电 ② TSC7106性能不佳 ③ 积分电容 C2 漏电,造成漂移 ④ 因焊接不良影响稳定性 ① 查明并排除断路或短路故障,必要时还可更 换2MΩ 片状电阻 ② 检修开关 ① 更换晶体管 ② 适当调整 R8、R9 的阻值,使 E<75V 时显 示标识符,E>80V 时消隐 ① 重焊或更换开路的电阻 ② 修理开关 ③ 重焊或更换1MΩ电阻 ① 修理开关,或用±05%准确度的精密电阻 更换变值电阻 ② 重新调整 RP3(200Ω),使 VREF=1000mV, 然后蜡封 RP3 ① 用无水酒精棉球擦拭印制电路板 ② 更换 TSC7106 ③ 更换022μF电容 ④ 排除虚焊点 249 (续) 故障现象 故障原因 排出方法 DCA 档位 ① 02A/250V熔断器烧毁 ② VD1、VD2 击穿短路,用另一块表测量 mA COM 插孔之间的电阻值接近于零 ③ S2 接触不良,印制电路板烧损。此故障大多 因误测220V 交流电压而造成 ④ R40(001Ω) 烧断,使20A档无法测试 ① 更换相同规格的熔断器 ② 更换二极管 ③ 修复烧损处,对于印制电路板导线烧断处可 用导线接通 ④ 更换锰铜丝电阻 个别电流 档误差增大 ① 分流电阻值改变 ② 量程开关及熔断器插座的接触电阻过大 ① C17开路或容量减小,滤波不净,使 仪 表 跳 数 ① 更换相应的分流电阻 ② 修理簧片,用砂纸磨去铜锈 ① 更换10μF电解电容器 ACV 档 严重跳数 ② 周围环境存在强电磁场干扰或电火花跳数 ③ 仪表壳内的屏蔽层对模拟地开路,起不到屏 蔽作用。印制 电 路 板 的 公 共 地 端 装 一 个 压 簧, 与 ② 测量时应尽量远离荧光灯、电风扇、空调 机、电动机等电器设备 ③ 修理小弹簧,确保屏蔽层良好接地 ACV 档 测试误差增 大 ACA 档 不能测量 屏蔽层连通 ④ 仪表抗50Hz交流电干扰的能力差,主要是 时钟频率偏移过大 ①IC3 性能不佳 ② RP4 的触头改变位置 ③ 分压电阻的阻值改变,此时 DCV 和 Ω 测试 误差也会增大 ① ACA档与 DCA 档公用一套分流电阻,若分 流器出现故障,必然影响 ACA档 ② 量程开关接触不良 ① 曾误用电阻档测220V 交流电压,将量程开 关、印制电路板烧损 ④ 必要时测量时钟频率f0,更换振荡电阻 R4、 振荡电容 C3 ① 更换 TL062 ② 重调200Ω电位器,校准 ACV档 ③ 更换变值的分压电阻 ① 检查分流器 ② 修理量程开关 ① 修理或更换被烧损部件 不能测量 电阻 ② VT4 击穿短路,PTC开路损坏 ③ 基准电压电路断开,此时 Ω 插孔对 COM 插 孔之间测不到28V 的开路电压 ④ 电阻档的标准电阻开路 ① 标准电阻的阻值改变,此时电压档也不正常 ② 更换 VT4、PTC元件 ③ 焊接断路处 ④ 重焊 ① 更换变值的电阻,焊接时禁止使用焊油 电阻档误 差明显增大 或读数不稳 定 200MΩ 高阻档不能 测量 ② 量程开关接触电阻增大,使低阻档读数不准 ③ 印制电路板受潮漏电,使高阻档误差增大 ④ 200Ω档读数偏低,应检查积分电阻是否漏 电,使用该档 时 应 扣 除 表 笔 引 线 电 阻, 插 头 必 须 插牢 ⑤ 基准电容漏电 ⑥ 环境干扰过大,致使高阻档严重跳数 ① R42开路或短路,使 TSC7106得不到基准电 压 ② 热敏电阻开路,使 Rx无法接入测量电路中 ③ 保护管 VT4 击穿短路 ④ 限流电阻 R2 和 R3 开路 ② 修复S2 ③ 用无水酒精棉球清洗漏电处 ④ 更换 C2(022μF) ⑤ 更换 C2(01μF) ⑥ 将两根表笔线互相统合或改用屏蔽线 ① 更换1MΩ电阻 ② 更换PTC元件 ③ 更换保护管 ④ 重焊 250 故障现象 故障原因 当被测线 路接通蜂鸣 器不发声 hFE 档 不 能测试 ① 电压比较器IC3a损坏 ②IC5 损坏 ③ R20、C12虚焊 ④ 压电蜂鸣片受振后断裂,引线脱开 ⑤ 开机后蜂鸣器总响,是由于电压比较器IC3a 的参考电压改变 ① h插口内污垢太多,使被测晶体管接触不良 ② 晶体管的管脚插错位置,或未插到底 ③ 使用hm 插口时,量程开关未拨至hFE档 ④ 基极偏置电阻 R62或 R64(270kΩ) 上加不上 基极电压 hFE 档 测 量误差过大 电容档不 能测量 不能测量 二极管正向 压降 不能测量 温度 ① R62或 R64的阻值改变 ② 被测晶体管的e、c极插反 ③ 采样电阻 R63(10Ω) 变值 ① 量程开关S2 接触不良 ② 电容插座中的 V形簧片失去弹性,造成接触 不良 ③IC2 损坏,文氏电桥振荡器停振 ④ VD9~VD12中有的击穿短路 ① 保护二极管 VD7、VD8 击穿短路 ② 限流电阻 R23烧毁 ③ IC3a损坏 ① 量程开关接触不良 ② K型热电偶测温探头损坏 ③ 热电偶插座松动,接触不良 ④ 未插入热电偶时不能测量室温,可能是 VD6 短路 ⑤ R66、R51上未加上供电电压 ⑥ RP5 的触头松脱,使 TSC7106得不到基准电 压 ⑦ RP2 或 RP5 的触头位置改变,使误差增大 排出方法 ① 更换 TL062 ② 更换IC5 ③ 重焊 ④ 更换蜂鸣片,焊好引线 ⑤ 调整 R23、R26 (续) ① 用尖嘴镊子夹住无水酒精棉球擦净 ② 重插 ③ 重拨开关 ④ 重焊 ① 更换电池 ② 重插 ③ 更换10Ω电阻 ① 检修开关 ② 用尖嘴钳夹住修复簧片 ③ 更换 TL062 ④ 更换损坏的二极管 ① 更换二极管 ② 更换2kΩ/2W 氧化膜电阻 ③ 更换 TL062 ① 检修开关 ② 更换探头 ③ 修理插座 ④ 更换二极管,重焊电阻 (100kΩ) ⑤ 接通+28V电压 ⑥ 更换200Ω电位器 ⑦ 重调 RP2(校准0℃) 或 RP5(校准100℃) 第11章 信号发生器的检修 111 概述 在无线电和电子技术领域中,经常需要使用各种频率、各种波形和各种幅度的信号源, 用以测试、调整和检修工作。信号发生器可分为音频信号发生器、高频信号发生器和超高频 信号发生器。由于无线电电子学和其他科学技术的迅速发展,脉冲技术得到广泛应用。为了 获得具有一定形状、一定幅度和持续时间的单个脉冲或周期性脉冲,脉冲信号发生器的使用 日益增多。 音频信号发生器在调试或检修电子仪器、无线电设备以及测量电路元件中用途很广,诸 如调试或检修电子示波器、电子电压表、扩音机、无线电接收设备的终端装置、无线电发送 设备的调制电路以及测量电感线圈、电容器、电阻器等。此外在使用比较法测量频率,或者 作为外接同步信号时,也经常应用音频信号电压。 高频和超高频信号发生器广泛应用于研制、调试和检修各种无线电收音机、通信机、电 视接收机以及测量电场强度等场合,它能提供在频率和幅度上都经过校准了的从1V 到几分 之一μV 的信号电压,并能提供等幅波和调制波 (调幅或调频)。这类信号发生器通常称为 标准信号发生器,它的主要特征除了能提供定量准确度较高的各种频率和幅度的等幅波及调 制波以外,仪器的各个元件以及发生器整体,都有非常严密的屏蔽,并且在所有可能漏出高 频振荡功率的电路都装置有高频去耦滤波器,使泄漏极小。 脉冲信号发生器除了广泛应用在调试雷达、电视、多路通用系统和电子计数器系统中以 外,对于调试与检修数字仪器也是十分重要的辅助设备。此外,如果适当调节脉冲宽度和空 度,可以取得各种频率的方波信号,这对于调试与检修宽带放大器以及补偿式衰减器是一种 简便的测试信号。 信号发生器的技术性能是由频率范围、频率准确度与稳定度、非线性失真系数、输出电 压功率和输出阻抗等项目来表征的。 1频率范围 音频信号发生器的频率范围一般为20Hz~20kHz,而现代的低频信号发生器 (如 XD1 型信号发生器),其频率范围已做到从1Hz到1MHz,有的甚至高达10MHz。专门作为有线 测量用的低频信号发生器 (ZDP1型电平振荡器),其高端频率做到17MHz,甚至更高。 作为高频标准信号发生器 (如 XFG7 型和 XB18 型仪 器),它 的 频 率 范 围 大 多 是 从 100kHz到30MHz,而超高频的标准信号发生器 (如 XFC6型仪器) 的频率范围,大多是从 4MHz到 300MHz。XFC1 型 超 高 频 标 准 信 号 发 生 器 的 频 率 范 围, 则 从 150MHz 到 1000MHz。 脉冲信号发生器的频率范围即脉冲重复频率,无一定的规定,如 MF1型脉冲信号发生 器的重复 频 率 范 围 是 50Hz~10kHz;MFS2A 型 双 脉 冲 信 号 发 生 器 的 重 复 频 率 范 围 是 01Hz~1MHz;XC14型脉冲信号发生器的重复频率范围是3~50MHz,而 XC19型脉冲发 252 生器的重复频率则高达300MHz。 2频率准确度与稳定度 对于信号发生器的频率准确度即频率刻 度 的 相 对 标 称 误 差, 一 般 不 大 于 ±1%, 但 对 于 频率稳定度方面的要求 却 是 严 格 的。 一 般 要 求 信 号 发 生 器 的 频 率 稳 定 度 应 小 于 10-2~5× 10-4,而作为精密测量用的信号发生器,其频率稳定度则要求达到106~107。例如,XD1 型低频信号发生器的频率漂移,在仪器通电预热30min后,1h内不超过0l%,其后7h内 不超过02%;XB18型高频标 准 信 号 发 生 器, 预 热 15min 后, 在 连 续 工 作 2h 内 的 频 率 漂 移不大于±04%;而 HFC6型超高频标准信号发生器的频率稳定度,在电源电压220V 和 环境温度20℃的条件下,通电预热1h后,每10min内频率的漂移不大于±2×10-4。 对于脉冲信号发生器的重复频率的准确度与稳定度,没有一定的严格要求,其频率误差 通常不超过±5%。 3非线性失真系数 一般音频信号发生器的正弦波非线性失真系数约为1%,制作精良的信号发生器 (如 XD1型信号发生器),其电压输出的失真度≤01%,而功率输出的失真度≤05%。 对于高频和超高频信号发生器,由于 LC 谐振回路的滤波作用,因此对波形不需要严格 的要求,但是通常的振荡信号失真度应小于5%,即眼睛看不出来有明显的波形失真。 脉冲信号的波形是由前沿上升时间、脉冲宽度、上冲量和后沿下降时间等指标来表征 的。总之,要尽量接近矩形,其上、下冲应小于10%。 4输出电压与功率 信号发生器主要是输出信号电压的,对于音频信号发生器,大都兼有信号电压和信号功 率输出 (如FGD7型和 XD1型仪器),其输出功率最大可达5W。但对于米波段、分米波 段以上的微波信号发生器,则是输出以毫瓦 (mW) 计量的信号功率。 为了获得从微伏级 (μV) 到毫伏级 (mV) 的小信号电压,信号发生器的信号电压是通 过一系列的衰减器而输出的。如 XD1型信号发生器的最大信号电压为5V,通过0~80dB 的步进衰减器和输出 “微调” 控制,可获得大于100μV 的小信号电压;XB18型高频标准 信号发生器 则 可 输 出 01μV~1V 的 信 号 电 压;XFC6 型 超 高 频 信 号 发 生 器 也 可 输 出 从 05μV~50mV 的信号电压。信号发生器输出信号电压标称值的误差,一般为 ±5% ~ ± 10%。 有功率输出的音频信号发生器,是通过输出变压器以满足不同输出阻抗的要求,其相应 的最大输出信号电压u (V) 为 u = 槡PZ 式中 P———仪器的最大输出功率; Z———相应的输出阻抗档级。 如 XD1型仪器的功率输出阻抗档级有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5kΩ五档,则相应档 级的最大输出信号电压分别为15V、20V、30V、50V 和150V (以最大输出功率为5W 计 算)。 对于脉冲信号发生器,一般要求具有一定的负荷能力,其输出电压范围大都是从几十毫 伏 (mV) 到几十伏 (V)。如 MFS2A型双脉冲信号发生器,其输出脉冲信号的幅度范围为 8mV~50V。 253 5输出阻抗 音频信号发生器的电压输出端的输出阻抗一般为100kΩ 或600Ω,而其功率输出端的输 出阻抗,则依输出变压器的设计而定,通常从几十 Ω 到几kΩ 划分档级 (如 XD1型仪器的 功率输出端的输出阻抗,分为50Ω、75Ω、150Ω、600Ω 和5kΩ 五个档级)。 对于高频和超高频信号发生器,其输出阻抗通常为75Ω。如 XB18型高频标准信号发生 器的输出阻抗,依不同的衰减档级为8~40Ω;XFC6型超高频标准信号发生器的输出阻抗 为75Ω;MFS2A 型双脉冲信 号 发 生 器 的 输 出 阻 抗 则 为 100Ω。 因 此, 当 引 接 信 号 电 压 至 被 测系统时,应考虑是否有直流电源注入信号发生器,必要时应在仪器输出电缆的高电位端串 接一个适当电容量和工作电压的耦合电容器阻隔直流电源,以免烧坏信号发生器的输出衰减 器或输出变压器。 信号发生器是一种常用的电子仪器,由于构成电路的元器件的老化、变值、虚焊、损坏 等原因,或者由于外部交流电源电压和内部直流电源电压的不足或超过,以及频率或输出调 节机构的松脱、滑位、损坏等原因,经常会出现无信号电压输出、输出信号电压不足、无调 制作用以及无脉冲输出等故障现象。这就需要根据各种类型信号发生器的电路结构和工作原 理,按照一定的检修程序进行测试,以便确定产生故障的部位和查出产生故障的原因。 信号发生器的频率、输出电压、调幅度、频偏等标称值的准确度都有比较严格的要求, 因此,各种信号发生器使用一定周期,或者经过修理后,必须进行定量测试和技术调整工 作,以保证仪器的主要技术性能达到指标规定的要求。 112 信号发生器的基本原理 1121 音频信号发生器 1文氏电桥 RC 振荡器 通常的 LC 振荡器其振荡频率f 和振荡回路中的L、C 参量的关系式为 f= 1 2π槡LC 如果使用固定的电感线圈 L,而用一个可变电容器 C 来改变振荡频率时,它的频率覆 盖系数为 槡 K = fmax fmin = Cmax Cmin 式中 Cmax———可变电容器的最大电容量; Cmin———可变电容器的最小电容量; fmax———频段的最高振荡频率 (上界频率); fmin———频段的最低振荡频率 (下界频率)。 由于一般可变电容器的 Cmax和 Cmin的比值约为 10 左右 (例如 Cmax=450pF,Cmin= 40pF,则CCmmainx≈1125),即最大 的 频 段 覆 盖 通 常 为 3 倍 左 右。 但 是 对 于 一 个 音 频 信 号 发 生 器来说,设其频率范围为10Hz~1MHz,或更高一些,则要求频率覆盖不小于1×105,因此 很难采用普通 LC 振荡器实现这样宽的频率覆盖要求。 254 因为 RC 振荡器的振荡频率,大体上与 RC 乘积成反比,所以,如果使用固定电阻器 R 和可变电容器 C 作为频率调节机构,并设后者的最大与最小电容量的比值为10∶1,则频率 覆盖可达到10倍左右。由此可见,采用 RC 振荡器是解决音频信号发生器频率覆盖宽的好 方法。 几乎所有 的 振 荡 器 都 是 一 种 反 馈 式 振 荡 器, 其 示 意图如图111所示。这里是借助适当的反馈网络,把 一部分输出电压 uo 反馈到放大器的输入电路,来替代 放大器所需的输入电压 ui,其振荡条件是 ub 和 ui必 须同相,并且其幅度应该 ub≥ui。设放大器的放大倍 数为 A=uuoi,反馈网络的传输系数为β=uubo,如果反 馈网络的正反馈特性能使 ub 和 ui的极性符合图111 所示,则产生自激的条件为 图111 反馈式振荡器示意图 Aβ ≥1 图112示出了文氏电桥 RC 振荡器的简化图。它是由二级放大器和文氏电桥构成的 “正” 反馈桥臂 R1、C1 与 R2、C2,以及包括热敏电阻 RT在内的 “负” 反馈桥臂 R3 与 R4 所组成。这里,任何出现在第一级放大器输入端的信号电压 ui,将被放大,倒相,再放大, 再倒相,因此两级放大器的总相移为360°。然后把第二级放大器的输出电压 uo,经过 “正” 反馈网络反馈到第一级放大器的输入端,因而产生振荡。如果反馈网络无选频作用,振荡器 的输出波形将不是正弦波,而是如同多谐振荡器所产生的近似方波。为了获得只对某一频率 才能满足自激振荡的条件,这里采用了一种具有频率选择性的文氏电桥,作为反馈网络。 图112 文氏电桥 RC 振荡器简化图 设第一级放大器输入端的起始电压为ui,而两级放大器的总放大倍数为 A,则第二级 放大器的输出电压 uo 为 uo = Aui 在图112中,R1 与 C1 串联电路的阻抗Z1 为  Z1 = R1-jω1C1 或 255 槡 ( ) Z1= R12+ 12 ωC1 而 R2 与 C2 并联电路的阻抗Z2 为 ( )  Z2 = R2RR22--jjωω1C1C21 = 1 R12+jωC2 或 槡( ) Z2= 1 1 R2 2 +(ωC2)2 所以,通过 RC 网络加到第一级放大器输入端的正反馈电压ub 为 ( ) ub= Z2 Z1+Z2 uo 为了产生自激振荡,正反馈电压ub 的相位必须与第一级放大器输入端的起始电压ui的 相位一致。但反馈网络是由阻抗元件构成的,虽然反馈网络的输出电压 uo 和 u1 同相位 (通过两级放大器后移相360°),而它的输入电压 u2 (即 ub) 的相位,却依从于振荡频率 ω,其电流与电压之间的相位关系如图113所示。这里,在 R1C1 的串联电路中,R1 两端 的电压降uR1和通过它的电流i 同相位,而 C1 两端的电压 uC1则滞后于电流i90°,因此, R1C1 串联电路两端的电压u1 与i之间的相角θ1 为 θ1 =arctanuuCR11 =arctaniiXRC11 =arctanR11C1ω 其相位关系如图113a所示。 在 R2C2 的并联电路中,通过 R2 的电流iR2与电压u2 是同相位的,而通过 C2 的电流 iC2则超前u290°,因此,通过 R2C2 并联电路的电流i与u2 之间的相角θ2 为 u2 θ2 =arctaniiCR22 =arctanXuC22 =arctanR2C2ω R2 其相位关系如图113b所示。 图113 文氏电桥 RC 振荡器的反馈网络中电流与电压的相位关系 a) 串联支路相位关系 b) 并联支路相位关系 c) 总相位关系 256 由此可见,只有在Z1 和Z2 上的端电压u1 与u2,和流经它们的电流i之间的相位差相 等,即在θ1=θ2=θ 的情况下,反馈电压u2(ub) 才有可能与输入电压u1 同相位,其相位 关系如图113c所示。此时,ub 和ui的相位也就一致了,从而实现正反馈的条件而产生振 荡。所以,文氏电桥 RC 振荡器产生振荡时,其 R、C 参数的关系是 移项后可得 1 R1C1ω = R2C2ω 槡 ω = 1 R1R2C1C2 实用设计时取 R1=R2=R,C1=C2=C,因此 ω = 1 RC =2πf0 则振荡频率为 f0 =2π1RC 这就是文氏电桥 RC 振荡器的振荡频率f0 与 RC 参数的关系式。由此可知 槡 ( ) 槡 ( ) Z1= R12+ 12 ωC1 = R2+ RC C 2 = 槡2R 槡( ) 槡( ) ( ) Z2= 1 = 1 R2 2 +(ωC2)2 1 =R 1 R 2 + C RC 2 槡2 这样,RC 反馈网络输出的正反馈电压ub 为 ( ) ( ) ub= Z2 Z1+Z2 uo = 槡2 R 槡2R + R uo = uo 3 槡2 即 RC 反馈网络的反馈系数β 为 β = ub uo = 1 3 因此,文氏电桥 RC 振荡器的两级放大器满足振荡条件的总放大倍数A 为 A = 1 β = 11/3=3 但是实际上两级放大器的放大倍数远大于3,为了避免由于正反馈太强而导致振荡波形 的畸变,并提高振荡的稳定性,在文氏电桥 RC 振荡器的电路中,除了正反馈以外,还采用 一定的负反馈,图112中的 R3 和 R4 就是这种负反馈装置,其相应的负反馈电压为 u′b。 显然,要获得最佳的振荡条件,必须使正反馈电压 ub 稍大于负反馈电压 u′b。此时,“正” 反馈网络和 “负” 反馈装置构成的四臂电桥,即所谓的文氏电桥达到平衡条件 移项得 Z1 Z2 = R3 R4 ( ) ( ) R3= Z1 Z2 R4 = 槡2R R/槡2R R4 =2R4 257 这就是负反馈装置的分压器阻值的数量关系。实际上 R3 是由电位器RP和热敏电阻RT 组成的 (参见图112),RP用以调节 R3 的阻值,使满足 R3=2R4 的起振条件;RT 是负温 度系数电阻,即通过的电流大,阻值变小,通过的电流小,阻值变大,因此作为振荡器输出 的自动稳幅控制。比如,当振荡输出电压 uo 由于某种原因有所增大,通过 RT 的电流随之 增大,其阻值变小,R3 随之减小,促使 “负” 反馈电压 u′b 有所加大,振荡因而减弱,uo 也就减小了;反之,当振荡输出电压uo由于某种原因有所减小,通过 RT的电流随之减小, 其阻值变大,R3 随之增大,促使 “负” 反馈电压u′b 有所减小,振荡因而增强,uo 也就增 大了。 在文氏电桥中,“正” 反馈电压 ub 的相位除了与频率有关外,它的幅度还会随着频率 而变动。当频率f>f0 时,R2C2 并联电路的阻抗Z2 变小,“正” 反馈电压ub(即u2) 因 而下降,以至小于 R4 上的 “负” 反馈电压 u′b,不能起振;反之,当f<f0 时,R1C1 串 联电路的阻抗 Z1 变大,“正” 反馈电压 ub 因而下降,也不能超过 “负” 反馈电压 u′b,仍 不能起振。所以,只有在f=f0 的情况下,“正” 反馈电压 ub 最大,可以恰恰等于或稍大 于 “负” 反馈电压u′b,从而产生自 激振荡。 由此可知,文氏电桥 RC 振 荡 器的 自 激 条 件 必 须 满 足 三 项 要 求: 第一,两 级 放 大 器 的 放 大 倍 数 应 大 于3;第二,“正” 反馈网络的输入 电压 ub 必 须 与 输 出 电 压 uo 同 相, 即ub 的相移应等于零;第三,“正” 反馈电压 ub 应略大于 ub′。这些条 件只能在某一频率 f0 上才能满足, 其振荡条件示意图如图114所示。 图114 文氏电桥 RC 振荡器的振荡条件示意图 2XD1型低频信号发生器的电路结构 音频信号发生器的电路结构,除了作为主振的文氏电桥 RC 振荡器以外,还包括输出放 大器、输出调节器、输出衰减器、输出指示电子电压表和直流稳压电源等部分。对于有音频 功率输出的信号发生器,还包括功率放大器、过载保护电路和输出匹配变压器等部分。图 115示出了常用的 XD1型低频信号发生器的电路结构框图。这里,文氏电桥 RC 振荡器输 图115 XD1型低频信号发生器电路结构框图 258 出的1Hz~1MHz信号电压,通过输出放大器加到输出调节器上,然后再经由输出衰减器连 接到电压输出端子。如果需要输出低频功率,衰减器输出的信号电压,再通过功率放大器和 阻抗匹配变压器,输出低频信号功率到负载电路。因为 XD1型仪器采用全晶体管电路,为 了防止末级推挽输出的大功率晶体管因过载而损坏,所以还采用过载取样和相位识别的保护 电路。 1122 高频信号发生器 1LC 振荡器 高频信号发生器的主控振荡器,几乎无一例外地都采用 LC 振荡器。LC 振荡电路的类 型很多,诸如变压器耦合振荡电路、电感三点式振荡电路 (又称哈特来振荡器)、电容三点 式振荡电路 (又称柯比兹振荡器)、电子耦合振荡电路和调栅调屏振荡电路等。因为高频信 号发生器的频率是连续可变的,并且要求工作稳定,操作简便,所以通常多采用变压器耦合 振荡电路和电感三点式振荡电路的设计,现将其工作原理分述如下: (1) 变压器耦合振荡电路 LC 振荡器也是一种反馈振荡器,它实际上 是由一个放大器和 LC 选频反馈网络构成的,图 116示出一种常用的调屏振荡器电路原理图。这 里,高频变压器 TH 的一次绕组 W1 串接在电子 管 VE的屏极电路中,它和可变电容器 CT 组成 的并联谐振电路作为选频网络,并通过 TH 的二 次绕组 W2 对电子管的栅极 G 进行 “正” 反馈。 图116 调屏式 LC 振荡器原理图 由于任何电子线路中总有来自各种噪声和不稳定状态的电扰动存在 (如电路器件自身的噪声 电平和接通电源时的瞬间不稳定状态),这种电扰动最终都会使电子管的屏极电流发生变化, 从而使放大器有信号输出。由于电扰动信号的不规则性,放大器的输出信号中含有极其丰富 的谐波。但是借助于选频反馈网络,只能使频率等于或接近选频网络的自然谐振频率的谐波 分量反馈到放大器的输入端。如果反馈信号与原来的信号相同,亦即由反馈信号引起的输出 变化与原输出信号在频率的分量的变化一致的话,整个电路通过这种放大、选频的反复过 程,终于能够在一定的频率上产生自激振荡。自激振荡产生后,振荡器中的电压和电流的振 幅逐渐增大,但这种增大并不是无限的,而是在振幅达到一定数值后不再继续增大,形成稳 态振荡。LC 振荡器的选频反馈网络是LC 并联谐振回路,所以,它的振荡频率f 为 f= 1 2π槡LC XFG7型高频标准信号发生器的主控振荡电路,就是一种典型的 LC 振荡器,其电路原 理图如图117所示。这里,VE1 是五极电子管,它的帘栅极、控制栅极和阴极构成三极管 并馈式变压器耦合调屏振荡电路,并通过电子耦合,从 VE1 的屏极输出振荡电压,再由 R2 和C8 组成的阻容耦合电路,注入信号电压到缓冲放大器 VE2 的控制栅极上。高频变压器 TH 的一次绕组 W1 和可变电容器 C6 组成并联谐振回路,C5 是频率校准微调电容器,正反 馈是通过 TH 的二次绕组 W2 来实现的。R3 和 C4 组成振荡器的自偏压环节,R56为低值防 振电阻 (几十 Ω),串接在 VE1 的栅极输入端,用以防止 VE1 产生寄生振荡。 259 图117 XFG7型高频标准信号发生器的主振电路原理图 当 LC 振荡器的频率较低时 (几十~几百kHz),谐振电感线圈的电感量较大,Q 值也 较低。为了提高振荡功率的输出,减轻谐振电感线圈的负载,防止低 Q 回路可能产生的寄 生振荡,这种振荡器大多采用变压器耦合的推挽振荡器,XB18型高频标准信号发生器的第 一、二波段主振电路就是一种典型的实例,其电路原理图如图 118 所示。这里,晶体管 VT1 和 VT2 组成推挽振荡器,它是通过高频变压器 TH 的二次绕组 W2 进行 “正” 反馈的。 可变电容器 C1 和 TH 的一次绕组 W1 组成并联谐振电路,C3 作为频率校准的微调电容器, 其振荡输出通过二次绕组 W3 和耦合电容器 C4,加到缓冲放大器 VT3 的基极上,然后再从 集电极输出信号电压到高频放大器。 图118 XB18型高频标准发生器的第I波段主振电路原理图 (2) 哈特来振荡电路 哈特来振荡器又称电感三点式振荡器或自耦变压器耦合振荡器,图119示出两种常见 的电子管哈特来振荡器电路原理图。这里,VE 是放大用的电子三极管,也可使用五极管; Cg为栅极耦合电容器,用以防止栅漏电阻偏压被短路;Rg 为栅漏电阻,在振荡产生以后, 通过栅流形成栅极偏压,以限制屏流和稳定振荡。自耦变压器式的高频电感线圈 W1 和 W2 只有三个接点,其中间抽头总是注入电流的,图119a为阳极串馈电路,而图119b为屏极 串馈电路。根据自感电压的极性,高频电感线圈无论是哪一端连接到电子管的栅极,都可实 现 “正” 反馈,这就是哈特来振荡电路较之一般变压器耦合振荡电路具有不会接错极性并且 260 容易起振的特点。 图119 电子管哈特来振荡电路原理图 a) 阳极串馈法 b) 屏极串馈法 晶体管 LC 振荡电路的 “正” 反馈有基极注入和发射极注入两种方式,前者输入阻抗较 大,容易起振,但也容易过激而引起振荡波形失真,一般多用在半导体收音机的本振电路 中。对信号发生器来说,要求振荡波形尽量接近纯正弦波,发射极注入的输入阻抗较低,不 易过激,振荡波形较好,因此使用较多。XB18型高频标准信号发生器的波段三、四、五、 六的主振电路,就是一种典型的发射极注入式哈特来振荡电路,其电路原理图如图1110所 示。这里,自耦变压器高频线圈的接法与基极注入式有所不同,即其中间抽头作为 “正” 反 馈输出端,而其他两端之一作为电源注入端。在图1110中,“正” 反馈是通过C22注入晶体 管 VT9 的发射极,而振荡电压则经由射极电阻 R27和 R28分压后,再通过 C23耦合到缓冲放 大器 VT10的基极上,然后从它的集电极经由 C25输出振荡信号到高频放大器。 图1110 XB18型高频标准信号发生器的第四波段主振电路原理图 2XB18型标准信号发生器的电路结构 高频或超高频信号发生器的电路结构,除了作为主控的 LC 振荡器以外,还包括缓冲放 大器、音频振荡器 (作为低频调制信号源)、输出衰减器、电压值度盘、幅度输出指示器、 调制度指示器和直流稳压电源等部分。图1111示出了 XB18型标准信号发生器的电路结构 框图。这里,高频 LC 振荡器的100kHz~25MHz的信号电压,加到两级推挽式高频放大器 进行功率放大,然后耦合到细调电位器 (即电压值度盘),以输出0~1V 信号电压。提供低 频调制信号的音频振荡器,其输出的20Hz~20kHz信号电压,通过 “调幅” 开关 S2 注入第 一级推挽式高频放大器的基极电路中,以对高频等幅波进行调幅。高频放大器输出的信号电 261 压,还可通过 “校准” 开关S1 加到混频器上,跟100kHz或1MHz晶体振荡器的基波频率及 谐波频率进行差拍,并借助低频放大器和扬声器,对高频信号发生器的频率刻度进行比较与 校准。高频放大器输出的信号电压,通过第一次检波作为输出幅度指示 (固定1V),然后通 过第二次检波作为调幅系数指示 (M %)。 图1111 XB18型标准信号发生器的电路结构框图 1123 脉冲信号发生器 现代的脉冲信号发生器大多是由主振、延迟、主脉冲形成、极性转换和末级输出器等几 部分电路组成的,其中以主振电路和主脉冲形成电路最具特色。下面以 MFS2A 型双脉冲 信号发生器和 XC2C型脉冲信号发生器的有关电路为实例,叙述其工作原理。 1主振电路 脉冲信号发生器的主振电路是作为 “内” 触发的信号源,它决定仪器输出脉冲信号的重 复频率。例如,MFS2A 型双脉冲信号发生器的主振电路,是一种电子管的阴极屏栅耦合多 谐振荡器,其输出方波频率从01Hz到1MHz,分七个档级连续可调;XC2C 型脉冲信号发 生器的主振电路,是一 种 晶 体 管 射 极 耦 合 多 谐 振 荡 器, 其 输 出 方 波 频 率 从 1kHz到 30MHz 分为九档连续可调。 (1) 电子管阴极屏栅耦合多谐振荡器 图1112示出 MFS2A型双脉冲信号发生器的电子管阴极屏栅耦合多谐振荡器的电路原 理图与工作波形图。这里,电子管 VE1b和 VE2b构成正栅式阴极屏栅耦合多谐振荡器,其产 生的方波作为 “内” 触发信号源。VE1b和 VE2b的栅极经由栅漏电阻 Rg1和 Rg2,跟+300V 的分压电位器 RP7 相接,并且被电子管 VE3a和 VE3b钳位至 “0V”,调节共阴极电位器 RP1, 可调整两管的工作点在放大区。由于 VE1b和 VE2b通过栅极电容器 Cg1、Cg2来实现屏栅耦合 的正反馈作用,以及共阴极电阻 R8 和 RP1 的耦合作用,因此,这种电路即使在没有任何外 加激励下,只要一接通电源,立即产生振荡,其工作波形如图1112所示。当接通电源时, 各路直流电压加进电路,电子管 VE1b和 VE2b的屏压同时建立,电容器Cg1和Cg2通过电子二 极管 VE3a和 VE3b进行充电,并将两管的栅极钳位在 “0V”,两管都有屏流通过。设某一瞬 间右边电子管 VE2b的屏流较之左边电子管 VE1b的屏流ia1增长得快,通过共阴极电阻的耦合 262 作用,使 VE1b的阴极电位 升高,这就相当于 VE1b的 栅 极 负 偏 压 增 大, 促 使 VE1b的 屏 流 随 之 减 少, 它 的屏压ea1随之升高。由此 产生 的 正 向 阶 跃 电 压, 经 由栅 极 电 容 器 Cg1耦 合 到 VE2b的栅极上,促使它 的 屏流ia2进一步增长。这种 强烈 的 正 反 馈 过 程, 迅 速 地 使 VE1b 完 全 截 止, 而 VE2b则 饱 和 导 通。 此 时, 栅 极 电 容 器 Cg2 便 通 过 VE2b、R8 与 RP1、“-150V”、 Rd1与 RP7 以及 Rg1进行放 电。Cg2的放电电流在 Rg1 上产生的电压降,对 VE1b 的栅 极 是 很 大 的 负 偏 压, 这就保持 VE1b处于截止状 态,同 时 也 阻 断 了 电 子 二 极管 VE3a的 通 路。当 Cg2 放电至使eg1达到截止偏压 -eg1时,左边电子管 VE1b 的屏 流 开 始 产 生, 通 过 共 阴极 电 阻 的 耦 合 作 用, 使 VE2b的 阴 极 电 位 升 高, 这 就相当于 VE2b的栅极负偏 图1112 MFS2A型仪器的主振电路原理图与工作波形图 压增大,促使 VE2b的屏流随之减少,它的屏压ea2随之升高。由此产生的正向阶跃电压,经 由栅极电容器 Cg2耦合到 VE1b的栅极上,促使它的屏流ia1进一步增大。这种强烈的正反馈 过程,迅速地使 VE1b从完全截止变为饱和导通,而 VE2b则从饱和导通变为完全截止。同时 VE1b的栅极通过电阻网络接正偏压,使eg1在截止点附近的指数上升曲线改变为陡直的曲线, 并由于 VE3b的导通而钳位在 “0V”。接着栅极电容器Cg1开始放电,以保持 VE2b处于截止状 态,同时也阻断了电子二极管 VE3b通路,直至 Cg1放电使eg2达到截止偏压-eg0时,右边电 子管 VE2b的屏流开始产生。通过强烈的正反馈作用,VE2b从完全截止变为饱和导通,而 VE1b则从饱和导通变为完全截止,振荡过程周而复始,在 VE2b的屏极电路上就输出一种对 称的方波信号。由此可知,RgCg 的放电时间常数是决定振荡周期的主要参数。在图1112 所示的 MFS2A型双脉冲信号发生器的主振电路中,Cg1=Cg2=Cg,Rg1=Rg2=Rg,Rd1 =Rd2=Rd,这里是借助同轴步级开关来改变 Cg、Rg 和 Rd,作为脉冲重复频率的 “粗调” 263 装置,而电位器 RP7 则作为脉冲重复频率的 “细调” 控制。 (2) 晶体管射极耦合多谐振荡器 图1113示出 XC2C 型脉冲信号发生器的晶体管射极耦合多谐振荡器的电路原理图与工 作波形。这里,VT2 和 VT3 是振荡 管,VT4 和 VT5 是恒流管,VT1 和 VD1、VD2 是 钳 位 管,以 钳 定 VT2 和VT3 的集电极电位。VS1 和 VS2 为耦合稳压管。定时电容 Ct(C1~ C10) 分别接在 VT2 和 VT3 的射极 之间,通过转换开关改变 Ct,来实 现脉冲重复频率的 “粗调”。RP2 作 为脉冲重复频率的 “细调” 电位器, 调节 RP2 可改变 VT1 的基极电位, 从而控制 VT2 和 VT3 的集电极钳位 电压 值。 这 种 电 压 控 制 方 式 能 使 重 复频 率 有 很 宽 的 变 化 范 围, 实 现 了 重复频率的细调。 由于 VT2 和 VT3 两管集电极和 基极 之 间 交 叉 耦 合 的 正 反 馈 作 用, 通电 后 就 会 自 激 振 荡。 设 在 振 荡 的 某 半 个 周 期 (t1→t2) VT2 导 通, VT3 截止,则 VT3 的射极电位 Ve3 比其基极电位 Vb3高,集电极 电 流 接近于零,其 集 电 极 电 压 Vc3接 近 于 “0V”,其工作波形如图1113中 在t1 时有关电极的电位关系。此时 在导通管 VT2 的 电 流 分 两 路 流 通, 一路经 VT4,另一路经定时电容 Ct 图1113 XC2C型仪器的主振电路原理图与工作波形图 和 VT5,所以在 VT2 集电极上产生 的负脉冲幅度是两个恒流管的总电流在 R3 上产生的电压降。导通管 VT2 的射极电位 Ve2略 低于其基极电位 Vb2(正偏置),且被基极钳位而不变化。但截止管 VT3 的射极电位 Ve3, 则随着 Ct通过 VT5 的恒流放电而直线下降。当 Ve3下降到略低于其基极电位 Vb3时,VT3 便开始导通,其集电极电位 Vc3下降,经稳压管 VS1 耦合,使 VT2 的基极电位 Vb2也随着下 降,通过正反馈作用使 VT2 由导通变为截止,而 VT3 则由截止变为导通,进入另半个振荡 周期,其工作波形如图1113中在t2 时有关电极的电位关系。VT2 截止后,它的集电极电 位 Vc2跃升到接近于 “0V” 的负电位,使 VT3 的基极电位 Vb3也随着跃升,其发射极电位 Ve3跟随 Vb3一起跃升同样的数值。因为转换过程极快,定时电容的电压 VCt不能突变,Ve3 的正跃升脉冲电压便通过 Ct耦合到 VT2 的发射极,使其射极电位 Ve2上升,所以 Ve2高于 264 VT2 的基极电位 Vb2,促使 VT2 截止。此时导通管 VT3 的电流经两个恒流管流通,一路经 定时电容 Ct和 VT4,使 Ct先放电而后反向充电,VT2 的射极电位 Ve2线性下降,当 Ve2稍 低于 Vb2时,VT2 又开始导通,通过正反馈,迅速转换到原来状态,即 VT2 导通而 VT3 截 止,其工作波形图如图1113所示的在t3 时有关电极的电位关系。这样周而复始,形成自 激振荡。无论是 VT2 截止、VT3 导通,还是 VT2 导通、VT3 截止,都不能长久维持,而是 暂稳状态,两个暂时稳态的不断循环,构成自激多谐振荡器,其振荡波形如图1113所示。 这种晶体管射极耦合多谐振荡器的振荡频率,主要取决于定时电容器 Ct 的充放电速 度,也就是取决于恒流管的电流和定时电容的大小。当调节电位器 RP2 以通过钳位管 VT1、 VD1 和 VD2 改变振荡管集电极电位 Vc 时,由于稳压管 VS1 或 VS2 的耦合,使截止管的基 极电位 Vb 也随着变化。因此,在一定的充放电时间常数下,使截止管阴极电位 Ve 下降到 略低于其基极电位 Vb 经历的时间tn~tn+1也就随之而变,即改变了两管状态转换的时间, 从而实现脉冲重复频率的调节。 在图1113中,调整电位器 RP1 可使两个恒流管的电流相等,则充放电的时间常数相 等,以产生空度比为50%的方波。电位器 RP16用来调整各档频率的低端数值。 2主脉冲形成电路 脉冲 信 号 发 生 器 的 主 脉 冲形 成 电 路 大 多 是 一 种 触 发 器,它 是 受 主 振 电 路 输 出 的 并通 过 整 形 和 延 迟 的 触 发 脉 冲所 控 制,以 产 生 仪 器 所 提 供的 脉 冲 信 号。例 如,MFS 2A 型双脉冲信号发生器的主 脉冲 形 成 电 路,是 一 种 电 子 管的阴极耦合单稳态触发器, 它受 延 迟 脉 冲 的 触 发,产 生 脉宽从 01μs到 1s的正 脉 冲 信号,分 七 档 连 续 可 调;又 如 XC2C 型脉冲信号发 生 器 的主 脉 冲 形 成 电 路,是 一 种 晶体 管 电 流 开 关 器,即 双 稳 触发 器,它 受 延 迟 和 不 延 迟 脉冲的 触 发, 产 生 脉 宽 从 5ns 到100ns的 正、负 脉 冲 信 号, 分八档连续可调。 (1) 电 子 管 阴 极 耦 合 单 稳态触发器 图1114示出 MFS2A 型 双脉 冲 信 号 发 生 器 的 电 子 管 阴极 耦 合 单 稳 态 触 发 器 的 电 图1114 MFS2A型仪器的主要脉冲形成电路原理图与工作波形图 265 路原理图与工作波形图。这里,VE15、VE16及 VE3b构成阴极耦合单稳态触发器,用来产生 所需脉宽范围内的主脉冲 (01μs~1s)。VE16的栅极经过 Rt(R81~R85) 等电阻链加入正 偏压,并借助电子二极管 VE3b使 VE16的栅极钳位在 “0V”,使 VE16处于饱和导通状态。但 VE15的栅极则被电位器 RP17固定在负电位上,其公共阴极电位又被 VE16控制,因此这种阴 极耦合单稳触发器稳态时 VE16导通,VE15截止。此时,定时电容 Ct(C46~C52之一) 通过 电子二极管 VE3b充电至全电压 (即直流电源的电压值)。 当延迟触发电路产生的负尖顶脉冲电压ui,经由定时电容Ct加到 VE16的栅极时,使其 屏流随之减少,它的屏压ea16随之上升,而公共的阴极电位则随之下降。这就促使 VE15产生 屏流,其屏压ea15下降,由此产生的负向阶跃电压,又通过 Ct的耦合加到 VE16的栅极,使 其屏流进一步减小,而 VE15的屏流却进一步增大。由于这种强烈的正反馈作用,其结果使 VE15迅速地从截止变为导通,而 VE16则从导通变为截止。同时,定时电容 Ct 通过 VE15、 Rk、“-150V”、“0V” 线、Rd2、RP16和定时电阻 Rt(R81~R85之一) 进行放电。Ct的放 电电流在 Rt上产生的电压降,对 VE16的栅极是很大的负偏压,这就暂时保持 VE16处于截 止状态,并且也阻断了电子二极管 VE3b。当 Ct放电至使eg16达到截止偏压-eg0时,VE16开 始产生屏流,并通过共阴极电阻 Rk 的耦合作用,使 VE15的阴极电位升高了。这就相当于 VE15的栅极负电位增大了,促使 VE15的屏流随之减少,它的屏压ea15随之升高。由此产生 的正向阶跃电压,经由定时电容 Ct耦合到 VE16的栅极上,促使它的屏流进一步增大。这种 强烈的正反馈过程,又迅速地使 VE15从饱和导通变为截止,而 VE16则从截止状态变为饱和 导通。同时 VE16的栅极通过电阻网络接正偏压,使eg16在截止点附近的指数上升曲线改变 为陡直的曲线,并由于 VE3b的导通而钳位在0V。整个单稳态触发器又自动地恢复到原先的 稳态,直至下一个负尖顶触发脉冲注入时,再重复以上的振荡过程,在 VE16的屏极电路上, 就输出一种重复频率与触发脉冲相同的正向脉冲输出电压 uo。由此可见,Ct的放电时间常 数,是决定主脉冲宽度τ 的主要参数。在图1114所示的 MFS2A型双脉冲信号发生器的主 脉冲形成电路中,是借助同轴步级开关来改变 Ct、Rt及 Rd2,作为脉冲重复频率的 “粗调” 装置;而电位器 RP16作为脉冲重复频率的 “细调” 控制。此外,从 VE16输出的矩形脉冲信 号不是对称的方波,因此 VE15和 VE16的屏极电阻 R80和 R87也不要求阻值相等,通常取 R80 <R87。 (2) 晶体管电流开关式脉冲形成 “门” 电路 图1115示出XC2C型脉冲信号发生器的晶体管电流开关式脉冲形成 “门” 电路的原理 图与工作波形。这里,主脉冲是由 VT46输出的未经延迟的脉冲和另一路由 VS30输出的经过 延迟的脉冲,在由 VT41与 VT42组成的 “门” 电路相加而形成的。 延时电路是由 VT34、VT35、VT36、VD7、VD8、C18~C24、R117等组成的积分电路和 由 VT37、VT38所组成的基极耦合双稳态电路 (即施密特触发器) 构成的。 VT34和 VT35为一组电流开关,VT36为电流开关的正恒流管,VD7 和 VD8 为钳位二极 管,它以相反的极性连接在 VT35的集电极和地之间。VT35的集电极通过 R117接到 VT36的集 电极,同时还与延迟电容 Ct(C18~C24之一) 相连接,构成积分电路。XC2C型仪器的主 振电路所产生的方波信号,通过延迟电路再输入到主脉冲形成电路,以取得可调脉宽的主脉 冲信号。设某一时间 VT35处于导通状态,它的集电极电压 uc35被 VD8 钳位在 “-07V”。 266 图1115 XC2C型仪器的主要脉冲形成电路原理图与工作波形图 当输入方波信号电压ui时,VT35的基极加入负脉冲而截止,VT36的正向电流经 R117对 Ct 充电,uc35线性上升到 “+07V”,又被二极管 VD7 所钳位,形成上升的斜坡;当 VT35的 基极没有负脉冲而导通时,延迟电容 Ct 经过 VT35放电,使 uc35从 “+07V” 线下降到 “-07V”,再被 VD8 所钳位,形成下降的斜坡,这样在 VT35的集电极上产生一个梯形波。 梯形波信号电压通过稳压管 VS26加到施密特触发器的左边管 VT37基极上,经整形变换为矩 形脉冲uc37,因而出现延迟,其相对于输入方波信号 ui的延迟时间为td,参见图1115的 工作波形图。S3 为延迟电容 C18~C24的转换开关,通过变换 Ct进行延迟 “粗调”;RP6 是 267 延迟 “细调” 电位器,它是通过改变正恒流管 VT36的电流来实现延迟细调的;RP7 是施密 特触发器 VT37与 VT38的触发电平 E0 调节电位器。 输入方波信号电压 ui的另一路,加到电流开关 VT45、VT46和 VT41、VT42构成的主脉 冲形成 “门” 电路,于是当ui为负脉冲时,VT46从导通变为截止,其集电极产生正向脉冲 信号电压uc46。通过 VS31的耦合使 VT42导通,其集电极电压 uc42便产生负向阶跃。同时, 从 VT37集电极输出的延迟负向矩形信号电压uc37,通过 VS28的耦合使 VT39截止,其集电极 产生等量延迟时间td 的正向矩形脉冲 uc39,通过 VS30的耦合,加到 VT41的基极上,促使 VT41从导通变为截止,其集电极电压 uc42便产生正向阶跃,回复原来状态。uc42的正负阶 跃互相叠加,结果就产生了脉宽可变的负向矩形脉冲,并且此脉冲的宽度等于延迟时间,即 τ=td,见图1115的工作波形图。 3XC2C型脉冲信号发生器的整机结构 图1116示出 XC2C 型脉冲信号发生器的整机电路结构框图,它是由主振、延迟、主脉 冲形成、极性转换、放大整形、输出、外触发、稳压电源和浮动电源等几部分组成的。这 里,主振电路的多谐振荡器输出的方波信号分为两路输出,一路通过放大整形后作为前置脉 冲输出,通常用来作为 “外” 触发或同步脉冲信号;另一路则通过延迟电路后作为主脉冲形 成电路的触发信号。在主脉冲形成电路产生的一定宽度的正、负脉冲信号,需要借助极性转 换电路来选择所需极性的脉冲信号,然后再通过放大整形和输出级,输出150mV~5V 的各 种矩形脉冲信号。 触发输入 电源 浮动电源 电流源 ↓ 主振 → 延迟 主脉冲 → 形成 ↓ ↓ ↓ → 极性转换 → 放大整形 → 输出级 ↓ ← 前置输出 ↓ ← 输出衰减器 图1116 XC2C型脉冲信号发生器的整机电路结构框图 113 信号发生器的检修程序 信号发生器的故障检修程序大体如下: (1) 表面初步检查 检查信号发生器面板上的开关、旋钮、接线柱、插口、表头、度盘以及熔丝管插塞等有 否松脱、滑位、断线、卡死等明显故障;检查仪器内部电路中的元件、器件、部件等有否松 脱、烧焦、霉烂、漏液等明显故障。 (2) 通电定性测试 在已确定仪器内部无短路故障的基础上 (即不烧熔丝),可进一步开机通电进行定性测 试,即借助信号发生器本机的输出指示电表,或者借助外接电子示波器,检测各频段 (或波 段) 是否都有相应幅度和波形的信号输出,以便确定输出不足、输出不稳、波形失真,甚至 无信号输出等故障现象的性质、范围、程度,作为故障原因分析的依据。 (3) 测试电源电压 信号发生器的工作状况受电源电压变动的影响很大,因此,特别是对具有稳幅电路的信 268 号发生器和脉冲信号发生器,在正式检修前,应使用调压自耦变压器和交流电压表,以检测 交流市电电压的变动范围对仪器故障现象的影响,往往就会发现问题。 (4) 测量直流电压 信号发生器内部的各种直流电源电压是否正常,是分析故障原因的基础,特别是脉冲信 号发生 器 的 直 流 电 源 电 压 较 多 (如 MFS2A 型 双 脉 冲 信 号 发 生 器 的 直 流 电 源 电 压 有: +300V、+150V、-150V 等),应在仪器规定的交流电源电压允许变动范围内 [通常为220 (1±10%)V],使用万用表检测各种直流电源电压是否正常。 (5) 观测工作波形 对于信号发生器的无输出、输出不足、输出不稳定以及输出波形失真等常见故障的检 修,采用外接电子示波器,从仪器的主振电路开始,依序向后边各级电路推移,以便观测其 输出与输入信号的波形、幅度,就能很快确定产生故障的电路部分,有助于分析故障原因和 拟定进一步的测试方案。 (6) 分析、测试、整修 对信号发生器的故障检修,在已确定产生故障的电路部分的基础上,可进一步研究有关 电路部分的工作原理,分析产生故障的可能原因,然后拟定测试方案。通常先参照仪器说明 书提供的电子管或晶体管各电极工作点电压的数据,采用 “测量电压法” 进行对比,以便发 现问题分析原因;然后再对有疑问的电子器件或电路元件,采用 “测量电阻法”、“器件替代 法”、“测试器件法” 等来确定其好坏。必要时也可采用 “改变现状法” 变动半可变器件的旋 置部位,或重新焊接、清洗、触动有疑问的焊点、接触点、插接件等,以观测其对故障现象 的反应,这样就能查出毛病进行整修。 114 信号发生器常见故障检修实例 信号发生器的常见故障现象是无信号电压输出、信号电压输出不足、输出信号波形失 真、输出信号无调 制 等。现 以 XD1 型 低 频 信 号 发 生 器、XB18 型 高 频 标 准 信 号 发 生 器、 XFC6型超高频信号发生器和 MFS2A 型双脉冲信号发生器为例,说明各种信号发生器的 检修方法与检修步骤。 1141 XD1型仪器常见故障检修 1无信号电压输出 一般,信号发生器无信号电压输出的故障现象是:开机通电预热后,调节仪器的 “输出 细调” 旋钮,本机的电压指示电表无输出指示。 根据图115所示 XD1型仪器整机结构框图可知,无输出信号电压指示有两种可能性: 一种是 “输出调节器” 没有信号电压输出,因此无电压指示;另一种是仪器本机的电子电压 表电路有毛病,虽有信号电压输出也不会有输出指示。所以,在检修仪器时,应先采用 “波 形观测法”,在 XD1型仪器的电压输出接线柱上,检测是否有低频信号电压输出。如果在 外接的电子示波器屏幕上,能观测到相应的正弦波形,则表明是仪器的电压表电路部分有问 题;反之,如无信号波形显示,则表明是仪器的输出调节器无信号电压输出。 在初步确定是输出调节器无信号电压输出以后,根据图115所示的框图可知,还须进 一步检查文氏桥式振荡器和输出放大器的工作情况,即继续采用 “波形观测法” 检查文氏桥 269 式振荡器是否振荡。如果振荡器有正弦波信号输出,而输出放大器无相应的信号电压输出, 则表明故障是产生在输出放大器电路部分;反之,无振荡输出,则说明故障是产生在文氏桥 式振荡器电路部分,这就需要进一步研究有关电路的工作原理,并拟定相应的测试方案。 图1117示出 XD1型低频信号发生器的 RC 文氏桥式振荡器和输出放大器的电路原理 图。这里,由 VF1、VT2 和 VT3 组成 RC 文氏桥式振荡器的第一级放大器;由 VT4、VT5 和 VT6 组成第二级放大器;由 VT7 和 VT8 组成输出放大器。 图1117 XD1型仪器的 RC 文氏桥式振荡器和输出放大器的电路原理图 对RC 文氏桥式振荡器电路中的第一级放大器,要求有很高的输入阻抗、足够宽的频带 和一定的放大量。在图1117中,VF1、VT2 和 VT3 组成一个复合式宽频带放大器。这里, VF1 是一个具有高输入阻抗和低噪声电平的 MOS型场效应晶体管,并接成 “共漏” 电路。 输入信号从栅极 G加入,从源极输出,并接至 VT2 的基极,其作用相当于普通晶体管的射 极输出级,只起一个阻抗变换器的作用。 第一级放大器中的 VT2 和 VT3 组成一种共发共基的宽频带复合管放大器。这里,VT2 是共发射极接法,而 VT3 是共基极接法。从 VT3 发射极看进去的输入阻抗就作为 VT2 的集 电极负载,这是一个很低的阻抗。VT2 用这样一个低阻抗做负载,在它的集电极上的交流 压降也是很小的,因此它只有很小的电压放大量。因为一个共发射极放大器的高频工作特 性,除了与所用晶体管的特征频率fT 有关以外,还与它的集电极负载阻抗大小有关。如果 负载阻抗较高,它在低频时,所能得到的放大量虽然较大,但同时从集电极至基极的内部反 馈也较大,这使得频率升高时的放大量很快降低;反之在负载阻抗较低时,必然在集电极上 270 能得到的电压放大量较低,但这个放大量在较宽的频带上都很平稳。VT2 是这样使用的, 它只能将 VF1 向它基极注入的电流放大β 倍,起电流放大的作用,而并不要求它有多少电 压放大,因此它的高频特性就很好。VT3 作为共基极放大器,发射极就是它的输入端,而 集电极就是它的输出端。从电流来看,输入与输出的大小差不多 (即Ie=Ic),而它的集电 极负载阻抗较大,因而能得到很大的电压放大量,同时共基极电路本身就具有较好的高频特 性。当这样两个电路组合成一个复合放大器时,它就兼有了宽的放大频带和比较大的电压放 大倍数这样两个优点。又由于有 VF1 做它的输入跟随级,因此这一级兼有很高的输入阻抗 的优点。 在第一级中,C1 是输入耦合电容器,R1、R3 是 VF1 的偏置电阻,R2 是为了避免偏置 电路对输入信号的旁路而加的电阻,其中 R1 接到 VT3 的发射极,主要是为了取得较低的直 流电压,使 R3 不致用得很大,因而所引入到 VF1 栅极电路的交流负反馈很小。R5、R6 是 VF1 的源极电阻,R4 是为了降低 VF1 漏极和源极之间的直流电压而加的。电容器 C3 可以 改善 VF1 的高频特性,因为它旁路了 VF1 漏极与源极之间的交流电压,这就消除了 VF1 漏 极栅极的内部电容造成的使高频特性变坏的有害反馈。R9 是 VT2 的发射极电阻,R8 是 VT3 的集电极负载电阻,R11、R12是 VT3 的基极偏置电阻。R10是反馈电阻,在 VT3 的c 与b之间实现电压负反馈。这里 C4 和 C7 是放大器高频相移校正网络,而 C5 的作用是为了 减低 VF1 带来的信号失真。 振荡电路中的第二级放大器是由 VT4、VT5 和 VT6 所组成。对它的要求除了要有较宽 的通频带以外,还要有一定的负载能力,以供给正反馈和负反馈桥臂的需要。VT4 和 VT5 也是接成共发共基宽频带放大器。这里,VT4 是共发射极接法,VT5 是共基极接法。它与 第一级放大器的差别是:VT5 的负载从一个电阻换成一个晶体管 VT6,这样做可取得直流 电阻小、交流电阻大的集电极负载,既减少直流损耗,又增大交流输出。这种电路的特点是 VT6 也能输出一定的功率,这是 VT5 的集电极信号电流在 R19上的取样电压,通过 C8 的耦 合反馈到 VT6 基极上,使通过 VT6 的电流反而减小,其减小分量却注入负载,成为负载电 流的增大分量,因此,VT6 和 VT5 共同向负载提供交流功率,其作用如同单端推挽放大电 路。 第二级放大器中的 R18和 R14是 VT4 基极偏置电阻,R20是 VT4 的发射极电流负反馈电 阻,R21、R22是 VT5 的基极偏置电阻,R15、R16是 VT6的基极偏置电阻,R19是 VT6 的发 射极电阻,R24是 VT5 的反馈电阻,C7 和 R13是防止寄生振荡,C9 是隔直流耦合电容器, RT45是振荡器负反馈桥臂上的负温度系数的热敏电阻,RP44用于调节振荡幅度。 输出放大器是由 VT7 和 VT8 组成的复合射极跟随器,它是振荡器的缓冲级与输出级。 VT7 是射极输出器,VT8 是恒流源负载,作为 VT7 的发射极电阻。为了使 VT7 发射极电流 的交流分量更多地注入负载电路 (RP32和输出衰减器电阻),在 VT7 的集电极加一个取样电 阻 R26,并通过 C10和稳压管 VS29的耦合,将 VT7 集电极电压的变化反馈到 VT8 的基极, 因此 VT8 的电流变化与 VT7 反相,即在 VT7 集电极电流增大时,VT8 集电极电流却减小, 两电流之差即为输出负载电流,VT7 和 VT8 两管共同向负载提供交流功率。R27是 VT8 的 发射极电流负反馈电阻,R28、R29是 VT8 的基极偏置电阻。 在采用波形观测法检查 XD1型信号发生器无输出的故障原因时,可以很快地确定有毛 271 病的电路部分。如果发现文氏桥式 RC 振荡器电路部分无信号输出,为了进一步确定问题发 生在那一级放大器电路中,通常采用分割测试法和信号寻迹法相结合的测试方案,即先脱焊 输入电容器 C1 和输出电阻器 R25,以排除外电路的影响,然后从 VF1 的栅极上注入1kHz、 01V 的音频信号电压,并使用电子示波器从 VF1 的输入端开始,依序向后边各级晶体管推 移,分别测试各级的输入与输出信号的波形。设第一级场效应晶体管 VF1 源极跟随器有输 入信号,无输出信号,表明 VF1 有问题;如果 VT3 有输出信号,表明振荡器的第一级放大 电路 VF1 到 VT3 都是好的。如果 VT4 的基极上有输入信号,VT5 的集电极无输出信号,表 明 VT4 和 VT5 之一有问题。因为 XD1型仪器的说明书提供有各晶体管各极电压值数据表 (见表111),所以可继续采用测量电压法,检测有疑问晶体管各极的电压值,以便分析和 对比。设测量 VF1 的漏极电压为30V,源极电压为0V,对照表111,VF1 的漏极电压应是 15V,源极电压应是3~6V,由此分析故障原因可能是场效应晶体管 VF1 已损坏不导通,可 进一步采用器件替代法或测试器件法加以确定。 又如已确定是振荡器的第二级放大电路有问题,可采用测量电压法进一步检测 VT4~ VT6 各晶体管的各极电压,并对照表111的电压数据来发现差异之处,就能查出毛病排除 故障。如果是输出放大器 VT7 和 VT8 有问题,同样可采用测量电压法,检测 VT7 和 VT8 各 极电压值,然后根据测试结果进一步分析故障的原因,并对有疑问的电子器件或电路元件, 采用器件替代法、测量电阻法或测试器件法以确定其好坏。 表111 XD1型仪器各晶体管各极电压值  代号 VF1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 VT7 VT8 VT9 VT10 VT11 VT12 VT13 VT14 VT15 各极对地点电压值/V e 3~6(S) b 3(G) c 15(D) 3~5 3~6 12~15 12~15 13~16 25 09 16 47 47 53 21 25 255 45 20 21 45 05 1 20 22 215 14 07 14 35 35 42 225 227 225 135 232 23 065 0 065 234 24 245 44 代号 VT16 VT17 VT18 VT19 VT20 VT21 VT22 VT23 VT24 VT25 VT26 VT27 VS30 VS31 VD34 各极对地点电压值/V e b c 234 24 45 0 0 45 45 45 18 18 18 45 31 31 18 45 44 44 11 115 195 20 195 11 -03 -06 -28 0 -03 -28 7 67 0 7 67 -06 44 — 30 44 — 15 44 — 14 2输出信号波形失真 对于低频信号发生器,其输出信号波形应尽量近似纯正弦波,即非线性失真越小越好。 XD1型信号发生器的非线性失真,电压输出≤01%,功率输出≤05%。一般人眼觉察出 来的波形失真,其非线性失真系数≥5%。根据 XD1型仪器的文氏桥式 RC 振荡器工作原 理,出现输出信号波形失真故障的原因无非有两个方面:一个是振荡太强而引起波形失真, 272 另一个是电子器件的工作点不在线性放大区而造成波形失真。这些主要是由于负反馈网络或 有关放大器电路中的元件、器件、部件发生变值、损坏或接触不良所导致。因此,在检修 XD1型仪器输出信号波形失真的故障时,首先要采用波形观测法,即使用外接的电子示波 器,从文氏桥式振荡器的输出端开始,依序向后边各级推移,分别观测其输入与输出信号的 波形,以便确定产生非线性失真的电路部分。 如果发现是文氏桥式振荡电路输出的信号波形有失真,根据图1117所示的 XD1型低 频信号发生器的主振与放大电路原理图,可进一步采用改变现状法,即调节负反馈电位器 RP44,以观测其对故障现象的影响。如果故障的原因是由于 RP44接触不良,或者是由于放 大器增益变大所引起,则略为调整负反馈电位器 RP44,即可改善振荡器的输出波形,通常 以不停振和输出规定信号电压值为准;反之,如果调整 RP44对信号波形的改善毫无影响, 则应考虑是否由于负反馈网络中电阻元件之一存在断路或虚焊等问题,或者是由于二级放大 器电路中电子器件之一存在工作点漂移或电极开断等问题。检修时可先采用分割测试法,即 脱焊 RP44的一端,然后使用万用表检测 RP44和热敏电阻 RT45的阻值及其通路情况。如果没 有发现问题,复原后再开机测试,即使用电子电压表,检测 VF1、VT2~VT6 各晶体管各极 的工作点电压,并对照表111的电压值来发现问题。设测量 VT4 和 VT5 的集电极电压都很 低,应考虑 VT6 的集电极是否已开断或者虚焊。此时,+Ec 仍可经由 R15和 VT6 的发射结 be来供电,但由于 R15上的压降大,因此使 VT4 和 VT5 的集电极电位都偏低,而两者的基 极电位也相应变动,使工作点偏离线性放大区而造成振荡波形的限幅失真。检修时,可采用 测试器件法或器件替代法来加以确定。 3功率输出过早保护 因为 XD1型仪器的功放电路部分装置有过载保护电路,如果功放电路中的电子器件或 电路元件发生变值、损坏的情况,将会破坏电路工作点的对称性,所以调节输出信号的幅度 时,使功放末级输出管之一的电流提前增大到限定值,而出现过早保护的故障现象,即输出 调节还没有达到最大值,过载保护电路即起作用。此时,过载保护指示灯亮,无法输出功率 信号。 图1118示出 XD1型低频信号发生器的功放电路原理图,它包括 VT9~VT16在内的有 关电路。 当 XD1型仪器的 “功率” 开关S5 接通时,继电器 K4 通电工作,仪器的输出信号电压 经过触点 K41和 R90、C35,加到功放输入级 VT9 的基极上。晶体管 VT9 是接成共发射极电 路,从基极输入,集电极输出。这一级的发射极电阻很大,而集电极负载却很小。R98取得 小,一是因为 VT9 与 VT10是直流耦合,VT10基极直流电位不可取得太高,二是 R98取大了 则整个放大器的开环放大倍数太大,容易引起寄生振荡。功率放大器不要求很高的电压放大 倍数,但要求有比较小的失真度,因而接入很深的负反馈,其反馈深度由电阻 R99与 R97比 值决定。R93与 R94是 VT9 的基极偏置电阻,R95是为减小偏置电路对信号的旁路作用而加 的电阻,C37把 R95的一端与 VT9 发射极连接起来,使 R95两端只加有 VT9 发射结上的很小 交流电压,因此通过 R95漏掉的交流电流很小,这就是所谓的自举电路,目的是提高输入阻 抗。 VT10和 VT11构成第二级放大器,这是一个电压放大器,为了取得较宽的通频带,两管 接成共发共基组合放大器。R100是 VT10的发射极电阻,R101和 R102是 VT11的集电极负载电 273 图1118 XD1型信号发生器的功率放大器电路原理图 阻,而 VD36~VD38三只二极管与电阻 R164和 RT165组成串联电路,目的是为倒相级 VT12与 VT15提供偏置电压,这个压降的大小,可决定功率输出管 VT14和 VT16的无信号时静态电流 的大小,它是 由 R164的 阻 值 来 调 整。热 敏 电 阻 RT165和 电 阻 R164并 联 做 温 度 补 偿 用,使 VT14和 VT16的静态电流稳定。稳压管 VS35和R103、R104共同作为 VT11的基极偏置电路。加 入 VS35是为了在保护电路动作后,VT21切断 “+45V” 电源时,VS35能迅速变为截止状态, 使 VT11随之截流,从而可靠地保护功放管 VT14和 VT16。二极管 VD34防止当保护管 VT21切 断时,C36、C39上所储存的电荷向 VT15的集电极倒流,以增加保护的可靠性,实际上起隔 离作用。 从 VT12到 VT16连接成无输出变压器的乙类推挽电路,其中 VT12、VT13和 VT15组成推 动级,VT14和 VT16组成输出级。根据工作过程,又可以把包括 VT15和 VT16的电路叫做上 半部分,包括 VT12、VT13和 VT14的电路叫做下半部分,以接到输出变压器 T4 的 “中间线” 为分界。当功放电路没有信号电压输入时,VT12和 VT15以及 VT14和 VT16均处于对称的工 作状态,即它们中间接点两边的直流电位差基本上相等 (约等于直流电源电压+45V 的二分 之一),设比值为 “中点电压”(225V)。 当输入端的正弦波信号进入正半周时,VT9 集电极电流相应地减小了,它的集电极正 电位随之下降。由此输出反相信号使 VT10和 VT11的集电极电位随之上升,并越过 “中点电 压” 而变得更正,因此输出到 VT12和 VT15的基极上被放大了的信号电压与功放电路的输入 信号同相位。因为 VT15是 NPN 型晶体管,它的基极正电压的增大,促使发射极电流增大, 而 VT15的推动管 VT16也是 NPN 型晶体管,所以前者的发射极电流大部分注入到后者的基 极,相应的 VT16的集电极电流则通过发射极电阻 R111,与 VT15通过 R105的那一部分发射极 电流,在中间线上汇合,并通过输出耦合电容器 C48或 C50流到输出变压器 T4 的一次绕组。 274 由此可知,在上半周时,功放电路的上半部分的晶体管 VT15和 VT16是处于导通,即工作的 状态。但对于下半部分的晶体管而言,由于 VT12是PNP型晶体管,它的基极输入正电压因 而截止,VT12和 VT13一起构成串级的发射极跟随器,所以 VT13也没有电流,而 VT13的集 电极又是 VT14基极电流的供电源,故 VT14也是截止的。这样,在输入信号上半周时,下半 部分的晶体管都处于截止,即不工作的状态。 功率管 VT14和 VT16构成一种推挽输出级电路,通常把 VT16称为 “上管”,把 VT14称为 “下管”,并以连接到输出变压器 T4 的 “中间线” 为分界线,其简化电路原理图如图1119 所示。当输入信号在上半周时,由于 VT11输出正信号电压,即其集电极相对于 “中间线” 的电位变正,使得推动管 VT15和 “上管”VT16处于导通状态。它们的发射极电流随着正信 号电压的增大而增大,其发射极的正电位也随着相应上升。同时, “中间线” 的电位也从 “中点电压” 值225V 向更 “正” 的电位上升,即趋向+45V。因此,输出耦合电容器 C (相当于图1118中的 C49与 C50) 被充电,其充电电流通过输出变压器 T4 的一次绕组,对 外负载 RL 提供正半周的信号功率,其示意图如图1119a所示。 当输入信号进入负半周时,由于 VT11的集电极电压从 “中点电压值”225V 开始下降, 即此 “中间线” 更负了,推动级 VT15和 “上管”VT16逐处于截止状态。但推动级 VT12、 VT13却开始导通,VT13便通过集电极负载 R109将 VT12基极输入的信号倒相后再去推动 “下 管”VT14。因为上半部分这时已经截止,下半部分与供电电源已没有联系,实际上 “下管” 的电源是由输出耦合电容器 C 把信号上半周时充入的电荷再通过 “下管”VT14释放出来。 这样,放电的电流通过输出变压器 T4 的一次绕组,对外负载 RL 提供负半周的信号功率, 其示意图如图1119b所示。 图1119 XD1型仪器功放输出级工作情况示意图 a) 信号正半周 b) 信号负半周 功率放大器下半部分也可以认为是一个复合式的射极输出器,而 VT13和 VT14可看成是 由复合管组成的互补射极输出器。综上所述,电路的上、下两部分都是由射极输出器输出, 因此失真小,输出阻抗低,负载功率是由功率管 VT14和 VT16供给的。R105和 R111分别是 VT15和 VT16的发射极电阻,在推动级 VT12和 VT15的基极对 “中间线” 的电位已经对称的 条件下,如果需要调整功率放大管上半部分失真度时,可改变 R111的阻值;而对于 “上管” VT16静态电流的调整 (约为50mA左右),可改变 R105的阻值。R106是 VT12的发射极电阻, VD39是保护二极管,以防止 VT12的发射结be反向击穿。R107和 R108组成一个分压器,使 275 VT12的集电极直流电位提高,这样可以降低对管子的耐压要求。如果需要调整功率放大器 下半部分的失真度,以及调整 “下管”VT14的静态电流时,可改变 R110的阻值。R112和 R113是 VT14的发射极电阻,同时也作为 “下管”VT14的过载保护 “取样” 电阻,它是通过 隧道二极管 VD46而起作用。C41是高频旁路电容器。 在研究 XD1型仪器的功放电路工作原理的基础上,可对发生功率输出不大而过早保护 的可能故障原因进行分析。XD1型仪器发生过载保护的情况有五种: 1) 在正常负载的情况下,当功率管 VT14和 VT16之一的集电极电流 (或发射极电流) 超过限定值时,借助过载保护取样电阻 R112、R113及 R116上的电压降,来触发过载保护电 路起作用。 2) 在正常负载的情况下,当外接负载阻抗的电抗分量超过一定程度时,仪器保护电路 中的相位识别电路起作用而提前保护。 3) 在空载的情况下,由于输出变压器的一次绕组是一个感性阻抗,因此当输出调节到 一定程度时,仪器保护电路中的相位识别电路,有时也会起作用而实现保护。 4) 在空载的情况下,由于功放电路或过载保护电路中的个别器件变值、损坏,即使输 出调节旋置于最小部位,仪器的过载保护电路也会起作用,使过载指示灯点亮。 5) 在正常负载的情况下,由于功放电路中个别器件变值,使功放电路的上半部分和下 半部分的工作点失去对称性,因此当输出调节不太大时,功率管 VT14和 VT16之一的集电极 或发射极电流,就已超过限定值而使仪器的保护电路起作用。 显然,XD1型仪器功率输出过早保护的故障是属于最后一种情况,因此,检修时应将 输出调节旋置于最小部位,然后先采用分割测试法,即分离功率管 VT14和 VT16的集电极接 线,并分别串接一个0~500mA的直流毫安表,以检测其静态电流的大小 (通常<50mA)。 如果发现两管之一的静态电流过大,则应进一步分离 VT14和 VT16的基极接线,并采用测量 电压法检测 “中间线” 对 “地” 之间的电压,以及 VT12和 VT15的基极对 “中间线” 之间的 电压值,目的是为了检查推动级工作点的对称性。根据表111所提供的各晶体管各极电压 值数据,“中间线” 对 “地” 之间的电压 (即 VT14的 Vc14) 应是234V,而 Vb12=225V 和 Vb15=245V,即在正常的情况下,VT12的基极偏置为 (225-235)V=-1V,VT15的 基极偏置为 (245-235)V=+1V,两者之间的电位差为 (245-225)V=2V。 如果实测的电压值与正常的电压值出入很大,则应根据功放的电路原理图进行分析,并 拟定相应的测试方案。比如,实测的 Vb12和 Vb15都接近于 “+45V”,表明晶体管 VT10和 VT11之一存在断路问题;如果 Vb12接近于零,而 Vb15接近于 “+45V”,表明 VD36~VD38 之一存在断路问题。但是在这两种情况下,VT15的发射极电流将会很大,即注入 VT16基极 的电流也很大,这样,仪器一开机通电,就会进入过载保护状态。又如,实测的 Vb12和 Vb15以及与 “中间线” 电压基本上符合,但是 Vb12和 Vb15之差却大于2V (设为3V),此 时,应进一步测量 VT12和 VT15的基极对 “中间线” 之间的电位差,即检测两管的基极偏置 电压的大小;如果发现 VT12的基极偏置电压偏低 (设为-05V),而 VT15的基极偏置电压 偏高 (设为+25V),表明晶体二极管 VD36~VD38之一的伏安特性存在变值问题。正是由 于 VT15的基极偏置电压大于 “+1V”,它的发射极电流偏大了,从而使得功率管 VT16静态 集电极电流变大,因此,在调节输出功率时,VT16的集电极电流将提前到达保护区,而出 276 现输出功率提前保护的故障现象。这里,VD36和 VD37的正向压降约为07V,而 VD38的正 向压降约为035V。采用器件测试法,即使用JT1型晶体管特性图示仪测试 VD38的伏安特 性,发现其正向压降增大为15V 左右。更新 VD38后再接上功率管 VT14和 VT16的基极连 线,如果静态集电极电流恢复正常,说明故障已被排除;如果静态集电极电流略有出入,可 改变 R105或 R110的阻值以进行调整。 如果 VT12和 VT15的 基 极 之 间 的 电 位 差 是 正 常 的,即 Vb15-Vb12≈2V,而 “上 管” VT16的静态集电极电流很大,表明推动管 VT15可能有变值问题;反之,如果 “下管”VT14 的静态集电极电流很大,表明推动管 VT13可能有变值问题,必须采用测试器件法或器件替 代法来确定 VT16或 VT15的好坏。 如果在分离功率管 VT14和 VT16基极接线的情况下,其他各晶体管各电极电压都是正常 的,则应考虑功率管 VT14和 VT16之一存在变值问题,可继续采用测试器件法或器件替代法 以确定 VT14或 VT16的好坏。 1142 XB18型仪器常见故障检修 1输出信号电压不足 这是指仪器开机通电后,调节 “载波电平” 旋钮到最大部位时,仪器的电压表指示不到 “1V” 标线值。为了分析产生故障的可能原因,应先研究 XB18型高频标准信号发生器的振 荡器与高频放大器部分的电路原理图。图1120示出 XB18型仪器的有关电路原理图。这 里,VT1 和 VT2 组成推挽电感三点式振荡电路,高频振荡功率通过变压器耦合注入缓冲放 图1120 XB18型仪器的振荡器与高频放大器电路原理图 277 大器 VT3 的基极,放大后的高频电压,从 VT3 的集电极经由 C5 和 C46,加到高频放大器 VT16的基极上。 高频放大器由两级推挽电路 VT15、VT16和 VT17、VT18组成。这里,第一级推挽电路 VT15和 VT16负有三个任务,一个是作为倒相器,把单端输入的高频信号电压,变为对称输 出的高频信号,以提供第二级推挽放大器的激励信号电压;第二个是作为调幅器,借助基极 偏置电压的调制,使集电极输出调幅的高频信号电压;第三个是作为幅度控制级,通过改变 基极偏置以控制 VT15和 VT16的高频放大量,以实现输出载波电平的调节。第二级推挽电路 VT17和 VT18进行功率放大,然后经 LC 调谐回路输出高频信号到 “微调” 电位器 RP9 和固 定衰减器电路,其输出高频信号电压的幅值是借助二极管 VD46、VD47和电压表 PV1 构成的 电子电压表来指示的。 由本机文氏电桥振荡器产生的低频调制信号,通过 “调制” 电位器 RP19加到射极输出 VT37的基极上,然后从 VT37的发射极通过 C140加到 “载波电平” 调节电位器 RP13的两端, 再经 VT19放大后,通过 R50和 R51分别加到 VT15和 VT16的基极上,作为平衡式调制。这里 放大器 VT19起两个作用,一个是将低频调制信号电压加以放大,并直接耦合到 VT15和 VT16 基极电路的中心,这样就降低了低频的相移;另一个是 VT19的集电极电流在集电极电阻 R61、RP1 上的压降,又作为 VT15和 VT16的主流偏置,能控制两管的直流β 值,因此,从 形式上看 RP13调节 VT19的基极电位,但实际上也起到了控制 VT15和 VT16放大量的作用, 所以 RP13就成为仪器的 “载波电平” 调节器。由于各波段高频振荡的强弱不一致,即输入 到第一级推挽高频放大器的信号电压不相同,因此在 VT19集电极负载电阻 R61的两端,并 联有半可变电位器 RP1(随着波段开关而调换另一个变阻器),用以调整 VT15和 VT16的基 极偏置,即改变其高频放大量,使各波段输出高频信号的电平大致相同。 XB18型仪器的调制电 路, 其 工 作 特 点 是 调 制 深 度 接 近 100% 也 不 致 于 引 起 严 重 失 真, 并且调制灵敏度也很高。为了使整个波段范围内的调制包络得到良好的性能,加入中和电容 器 C47、C48和 C51、C52,以消除载波信号不经 VT15~VT18的放大而直接通馈的现象。 根据对 XB18型仪器的振荡器和高频放大器电路原理的研究,可以分析信号电压输出 不足的故障可能原因: 1)“-16V” 电源电压不足,或其他原因,使 VT1 和 VT2 振荡太弱,输出高频信号电 压不足。 2) 缓冲放大器 VT3 的穿透电流Iceo或电流放大系数β 变值,使高频输出变小。 3) 放大管 VT19变值或损坏,使第一级高频推挽放大器 VT15和 VT16的基极偏置电压降 低,放大量不足。 4) 第一级高频推挽放大器中的 VT15损坏变成单管放大器,使高频输出变小。 5) 第二级高频推挽放大器 VT17和 VT18之一损坏,变成单管放大器,使高频输出变小。 6)“-20V” 电源电压不足,使高频放大器的放大量不足等等。 因此,检修时首先采用测量电压法,检测 “-16V” 和 “-20V” 的电源电压是否正常, 然后采用波形观察法,即借助外部的电子示波器 (如 SBM10 型多用示 波 器,通 频 带 为 30MHz,最大增幅灵敏度为10mV/cm),观察 VT3 及 VT15~VT18各晶体管的输入与输出高 频信号的波形。如果发现输入信号大,输出信号小,甚至无信号输出,则问题存在于这一级 278 放大器中。为了进一步查出产生故障的原因,可采用整机比较法,即借助同型号良好的仪 器,对有问题电路部分的工作点电压进行测试比对,以便发现差异之处,并分析其造成原 因,查出变质、损坏的电路元件或电子器件。在条件不足的情况下,可采用器件替代法或测 试器件法,以检测有疑问器件的好坏,直至查出毛病更新器件后,即可调节 “载波电平” 旋 钮,使输出电表指示在 “1V” 标线值。 2无调幅作用 高频标准信号发生器的调幅作用,是由本机的音频信号源,通过调幅电路,使高频载波 的幅度按照音频信号的幅度变化规律而变化,并借助仪器面板上的调幅度计,来指示相应的 M %值。如果调节仪器的 “调制” 控制旋钮,调幅度计无指示,即作为 “无调幅作用” 的 故障现象。 由此可知,无调幅作用的故障现象有四种可能情况: 1) 作为调制信号的音频振荡器无输出,当然无调幅作用。 2) 高频振荡器无输出,当然无从产生调幅波信号。 3) 有调幅波信号输出,但是由于仪器本机的调幅度计电路有问题,因此无相应的 M % 指示。 4) 仪器的调幅电路有问题,即使有高频载波和低频信号输出,并且本机调幅度计也是 好的,也无法产生调幅波,当然也无调幅度指示。 检修无调幅作用的故障时,采用波形观测法,即用合适的电子示波器,观测 XB18型 仪器面板上01V 输出插口的信号波形,很快就可以判断上述1)~3) 的情况。测试时将电 源开关板置于 “通” 位置,预热5~10min后,按下 “×10” 音频键钮;扳置 “频段” 开关 到 “1” 档级,调节 “载波电平” 使输出电压表指示在 “1V” 标线值,并将 “细调” 度盘旋 置于 “10μV”,即输出最大部位;调节 “调制” 到最大部位,然后从01V 高频输出插口 CZ1 引接信号电压到电子示波器的 Y 轴输入端。如果此时示波器屏幕上有相应的调幅波图像显 示,表明是 XB18型仪器的调幅度计电路部分有毛病,所以没有相应的 M %指示;如果示 波器屏幕上只有载波,即等幅波图像显示,表明没有音频调制信号;如果示波器屏幕上什么 波形都没有,表明无高频载波输出 (此时仪器的输出电压表也没有指示)。为了检测仪器本 机音频振荡器是否有信号输出,可在仪器中下方的 “600Ω” 插口 CZ2 处观测音频输出波形。 如果无相应的音频信号波形显示,表明仪器的音频发生器电路中有故障问题;反之如有音频 信号输出,表明是仪器的调幅电路有毛病。 设检测结果发现 “600Ω” 插口处无音频信号输出,则应进一步检测文氏电桥振荡器是 否工作正常。根据图1120可在 “调制” 电位器 RP19处观测音频波形,如果有音频波形显 示,表明是输出放大器 VT37有问题,应进一步采用测试器件法或器件替代法来确定损坏的 器件。 如果在采用波形观测法中已确定载波和音频都有输出信号,则应进一步检测调幅放大器 VT19的工作情况,即检测其基极输入和集电极输出的音频信号。如果有输入信号而无输出 信号,可再用测量电压法来确定 VT19的好坏。例如,有集电极电压而无发射极电压,表明 有关电极存在断路问题;如果集电极与发射极电压相等,并且数值很低,表明 VT19的集射 极已反向击穿。当然,在 VT19发生损坏的情况下,会影响高频放大器 VT15和 VT16的工作 点,比如在 VT19集电极或发射极开断时,“载波电平” 控制将不起作用;而 VT19的集射极 279 短路,输出的载波电压将会很小,这些都需要将故障现象、电路原理和测试结果三者联系起 来进行分析,才能作出正确的判断。 1143 脉冲信号发生器常见故障检修 无脉冲信号输出是脉冲信号发生器的常见故障,其产生故障的原因,大多是电源电压不 正常,或者是有关电路的负载电阻元件或电子管、晶体管等电子器件变值、损坏所造成的。 检修时,先采用 “波形观测法”,从主振电路开始,逐级检测其输入与输出信号的波形,很 快就会确定有毛病的电路部分,然后再采用测量电压法检测工作点,以及采用器件替代法或 测试器件法以查出变值、损坏的元件或器件,更新后就能修复仪器。 1 MFS2A 型双脉冲信号发生器无输出 图1121示出 MFS2A型双脉冲信号发生器的电路结构框图和相应的信号波形。它由以 下三个主要部分组成: 图1121 MFS2A型双脉冲信号发生器的电路结构框图 (1) 主振及触发脉冲形成部分 仪器内部的主控振荡器是一种阴极屏栅耦合式多谐振荡器,它是决定主脉冲重复频率的 (从01Hz~1MHz)。仪器工作在 “内” 触发状态时,主振输出的方波加到差分放大器,经 280 过放大后加到双稳触发器整形电路,产生与主振信号同频率的快速上升的方波。此方波被微 分电路所微分,再经过屏极下限幅脉冲放大器放大,而后输出使延迟脉冲形成电路正常工作 所需幅度的负尖顶脉冲。 (2) 延迟及前置脉冲形成部分 延迟脉冲形成电路是一种阴极耦合单稳触发器,它和主脉冲形成电路是完全一样的 (参 阅图1114)。在来自主振及触发脉冲形成部分的负触发脉冲作用下,延迟脉冲形成电路产 生一个脉宽可调的正脉冲,其调节范围自02μs~2s,此即所谓延迟时间td。由此输出的正 矩形脉冲,一路加到阴极输出器,一路经过微分电路③加到第二触发脉冲形成器,取得与正 延迟脉冲的后沿时间相对应的负尖顶脉冲输出,它是作为产生 “单” 脉冲的触发信号。 从阴极输出器输出的正脉冲又分为两路,一路经过微分电路①取得正、负极性的尖顶脉 冲加到前置脉冲形成器,前置脉冲形成器输出一正极性尖顶脉冲,然后经过前置脉冲输出 器,得到正、负极性任意选择的前置脉冲 (脉宽为01~03μs,振幅不低于15V)。 从阴极输出器输出的正脉冲另一路经过微分电路②,取得正、负极性尖顶脉冲,加到第 一触发脉冲形成器,经过削波、倒相后,输出一负极性尖顶脉冲,它是和延迟脉冲的前沿时 间相对应的。因此,第一触发脉冲形成器和第二触发脉冲形成器所输出负极性尖顶脉冲之间 的时间间距,即等于正延迟脉冲的宽度td;而前置脉冲的产生时间,也是相应于正延迟脉 冲的前沿时间。这样,改变延迟脉冲的宽度,就相当于改变主脉冲延迟于前置脉冲的时间, 同时也是改变 “双” 脉冲之间的时间间距。 (3) 主脉冲形成及输出部分 主脉冲形成电路是一种阴极耦合单稳触发器 (参见图1114),它是由延迟及前置脉冲 形成部分的第一及第二触发脉冲形成器输出的负尖顶脉冲来触发的,触发后产生脉宽可调的 正脉冲,其调宽范围τ=01μs~1s。当开关S3 扳置于 “单” 部位时,只由第二触发脉冲形 成器输出的负尖顶脉冲进行触发,产生 “单” 脉冲信号;当开关 S3 扳置于 “双” 部位时, 先后由第一和第二触发脉冲形成器输出的两个负尖顶脉冲进行触发,产生 “双” 脉冲信号。 此正脉冲经过阴极输出器加到限幅器,以得到波形的改善。经限幅后的正脉冲加到主脉冲输 出器,由此得到脉冲波形合乎技术指标要求的正或负的矩形脉冲输出。 由此可知,在检修 MFS2A 型双脉冲信号发生器时,应扳置仪器的 “触发选择” 开关 S1 到 “内” 档位,即用本机多谐振荡器作为触发信号源,然后采用波形观测法,即选用适 当的脉冲示波器 (通频带 Bf>3×101MHz,如SBT5型同步示波器或SBM10型多用示波 器),检测 MSF2A型仪器面板上 “前置脉冲” 输出接线柱引出的信号波形。如果能观测到 相应的 “+” 与 “-” 极性的前置脉冲信号波形,表明 “无脉冲信号输出” 的故障毛病,存 在于 “主脉冲形成及输出部分” 的电路中;反之,如果没有前置脉冲输出,或者前置脉冲的 极性和振幅都不符合,则表明问题存在于 “延迟及前置脉冲形成部分” 或 “主振及触发脉冲 形成部分” 的电路中。这时,可进一步观测延迟脉冲形成器,即阴耦单稳触发器的输入与输 出信号波形。如果这一级工作正常,则输入与输出的信号波形都是矩形脉冲 (如同图1114 的ea15和ea16的波形);如果只观测到输入的负尖顶脉冲,则可确定故障存在于这一级单稳触 发器电路中。反之,如果没有输入触发脉冲信号的波形,则表明故障存在于 “主振及触发脉 冲形成部分” 的电路中。于是就要从多谐振荡器的输出端开始,依序向后级推移,观测差分 281 放大器、双稳触发器整形电路、微分电路以及限幅放大器等输入与输出的信号波形,直至发 现问题为止。 当已确定电路有问题时,因为 MFS2A型仪器的说明书中提供有各电子管管脚对 “0V” 线电压数值表,所以可采用测量电压法,检测有关电子管的各电极工作点电压是否符合,或 者采用器件替代法,使用同型号的新管以替代有疑问的电子管,观测其对故障的影响。必须 指出,作为单稳触发器的导通管 (如 VE8 和 VE16),容易发生跨导下降和电子发射不足的问 题,如果已确定延迟脉冲形成电路或主脉冲形成电路不工作,更新有关电子管,往往即可修 复仪器。 如果仪器的故障现象是:有单脉冲输出而无双脉冲输出,从图1121所示的 MFS2A 型 仪器的电路结构框图中,可以分析这主要是第一触发脉冲形成器有问题,其电路原理图如图 1122所示。这里,来自延迟脉冲形成电路 VE8 输出的正矩形脉冲,经由 R52加到阴极输出 器 VE96的栅极上,而从其阴极输出脉冲信号,通过 C75和 R74、R77组成的微分电路②,变 为正、负尖顶脉冲,再通过 R75加到 VE14a的栅极上。这里,-15V 电源通过 R78和 R77的 分压后,经由 R74、R75加到 VE14a的栅极上,使 VE14a处于截止状态,因此只对正尖顶脉冲 起放大作用,即作为屏极下限幅脉冲放大器。VE14a屏极输出的负尖顶脉冲,通过耦合电子 管 VE14b加到 “脉冲选择” 开关S3 的 “双” 触点上,然后连同来自耦合电子管 VE13a的第二 触发脉冲,加到主脉冲形成电路,以产生双脉冲信号。由此可知,如果无 “双” 脉冲信号输 出,主要是复合电子管 VE14a和 VE14b有问题。检修时,可先采用波形观测法,即使用适合 型号的脉冲示波器,检测 VE14a和 VE14b的输入和输出脉冲的波形。如果有输入而无输出信 号,表明 VE14有问题,可采用器件替代法来加以确定。必须指出,由于电子管的管脚与管 座焊片之间接触不良,往往导致无触发脉冲输出的故障,检修时可采用变动现状法,即将 VE14的管脚用四氯化碳擦洗干净,再反复插进几次,或者用尖嘴钳将管座焊片推紧,以观 测其对故障现象的影响。 图1122 MFS2A型仪器的第一触发脉冲形成电路原理图 2XC2C型脉冲信号发生器无输出 XC2C型仪器是全晶体管化电路,它的脉冲电路部分基本上属于直接耦合式非饱和型电 流开关电路,在两管的基极同时加入极性相反的脉冲,以提高开关速度和改善脉冲边沿波 形;各级电流开关之间均采用稳压二极管进行直接耦合,既能使直流工作点很好的配合,又 能正常地传送脉冲信号,这是高速脉冲线路 常 用 的 一 种 耦 合 方 式, 其 具 体 电 路 可 见 图 1113 282 所示的 XC2C型主振电路原理图,以及图1115所示的 XC2C型主脉冲形成电路原理图。 从图1116所示的 XC2C 型仪器电路结构框图可知,如果出现无脉冲信号输出的故障现 象,检修时,首先应使仪器工作在 “内” 触发状态 (XC2C型仪器的 “频率粗调” 开关扳置 于任何档级,都是处于 “内” 触发状态),即主振电路工作;然后采用波形观测法,即用外 接的合适电子示波器,在仪器面板上的 “前置脉冲” 输出插口,检测是否有相应的负极性矩 形脉冲输出。 如果前置脉冲输出波形正常,而仪器输出插口无主脉冲信号输出,则应首先检测供给末 级电 流 开 关 的 “浮 动 电 源” 是 否 正 确。XC2C 型 脉 冲 信 号 发 生 器 的 直 流 稳 压 电 源,有 “+15V” 和 “-15V” 两路输出,此 ±15V 的电源又经过浮动 电 源 电 路,变 换 为 一 组 对 “地” 浮动的 “-15V” 电源,即F- (-15V) 和 FD(浮动地) 之间总保持 “-15V” 的 电压,但其对 “地” 电位是浮动可变的,其电路原理图如图1123所示。这里,借助仪器 “极性选择” 开关 S4D来改变 “比较差分放大器” 左边管 VT81的基极电位。在正常情况下, 当S4D扳置于 “正” 或 “正倒” 档位时,FD对 “地” 电压约为 “+75V“,F- (-15V) 对 “地” 电压约为 “-8V”;当 S4D扳置于 “负” 或 “负倒” 档位时,FD 对 “地” 电压约 为 “+35V”,F-(-15V) 对 “地” 电压约为 “-12V”。如果浮动电源输出电压不正常, 则仪器无脉冲信号输出的故障原因,必然在浮动电源部分。 图1123 XC2C型脉冲发生器的 “浮动电源” 电路原理图 在图1123中,VT85和 VT89分别为F-(-15V) 和FD的调整管,VT83、VT84为 VT85 的推动级,VT87、VT88为 VT89的推动级。比较差分电路由 VT81、VT82和 VT86组成。VT81 的基极电位通过 “极性选择” 开关S4D由分压器 R257、R258和 R259来控制。当 VT81的基极电 位降低时,通过 VT81和 VT87、VT88的射极跟随作用,使调整管 VT89的基极电位也降低, 其电流减小,管压降增加,从而使 FD 的电压从 “+75V” 降低到 “+35V”。与此同时, VT81基极电位的变化,经过其集电极的倒相与放大作用,以及 VT83、VT84的射极跟随作 283 用,使调整管 VT89的基极电位随之升高,其电流增大,管压降减小,F-(-15V) 的电位 从 “-8V” 降低到 “-12V”。由此可知,当 VT81的基极电位下降时,FD 和 F- (-15V) 的电位随着一起下降。同理,当 VT81的基极电位上升时,FD 和 F-(-15V) 的电位也随 着一起上升,总保持 FD和F-(-15V) 之间相差15V,这就是浮动电源的特点。一般容 易出毛病的是调整管 VT85、VT89和推动级晶体管 VT84、VT86,其原因大都是由于浮动电源 对 “地” 短路所引起的。 如果±15V 和浮动电源电压均正常,仪器仍没有脉冲信号输出,可进一步采用波形观测 法,即使用适当类型的电子示波器,从延迟电路的输入端开始从前级到后级,逐级检测输入 与输出信号的波形。 如果检测到仪器的主脉冲形成电路中的电流开关整形电路 VT37集电极有相应的延迟脉 冲信号输出 (参阅图1115),而后级电流开关电路的 VT39集电极无相应的延迟触发脉冲输 出,则表明故障问题存在于这两级电流开关的耦合电路或 VT39、VT40组成的电流开关电路 中。为了进一步检查故障的原因,必须了解非饱和型电流开关电路的工作原理。图1124示 出一种典型的电流型开关电路原理图及其icui特性。这里,从电路形式上看,它与差分放 大器相同,晶体管 VT1 和 VT2 通过发射极电阻 Re 的耦合而差动地工作。但是,从工作状 态上看,却不完全一样。因为差分放大器的两个晶体管均工作于放大区,对小信号进行放 大;而电流开关电路中的两只晶体管,是在脉冲信号作用下,工作于导通或截止状态,即 VT1 导通、VT2 截止或 VT1 截止、VT2 导通。从图1124中所示的icui特性可知,电流开 关的工作状态有以下几种情况: 图1124 电流型开关电路原理图及其icui特性 1) 当输入为低电平时,即ui≤-ur(ur为晶体管的门限电压) 时,VT1 截止、VT2 导 通,但 VT2 并不饱和,而是处于放大区。 2) 当输入为高电平时,即 ui≥+ur 时,VT1 导通、VT2 截止,但 VT1 并不饱和,而 是处于放大区。 3) 当输入为-ur<ui<+ur时,VT1、VT2 将同时导通,此时射极电流ic 将根据两管 的基极电位分配于 VT1 和 VT2,其分配情况如图1124中的icui特性所示。当两管参数完 全对称,且 ub1=ub2=0时,ic1=ic2=ie/2。 由上述情况可知,在输入低电平时,VT1 截止、VT2 导通,此时发射极电流ie全部流入 VT2;在输入高电平时,VT1 导通、VT2 截止,此时ie全部流入 VT1。在这两种情况下,ie 284 基本上是恒定的,此电流根据输入电平的变化,或全部流入 VT1 或全部流入 VT2,如同一 个电流开关,故称之为电流型开关。 从图1124所示的电流型开关电路,以及图1115所示的 XC2C型仪器的主脉冲形成电 路可见,电流型开关的输出耦合电路,大都采用稳压管作为耦合管,它对后一级电流开关的 输入端,是连通信号的关键。显然,如果 VS1 和 VS2 之一因损坏、虚焊而开断,或者晶体 管 VT1 和 VT2 之一因损坏、虚焊而开断,则开关电路本身,或者后面各级电流开关电路都 将不能工作,脉冲信号也就无法进行传输。 在正常情况下,电流开关两臂的基极电位和集电极电位大致相等,即 ub1≈ub2,uc1≈ uc2。但是,测量延迟电路中的电流开关工作点时,必须把延迟控制器旋置于最小部位 (即 td→0),延迟电路及其后面各级电流开关的两臂电压才是对称的。同理,测量主脉冲形成电 路中的电流开关工作点时,也只有当脉冲空度比为50% (即τ=T/2) 时,它后面各级电流 开关的两臂电压才是对称的。总之,检修 XC2C型脉冲发生器的无脉冲输出故障时,采用 波形观测法和测量电压法等交替进行检测,就可以很快地确定故障存在的部位及其产生的原 因。 115 信号发生器的定量测试方法 各种信号发生器在正常使用一定周期 (如一年或两年) 以及经过修理后,都应对其技术 性能进行检定,以便对不符合技术指标的项目进行调整、修理或给出校正值。当然不可能也 不必要将仪器所有的技术性能项目都一一进行检定,因此只能有针对性地对仪器的主要性能 项目,结合本单位的实际设备条件来进行信号发生器的定量测试。 1音频信号发生器的定量测试 对于音频信号发生器的检定项目通常为: 1) 外观及工作正常性检查 (即定性测试)。 2) 频率刻度的检定。 3) 输出电压表刻度的检定。 4) 输出电压表频率响应的检定。 5) 步级衰减器的检定。 6) 输出信号失真度的检定。 对于频率刻度的检定,只是在频率调节器的联动机构发生滑轴、移位,或者在修理中更 换了与振荡频率有关的电路器件或电路元件的情况下才有必要。在设备条件许可的情况下, 可用各种类型的电子数字式频率计 (如 E312型电子数字式频率计) 进行比对与校准;在设 备条件不足的场合,可借助一台电子示波器和一台同类型的音频信号发生器或者其他合适的 音频信号发生器,利用李沙育图形比对法进行频率刻度的校准。如果连一台可作比对的信号 发生器也没有,也可以利用市电交流电源的50Hz电压作为比对信号来检定20~200Hz频段 的频率刻度 (即对被测信号发生器的50Hz、100Hz、150Hz、200Hz各频率刻度标称值进行 比对),特别是在频率度盘滑轴移位的情况下,只要一个频段的频率刻度校准了,其他频段 的频率刻度标称值也就正确了。 对于音频信号发生器输出电压表的检定,通常可用相应量程的电子电压表 (如 DA16 型晶体管毫伏表,DYC5型超高频电子管电压表),对被测信号发生器输出电压表的满度值 285 进行比对与校准。对于步级衰减器的检定,只是在衰减器的元件损坏变值的情况下,经过更 新修理后用音频电子管毫伏表进行检定。 作为音频信号发生器,对于其输出正弦波形的非线性失真系数指标的要求是比较严格 的。普通的音频信号发生器其输出信号失真度都要求不大于1%,而性能较好的音频信号发 生器,其输出信号失真度大多小于01%。检定时,可使用相应型号的失真度测量仪 (如 BS1型失真度测量仪、SZ3型失真度测量仪),测量被测音频信号发生器的100Hz、400Hz、 1kHz、5kHz各定点频率的输出信号失真度。 应当指出,在检定步级衰减器的输出电压值和功率输出的波形失真度时,都应当根据被 测音频信号发生器说明书的规定,在被测仪器的电压输出端或功率输出端,接上相应匹配阻 抗的负载电阻后进行定量测试,否则检定的结果将是不正确的。 2高频标准信号发生器的定量测试 对于高频信号发生器的检定项目通常为: 1) 外观检查与定性测试(即一般通电后的工作检查)。 2) 频率刻度的检定。 3) 载波电压表及细调衰减器的检定。 4)“输出倍乘” 及电缆衰减器的检定。 对于频率刻度的检定只是在频率调节器 (包括波段开关和频率度盘) 的联动机构发生滑 轴、位移,或者修理中更换了与振荡频率有关的电路元件或器件的情况下才有必要。在设备 条件许可的情况下,可使用相应频率范围的电子数字式频率计 (如 E312型和 E323型电子 数字式频率计) 进行比对和校准,也可以用外差式频率计 (如 PW1型外差式频率计) 加以 检定。但后者的测量方法比较复杂,而且需要一定的技巧,否则很难测定出正确的结果。 对于载波电压表和细调衰减器 (即 “微伏” 度盘) 的检定,可使用适当类型的高频电子 电压表 (如 DYG1型高频电子管电压表、DYC5型超高频电子管电压表) 进行比对和校 准。 通常高频标准信号发生器的载波电压表都是调节到 “1V” 有效值,并在面板上装置有 1V“校准” 调整器以供调节,而 “微伏” 度盘上的刻度标称值0~10,却相当于0~1V(在 被测仪器的01V 输出插孔中引出),即细调衰减器度盘上的 “1” 相当于01V,“2” 相当于 02V,依此类推。 对于高频标准信号发生器的 “输出倍乘” 及电缆衰减器的检定,在设备条件许可的条 件下,可使用 RS1型测试接收机进行检定。但是,通常只要使用 WFG1B型高频微伏表进 行测量即可。应当指出,凡是对各种信号发生器的输出衰减器进行检定时,都要注意:一是 “载波电平” 要调节到使 “载波电表” 指示1V 标准值;二是 “001V” 输出插孔或电缆衰 减器的接线柱上要接上规定的阻抗匹配负载电阻 (如75Ω、8Ω等),否则,定量测试的结果 将是不准确的。 对于调幅度的检定可使用 TF1型或 TF2型调幅度测量仪,或 WFG1B型高频微伏表 的调幅度测量档位来进行。在缺少专用的调幅度测量仪的场合,也可使用相应频率范围的电 子示波器来观测高频调幅波的包络图形,并进行间接测算。 3超高频标准信号发生器的定量测试 对于超高频信号发生器的检定项目通常为: 286 1) 外观及工作正常检查 (即定性测试)。 2) 频率刻度误差的检定。 3) 频率稳定度的检定。 4) 输出电压的检定: ① 50mV 输出电压频响检定。 ②“衰减细调” 的检定。 ③“衰减粗调” 的检定。 5) 载波的检定。 6) 调幅度误差的检定。 7) 频偏刻度误差的检定。 8) 载频寄生频偏的检定。 对于超高频信号发生器的频率刻度误差和频率稳定度的检定,最好使用相应频率范围的 电子数字式频率计来进行测定 (如 E312型、E324型、E326型电子数字式频率计),当然也 可以使用 PW2型、PW3型外差式频率计两台连用,但测量方法和测量技巧要求高,一般 新手较难胜任,不如计数式来得省时直观。 对于超高频标准信号发生器输出电压的检定,最好使用 SH2型标准衰减量和 RS1型、 RS3型测试接收机进行检定,但是通常在条件不许可的情况下,也可使用 DW1型超高频 微伏表或 HFC1型超高频毫伏表作为定量测试的比对仪器。同理,在进行输出电压的检定 时,要接上规定阻抗的同轴线或波导管的高频匹配负载。 对于调幅度刻度误差的检定可使用 TF1型、TF2型调幅度测量仪进行测定和校准,对 于频偏刻度误差的检定可使用 BE3型频偏仪进行测定。在设备条件许可下,可使用相应频 率范围的频谱分析仪 (如 PFG1B型高频频谱分析仪、PB9型宽频带频谱分析仪),来进行 调幅度和频偏刻度误差的检定。使用电子示波器检定调幅度的方法如图1125所示。使用频 谱分析仪测定频偏的方法如图1126所示。 图1125 使用示波器测定调幅度的方法 图1126 使用频谱分析仪测定频偏的方法 287 4脉冲信号发生器的定量测试 对于脉冲信号发生器的检定项目通常为: 1) 外观及工作正常检查 (即定性测试)。 2) 重复频率误差的检定。 3) 延迟时间误差的检定。 4) 脉冲宽度误差的检定。 5) 输出电压误差检定。 6) 输出脉冲波形的检定。 对脉冲信号发生器重复频率的准确度 要 求 不 高, 一 般 误 差 为 ±5% 左 右。 因 此, 定 量 测 试时,可使用 SBM10型或 SBM14型等多用示波器的扫 速 档 级 标 称 值, 进 行 脉 冲 重 复 周 期 T 的测量,然后利用f=T1的关系式,取得相应的频率值。必须注意,在测量时间时,应先 将扫描速度的 “微调” 置于最大部位,而对每一频段来说,只需检定频率度盘两端的数值, 即各档的fmax和fmin值。 对延迟时间和脉冲宽度刻度的定量测试,同样可以使用适当型号的多用示波器的相应档 级标称值来进行检定,也可以使用 “时标” 信号来进行测量。对每一时间档级来说,只需检 定时间度盘两端的数值,即各档的tdmin与tdmax以及τmin与τmax值。 对于脉冲信号发生器输出电压的定量测试,应在仪器输出端 “零位” 调整好之后进行检 定,即在没有脉冲输出时,输出端对 “地” 应为零电位。通常可使用 MF1型脉冲电压表进 行检定 (0~300V,02~100μs,≤±3%)。如果没有合适的电子电压表,也可使用适当型 号的多用示波器的 Y 轴增幅灵敏度标称值,进行脉冲振幅电压值的测量。必须注意,在测 量电压时,应先将增幅 “微调” 置于最大部位 (即依顺时针向右转到底),而对每一电压档 级来说,只需检定电压度盘两端的数值,即各档 umin与 umax值。 对于脉冲波形的检定,要使用上升时间为001μs(即10ns) 或更好的电子示波器 (相 当 Y 轴通频带 Bf≥31000=30MHz)。 第12章 直流稳压电源的检修 121 直流稳压电源的组成及工作原理 1211 概述 电子电路通常都需要在稳定的直流电源下工作,以保证电路正常运行和具有良好性能。 直流稳压电源一般由交流电网供电,经过整流和滤波后将交流电压变换为直流电压。由 于电网供给的交流电压总有一定的波动 [约在220(1±10%)V 的范围内],同时又因整流 滤波电路有一定的内阻,所以当电子电路的工作电流变化时,整流电路输出的直流电压也将 跟着变化。考虑到这两个原因,所以通常在整流和滤波后设置稳压电路,以使电网电压或工 作电流在一定范围内变动时,电路输出的直流电压能基本恒定。在实验室里,通常会遇到独 立设置的这类电源设备,即直流稳压器。目前它已有多种系列的工业产品,另外各单位自制 的也不少。虽然如此,它们的组成和工作原理是基本相同的。本章将通过介绍三种典型的直 流稳压器,来熟悉常用直流稳压电源的工作原理,它们分别是 WY17B型晶体管稳压电源 (北京无线电三厂、北京电子显示仪器厂生产)、WYJ6B型晶体管稳压电源 (北京无线电电 源控制设备厂生产) 和5G14集成稳压电源 (上海元件五厂生产)。 1212 直流稳压电源的基本组成 直流稳压电源通常包括以下几个部分: 1) 输入变压器。它也称为电源变压器,由它将电网电压降低或升高到整流部分所需的 电压值。 2) 整流部分。它通过整流电路将交流电压变换成单向脉动的直流电压,常利用二极管 的单向导电性来实现。 3) 滤波部分。滤波的目的是将整流电路的输出电压所含的脉动成分滤除,滤波电路通 常是由电容或电感等电抗元件组成的。 4) 稳压部分。为保证在电网电压、负载电流或温度等变化时,能维持输出的直流电压 基本不变,需要在滤波电路和负载之间接入稳压电路。稳压电路一般由硅稳压二极管及其他 有关的晶体管电路组成。 直流稳压电源的组成可以用图121所示的框图表示。 图121 直流稳压电源的基本组成 由于输入变压器和整流滤波部分已为大家所熟悉,这里就不再重复叙述了。本节将重点 289 讨论稳压部分。 1213 稳压原理及其分类 通常经过整流滤波后所得到的直流电压是不稳定的。这可以用图122所示的原理图来 说明。图中表示整流电路及其负载之间的关系,其中 Ei为整流后的输出开路电压,ri为整 流电路的内阻,RL 为整流电路的负载电阻。接入 RL 后,输出电压为 Eo = EiRLR+Lri (121) 由上式可知,在ri为一定值时,不论是电网电压波动 (Ei要随着变化) 还是 RL 改变 (意味着负载电流改变),Eo 都会相应地变化。为此必须采取措施,以稳定输出电压。 目前采用的稳压措施,从电路原理上区分有三种:串联式稳压电路、并联式稳压电路和 开关式稳压电路;从电路使用的元器件来区分,则有电子管稳压电路、晶体管稳压电路、晶 闸管稳压电路和集成稳压电路等。用得最多的是串联式晶体管稳压电路。 为了对稳压原理建立一些基本概念,现对以下三种不同工作原理电路的稳压作用,简略 地作一说明。 1串联式稳压原理 如果在电源回路中串联一只可变电阻 R (见图123),根据电阻分压器原理,在 Ei和 RL 变化时,只要调节 R,便可使输出电压 Eo 保持不变。由图123可以写出输出电压的表 达式 Eo = EiRLR+LR (122) 图122 整流电路内阻对输出电压的影响 图123 串联式稳压原理 式中,R 包含了电源内阻ri。由此可见,在一定范围内,不论 Ei、RL 如何变化,总可以通 过调节 R 来保持分压比不变,从而实现稳定 Eo的目的。 2并联式稳压原理 并联式稳压的原理如图124所示。图中,可变电阻 R 与负载电阻RL 相并联,R1 起限 流作用,并且 R1 中包含了电源的内阻ri。输出电压在这里可表示为 Eo = EiRRR1L+/(RRR++RRRLLL) (123) 由此可知,不论是 Ei还是 RL 发生变化,总是可以通过调节 R 来保持Eo 的稳定。 3开关式稳压原理 开关式稳压的原理可以用图125来说明。图中S为一开关,电容 C 作为储能元件在这 290 里起滤波作用。电路的稳压过程是这样的:当开关 S接通时,电源 Ei通过ri向电容 C 充 电,一旦 C 两端的电压达到了输出电压的规定值Eo,开关 S 立即断开。如果负载开路, RL→∞,C 两端的电压就保持在Eo 不变。如果接入一定的 RL,由于 C 可以经RL 放电, 输出电压将要下降。在输出电压比 Eo略有下降时,设法再使开关S闭合,则电容 C 将再次 被充电。当输出电压又回升到 Eo值后,使开关S第二次断开。待输出电压略有下降时再次 使S闭合。这样反复地接通和断开开关S,可以使输出电压维持在 Eo值附近。 以上只是从原理上说明稳定电压的作用。在实际电路中,可变电阻 R 及开关 S不是用 人工来调节和控制的,它们通常是由半导体器件及电路元件来实现的。 图124 并联式稳压原理 图125 开关式稳压原理 在以上三种类型的稳压电路中,串联式稳压电路用得最广泛。这是由于串联式稳压电路 的输出电压可以灵活调节,输出电流大,稳压性能好。并联式稳压电路一般只适用于输出电 压和电流固定不变的情况。开关式稳压电路,由于其效率比较高,也常用在输出功率较大的 场合,它的缺点是输出电压的纹波比较大。 1214 串联式稳压电源的典型电路 图126是一个典型的串联式晶体管稳压电源电路。输入部分有电源变压器、二极管桥 式整流器和滤波电容 C1,其余部分均为稳压部分。晶体管 VT3 作为调整管起可变电阻的作 用。电阻 R4 与硅稳压管 VS组成稳压电路,以提供基准电压 EW,晶体管 VT1、VT2 组成 差动放大器,起比较和放大两个作用。VT2 的集电极直接控制调整管的基极。电阻 R1、R2 组成分压器,用来检取输出电压 Eo的变化,常称为取样电路。 图126 串联式稳压电源的典型电路 图126所示电路的稳压过程如下:如果由于电网电压降低或负载电流加大而使输出电 291 压 Eo 降低,则经过取样电阻 R1、R2 的分压就会使 VT2 的基极电位 Vb2下降。由于 VT1 的 基极接在一稳定的电压 EW 上,所以 VT1、VT2 的射极电位 Ve 也基本保持不变,为 EW -06V。这样,VT2 的发射结电压 Vbe2就将减小,使 VT2 的集电极电流Ic2也减小,从而使 集电极电位 Vc2上升。Vc2上升就使调整管 VT3 的基极电位 Vb3上升,从而使调整管电流Ic3 增大,管压降 Vce3减小,使输出电压 Eo 回升。这个过程可以简化为: Eo↓ → Vb2↓ Ve 恒定 → Ic2↓ → Vc2↑ → Vb3↑ → Vce3↓ → Eo↑ 同理,当 Eo升高时,通过与以上相反的调整作用,又会使 Eo 自动下降而维持基本不 变。一般地说,如果差动放大器的放大倍数愈高,输出电压的变化也就愈小。 在图126中,C2 是输出端电容,它可以减小脉冲电流负载下电源的动态输出阻抗;C3 用来改善输出的交流纹波,因为引入C3 后输出端的纹波将不经过取样电路,而直接通过C3 到 VT2 的基极;C4 则主要用来抑制稳压电路内部可能产生的自激振荡。 图126的典型电路如用框图来概括,如图127所示。其中主要包括电源变压器、整流 滤波器、调整管、比较放大器、基准电源和取样电路等六个组成部分。它代表串联式稳压电 源的一般结构。图127中的过载信号和保护元件两个部分,在串联式稳压电源中也是经常 遇到的。这是因为,在串联式稳压电源中,调整管是和负载相串联的,全部负载电流都流过 调整管,因此如果由于使用不小心而使输出短路或者过电流时,调整管将流过很大电流,而 且几乎全部整流电压 Ei都加在调整管的ce之间,这样管子的功耗很大,极易损坏。为此, 在许多情况下要考虑过载保护问题。 调整管 ↑ ↑  变 ~220V 压 器 整 流 滤 波 ← 保护元件 ↑ 比较放大 ← ↑ 取 样 基准电源   过载信号 ↓ 图127 串联式稳压电源框图 1215 稳压电源的主要性能指标 说明和衡量稳压电源性能以及质量优劣的指标有很多,主要的有以下几个: 1) 输出直流电压值及其可调节范围。 2) 额定负载电流。 3) 电源的稳定度。它包含两方面的意义:一是由于输入电压变化而引起输出电压变化 的程度,一般以稳压系数和电压调整率来表示;另一是由于负载变化而引起输出电压变化的 程度,一般以等效内阻和电流调整率来表示。对它们的定义分别叙述如下: ① 稳压系数S:它表示负载不变时,输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量 之比,即 S =((EEoi11--EEoi22))//EEio11 = Eo1-Eo2 Ei1-Ei2 Ei1 Eo1 (124) 292 S 的大小反映一个稳压电源克服输入电压变化的能力。在同样的输入电压变化下,S 越 小,则输出电压的变化越小,电源的稳定度也越好。通常 S 约为10-2~10-4。 ② 电压调整率:这是指当输入电网电压波动±10%时的输出电压相对变化量。 ③ 等效内阻:它表示输入电压不变时,由于负载电流变化所引起的输出电压的变化, 可表示为 ri= Eo1-Eo2 IL1-IL2 (125) ri反映负载变动时,稳压电路使输出电压维持恒定的能力。ri越小,则IL 变化时输出 电压的变化也越小。 ④ 电流调整率:指在负载电流IL 从零变到最大时,输出电压的相对变化量。 还有一些场合是用电压调整率与电流调整率之和来表示稳压电源稳定度的,这里就不再 叙述了。 4) 纹波电压:指在额定负载时输出电压中存在的50Hz或100Hz交流分量的有效值, 也可以用峰峰值表示。 5) 温度漂移:这是指温度变化时输出电压的漂移。一般这种电压漂移是指输入电压和负 载电流都不变时,由于电路元器件的工作温度变化而引起的输出电压缓慢而无规则的变化。 常用温度每升高1℃的电压漂移或在一段时间内(8h或1天)电压变化的最大值来表示。 122 WY17B型晶体管稳压电源 WY17B型晶体管稳压电源 (以下简称 WY17B) 是一种负载能力为0~2A、输出电压 在1~30V 内的分档连续可调式稳压电源。它的稳压部分采用串联调整式电路,稳定度较 高,适用于实验室和其他一些通用电子设备中。 1221 电路组成 图128和图129分别为 WY17B的总体框图和原理图。从框图中可见,它属于串联式 稳压电路。它与图127所示框图的不同之处,在于增加了两个辅助电源,其中一个作为基 准电压,并为比较放大器提供稳定的直流电压;另一个是给过载保护电路提供直流偏置。 对于图129所示的原理图,现作如下说明。 整流 滤波 。。 变压器 整流 滤波 ~220V/ 110V 整流 滤波 调整 元件 ↑ 过载 信号 辅助 电源 → 保护 元件 辅助 电源 输出 1~30V 。 2A 误差信号 放大器 基准 ↑↑ 电源 。 图128 WY17B框图 图129 WY17B直流稳压电源电气原理图 294 1调整管部分 它由晶体管 VT9、VT10、VT11复合组成,称为复合调整管。为了说明其工作原理,把 这部分单独画出并另用简单的符号说明,如图1210所示。设其中三只晶体管的电流放大系 数分别为β1、β2、β3,则Ie1=β1β2β3Ib3,即复合管的电流放大系数近似等于三管电流放大 系数的乘积。所以,尽管Ie1与稳压电源的负载电流近似相等并且很大,但复合管的控制电 流Ib3却是很小的。例如,WY17B的额定负载电流为2A,假设每只晶体管的β 等于30,则 推动复合管的基极电流Ib3就只要100μA 左右。因此可以用高增益、小功率的比较放大器来 直接驱动复合调整管。 另一 方 面, 由 于 采 用 了 复 合 调 整 管, 晶体 管 (特 别 是 锗 管) 的 反 向 饱 和 电 流 Icbo的影响就必须加以考虑。图1210所示 复 合 管 输 出 的 穿 透 电 流 应 是 Iceo1 ≈ β1β2β3Icbo3。反 向 饱 和 电 流 Icbo是 随 温 度 的升高按指数规律增加的。在高温工作条 件下,Icbo3会 急 剧 地 增 大, 它 对 Icbo1的 影 响就相当大。假设电源输出所带的负载电 流很小,或者说在空载下调整管流过的电 流很小,接近于截止,那么高温下的Iceo1 图1210 复合调整管 将流过负载电阻,就可能使输出电压增大。这时,由于调整管接近截止,不能正常地起调整 输出电压的作用,输出端的电压将要比正常情况时高。此时,电源处于失控状态。为了避免 电源在高温空载时的失控,在复合调整管的发射极上接入 R2、R3,如图1211a所示。这样 就可以为 VT2、VT3 的穿透电流提供通路,而不进入到 VT1 的基极;同时,由于在 VT1 的 发射结引入了电阻 R2,也可减小Icbo1对 VT1 集射电流的影响,因为IcerIceo。在有些电源 设备中,也有采用 R2 及 R3 接到电源的正极,如图1211b所示。它们的作用与图1211a中 的 R2、R3 相类似。 图1211 为避免高温空载情况下的失控所采用的调整管电路 a) 接入 R2、R3 b) 接入 R′2、R′3 295 2比较放大器部分 它由 VT13、VT14两晶体管对称地组成差分式比较放大器。将图129所示电气原理图中 的这一部分进行简化,并示于图1212中。 VT13、VT14两管的射极接有公共射极电阻 Re,VT14 的基极直接接到电源的输出端,不经过分压器而直接对电 源输出取样。VT13的基极接到一个电阻分压器上,这个分 压器两端所加的电压为稳压管 VS4 的稳定电压EW4与输出 电压 Eo 之和。VT13基极电位应为 Vb13 =(Eo+EW4)Rb1R+b2Rb2 (126) 差分放大器的输入电压应是 VT13与 VT14两管基极电 位之差,即 ΔVb = Vb14-Vb13 = Eo-(Eo+EW4)Rb1R+b2Rb2 = Rb1R+b1Rb2Eo-Rb1R+b2Rb2EW4 (127) 图1212 差分式比较放大器 在稳压电源的输入和输出电压没有波动的情况下,差分放大器的输入电压等于零,即 ΔVb=0,因此可得 Eo = RRbb21EW4 (128) 从上式可见,当 EW4是一个恒定的电压时,只需通过改变 Rb2与 Rb1两电阻之比值,就 可以在高于 EW4或低于 EW4的很大范围内调节输出电压 Eo。这种调节方法在要求输出电压 做很大范围调节的场合下是经常采用的,它的缺点是在输出电压 Eo较高和电阻 Rb1较小的 情况下,稳压性能较差。 在原理图129中,R21、RP22对应为图1212中的 Rb1,它的阻值在电源做出厂调试时 已调整好,一般不再变动。 电位器 RP和电阻 R23、R25~R33对应构成 Rb2,利用波段开关 S2Ⅴ 分档切换电阻 R25 ~R33作为粗调,用电位器 RP作微调,可以使输出电压 Eo在0~30V 范围内作连续调节。 利用波段开关S2Ⅴ,可以在切换 Rb2的同时对放大器的共射极电阻 Re,即图129中的 R34~R43进行切换。为什么要同时对射极电阻进行切换呢?这是因为,在改变 Rb2时,Vb13 和 Eo 都要发生很大 的 变 化,使 放 大 器 的 射 极 电 位 也 随 着 有 很 大 的 改 变。由 图 1212 可 知, 射极电位为 Ve =IeRe = Re(Ie13+Ie14) (129) 若射极电阻 Re是一固定电阻,则由于 Ve 发生很大的变化,势必使差分放大管的工作 电流Ie 也发生很大变 化, 有 可 能 会 导 致 管 子 的 饱 和 或 截 止, 而 影 响 稳 压 电 路 的 正 常 工 作。 采用了切换 Re的措施,就可以稳定放大器静态工作点。 3电源变压器部分 它是利用波段开关 S2Ⅰ 、S2Ⅱ 分档切换电源变压器二次绕组的 抽 头 构 成 的, 这 样, 可 以 在稳压电路输出电压降低的同时相应地减小整流电路的输入电压,达到改善调整管的运行条 296 件和提高电源效率的目的。 4过电流保护部分 经简化后,这部分的电路如图1213所示。其中,VT12为保护管,R46为过电流信号取 样电阻,其值为05Ω 左右。当负载电流比较小 时,串联 在 主 回 路 内 的 R46上 的 电 压 降 较 小, VT12的 射 极 电 位 要 比 其 基 极 电 位 更 负 一 些, VT12因而 截 止, 它 对 稳 压 电 路 的 正 常 工 作 不 起 影响。当负载电流超过电源的额定值 (2A) 时, 电阻 R46上的压降增大到1V,VT12的发射结变 为正向偏置,即射极电位要高于基极,使 VT12 由截止变为导通,其集电极电位变正,因而调整 管趋向于 截 止,其 管 压 降 增 大,使 输 出 电 压 减 小。输出电压的减小,通过电阻 R17、R19分压, 图1213 过电流保护简化原理图 反过来又进一步使 VT12的射极电位提高,进一步使 VT12导通。因而可使输出电压 Eo 迅速 地接近零,起到保护调整管的作用。这时调整管上的压降虽然很高,但其中流过的电流却很 小。只要调整管的耐压足够高,是不会造成管子损坏的。当电源的过电流情况排除后,输出 电压 Eo会自动上升,电源便又恢复正常工作。 在图129中,利用波段开关 S2Ⅰ、S2Ⅱ,可以做到在调节输出电压的同时改变对应于 R17的阻值,以实现各档在正常输出电压时保持 VT12射极电位基本不变,即总是比其基极电 位负一些,使 VT12处于截止状态。 1222 主要技术参数 1) 输入交流电源电压:220V/110V,50Hz,允许电压波动范围为±10%。 2) 直流输出电压:1~30V,分10档连续可调。 3) 负载电流范围:0~2A。 4) 总稳定度:在输入交流电压变化±10%后,由空载变化至满载 (2A) 时,输出电压 变化的绝对值,与在满载下输入交流电压变化±10%时输出电压变化的绝对值之和,称为总 稳定度。 其值应满足:1~3V 时,小于30mV; 3~30V 时,小于1%。 5) 输出纹波电压:小于10mV。 6) 输出电压温度漂移:1~2V 时,小于2%; 2~30V 时,小于1%。 7) 电源设有过载短路自动保护装置:当过载和短路故障消除后,电源能自动恢复正常 工作。 8) 功耗:不大于170W,可连续工作8h。 9) 使用环境和条件:大气压力7355Pa±294Pa(750mmHg±30mmHg);温度在-10~ +40℃;相对湿度<80%。 10) 外形尺寸:440mm×145mm×305mm。 297 11) 重量:小于15kg。 1223 使用方法和常见故障分析 1 使用方法 1) 输入电源一般为交流220V。若电源为交流110V 时,应将电源变压器两个一次绕组 改成并联接法,并将熔丝容量加大一倍。 2) 调节输出电压时,先用波段开关进行粗调,再用电位器细调,即可调到所需要的电压。 波段开关分10档,每档之间的电压有一定的覆盖率,可以在1~30V 之间连续调节。若所需 的电压值为两档之间的临界值,应该采用低一档的上限。例如,需用6V 的电压,应先用波段 开关调节在第2档3~6V 处,再用电位器调整到6V。因为在这种情况下,电路的稳定性较 好。面板上电压指示表的精度为25级,若要求测出精确值时,应外接合适的测量仪表。 3) 用电负载一般接在面板上的 +、-接线柱之间。如需公共接地点,可用接地簧片 (或短路线) 将稳压电源的机壳与 “+” 或 “-” 端相短接。所接负载不应超过电源输出电 流的额定值范围。 4) 过载保护:稳压电源内设有过载截流保护,当负载电流超过2A 或外电路有短路故 障时,输出电压会迅速降至接近0V,这时应该将负载拉掉。在拉去负载后,电源即恢复正 常输出。应该指出,只有在排除了负载电路的短路故障后,才能再恢复用电。 5) 电源的串接使用:将同型号的几台稳压电源串接使用,可以提高输出电压。在串接 时,每一台的输出电压不得大于24V,叠加的台数不超过6台。负载电流不应超过单个电源 的额定值,即2A。在串接使用时,应注意电源的正负极性,且与负载共用一个接地点,这 时每台单机不要使用接地簧片。 6) 电源的并联使用:将同型号的稳压电源并联相接,可以提高输出功率。此时应使各 台电源的输出电压相等。具体做法是,先将一台电源调到所需的电压值,然后用另一台电源 去平衡它 (平衡时可用外接滑线电阻来调节)。 2常见故障分析 [故障现象] 接通交流电源后,电源无指示。 [原因分析] 1) 电源指示灯坏。 2) 熔丝接触不良或已熔断。 3) 电源插头或插座接触不良。 4) 电源开关接触不良。 [故障现象] 电源已接通,但由于过载保护动作,稳压电源无输出电压。 [原因分析] 1) 输出端有短路。 2) 过载信号取样电阻虚焊或脱焊。 3) 保护管 VT12已经穿通。 4) 波段开关S2Ⅲ、S2Ⅳ触点接触不良。 [故障现象] 接通电源后,输出端电压很高,各档都接近整流输出电压,并且不能细 调。 298 [原因分析] 1)VT10、VT11的基极脱焊。 2) 调整管 VT9 损坏或被短路。 3) 差动放大管 VT14的集电极虚焊或脱焊。 4) 波段开关S2Ⅴ触点接触不良。 [故障现象] 电源已接通,稳压电路既无输出电压,也无输入电压。 [原因分析] 1) 切换变压器二次抽头的波段开关S2Ⅰ、S2II触点接触不良。 2) 整流桥中的二极管损坏。 [故障现象] 稳压电源输出电压的纹波较大。 [原因分析] 1) 滤波电容 C3 脱焊或已击穿。 2) 输出端滤波电容 C6 或电容 C5 脱焊,或者容量不够。 3) 差分放大器的两只晶体管性能变化,放大倍数不够。 123 WYJ6B型晶体管稳压电源 WYJ6B型晶体管稳压电源属于 WYJ系列的产品,该系列电源的特点是在交流回路内 采用了饱和电抗器,因而可使调整管的功耗很小,提高了调整管的利用率和电源的效率,同 时这种电源的稳压性能也很好。 WYJ6B的输出电压可在1~30V 范围内连续调节,并有1A 的负载能力,同样适合于 作实验室或其他通用电子设备的直流电源。 1231 电路组成和工作原理 1框图 WYJ6B电源的原理框图如图1214所示。它主要由两大部分组成,即整流电压调整部 分和稳压部分。整流电压调整部分的作用是,当输出电压在很大范围内调整时,保持调整管 的管压降基本不变。稳压部分就是一种常见的串联式稳压电路。 图1214 WYJ6B电源的原理框图 299 整流电压调整部分包括电源变压器、饱和电抗器及其控制放大器以及整流滤波电路。由 图1214可见,饱和电抗器是串联在电源变压器的二次绕组和整流电路之间的,即加到整流 电路去的交流电压u3 等于电源电压u1 减去饱和电抗器两端的交流电压降u2。饱和电抗器 一般可看作电源u1 的纯电感负载,而整流电路可看作是它的纯电阻负载。这三个电压之间 的关系可以用矢量图来表示,如图1214所示。由于u2 与u3 相差90°,所以当u1 固定、u2 大小改变时,C点将沿圆周移动。由矢量关系可以看出,当 u2 增加时,u3 减小;反之,当 u2 减小时,u3 增加。因此,只要控制饱和电抗器的电感量,就可以改变其上的电压降 u2, 从而达到控制加到整流电路上的交流电压u3 的目的。 整流电压调整部分的工作原理是这样的:饱和电抗器受控制放大器控制,而控制放大器 的输入则是调整管的管压降 Vce。当调节输出电压使 Eo 减小时,调整管的管压降 Vce就增 加,通过控制放大器使饱和电抗器的电感量增加,u2 就增加,u3 就减小。u3 减小,就使整 流滤波后的直流电压 Ei跟着减小,从而使 Vce减小。同样,当 Eo 调至高一档时,Vce要减 小,通过控制作用将使u2 减小,u3 增加,Ei增加,从而使 Vce不致减小。由此可见,当输 出电压在很大范围内调节时,调整管的管压降可以维持基本恒定。 2饱和电抗器及其控制电路的工作原理 饱和电抗器是磁放大器的一种最简单形式。它的作用是,利用直流电流控制铁心的饱和 程度,以改变交流线圈的电感量。饱和电抗器的结构如图1215所示,它通常具有两个环状 铁心,在 每 个 铁 心 上 分 别 绕 上 交 流 线圈 W1、W2,然 后 把 两 个 铁 心 叠 在一 起,再 绕 上 公 共 的 直 流 线 圈 W3。 在交流线圈 W1+W2 的两端加 上交 流 电 压, 则 流 过 线 圈 的 交 流 电 流将 在 铁 心 中 产 生 交 变 磁 通。 由 于 W1 与 W2 的匝数相等,而且是反向 串接 起 来 的, 因 此 它 们 在 直 流 线 圈 W3 中感应的交流电动势大小相等、 方向相反,因而相互抵消。W1、W2 图1215 饱和电抗器的结构及原理 加上交流电压后,使两铁心工作在磁化曲线的 ab 段, 如图1216所示。在ab 段内,铁心的磁化曲线接近于 直线,磁导率 μ 变化不大。在接近饱和到完全饱和的 那一段磁化曲线内,μ 值迅速减小。μ 值的变化规律如 图1216中的虚线所示。如果在给 W1、W2 加交流电压 的同时,再给 W3 通以直流电流,就能使铁心趋于饱和, 使μ 值迅速下降。由于线圈的电感 L 是与铁心的磁导 率μ 成正比的,μ 值的迅速下降就使交流线圈 W1+W2 的电感 L 大大减小,从而使交流感抗 ωL 也随之减小。 由此可见,当 W3 内的直流电流增大时,交流线圈 W1+ 图1216 铁心的磁化曲线 300 W2 的阻抗将减小;反之,当 W3 内的直流电流减小时,W1+W2 的阻抗将增大。 饱和 电 抗 器 直 流 线 圈 W3 中 的 直流电流是由 VT3 组成的放大器来 控制 的,如 图 1217 所 示。这 个 放 大器的 直 流 电 源 由 单 独 的 一 组 整 流 电源供给,电阻 R3 为 VT3 的基极 偏置 电 阻, 以 使 放 大 器 有 一 个 合 适 的工作点。VT3 的集电极电流Ic3流 经饱和电抗器的直流线圈 W3。由于 调节输 出 电 压 而 使 调 整 管 的 管 压 降 升高 时,流 过 电 阻 R2 的 电 流 (作 为控制电流)Ib2将增大。由于 VT3 的基极电流Ib3=Ib1-Ib2,而Ib1为 图1217 饱和电抗器控制电路 固定值,因而Ib3将随Ib2增大而减小。经过 VT3 的放大,使Ic3减小,导致饱和电抗器的电 感量增加,u2 增加,u3 减小,调整管的管压降也就降低。如果由于调节输出电压而使调整 管的管压降下降时,将发生与上述相反的变化过程。 1232 电路原理图及几点说明 图1218为 WYJ6B电源的电路原理图,对此作如下几点说明。 1调整管部分 由图1218可见,调整管是由 VT2、VT20、VT19复合而成。VT20与 VT19的集电极接到 一固定的电压上,因此其管压降较小而且基本上是恒定的。VT2 的管压降则是随输出电压 变化的,这个变化的管压降通过电阻 R21可以去控制 VT3 的工作电流。 电阻 R11、R12为 VT20、VT19的穿透电流造成一个通路,以避免电路在高温空载下出现 失控现象。 2比较放大器部分 比较放大器作用由直流单管放大器来完成,即由图1218中 VT4 构成。电阻 R10是放大 器的负载电阻,并接至一稳定的辅助电源上。取样电压来自 R0、RP1 (电位器)、R2 和 R1 组成的分压器。基准电压由 VD26~29桥式整流、C5 滤波,再经 VS30、VS7 两级稳压管稳压 后得到,其正端加到 R1 的一端,负端经 R5 加到 VT4 的发射极。比较放大器的输出由取样 电压与基准电压之差决定。电阻 R1 串接在取样回路的下分压臂上,以补偿 VT4 的 Vbe和 VS7 的稳定电压随温度变化而对输出电压所产生的影响。由于 VT4 的 Vbe具有负温度系数, 而 VS7 的稳定电压具有正温度系数,所以它们的温度漂移可以相互抵消一部分,不足部分 则靠电阻 R1 上的压降来补偿。R1 的阻值一般通过实验来确定。 3控制放大器部分 控制放大器由 VT3 等组成。VT3 的偏置电压由 VD22~25桥式整流、C4 滤波,再经 VS6 稳压管稳压后提供。同时,VT3 的基极还受以下三方面的信号控制: 1) 受调整管 VT2 管压降变化的控制:这是主要的一个方面,它的控制作用如前述,这 里不再重复。 图1218 WYJ6B型直流稳压电源的电路原理图 302 2) 受电网电压变化的控制:另一路辅助电源的输出,即经 VD10~13全波整流、C1 滤波 后的输出,通过 VS14、R14向 VT3 的基极注入一个与固定偏置电流方向相反的电流。当电网 电压升高时,这个注入电流增大,抵消固定偏置电流的作用增大;当电网电压降低时,此注 入电流减小,抵消固定偏置电流的作用也减小,从而使饱和电抗器的压降随电网电压的升高 或降低而增大或减小,起到自动调节的作用,在一定程度上稳定了输出电压。 3) 受负载电流变化的控制:它由 R13取样电阻 (约045Ω)、电位器 RP2 和电阻 R16、 RT15等元件构成。当负载电流增加时,R13上的电压降就增大,从而经 RP2、R16引到 VT3 的基极,使 VT3 的基极电流减小;当负载电流减小时,R13上的压降就减小,使 VT3 的基 极电流加大。 与电阻 R16相并联的 RT15是一热敏电阻,在工 作温度变化时,可以对 VT3 的发射结作适当的温度 补偿。 饱和电抗器的另一个直流线圈称为辅助线圈, 它直接受稳压电源输出电压的控制。 4补偿网络部分 为了降低电源的内阻和改善负载调整率,WYJ 系列电源采用了补偿方法,使负载电流变化时,输 出电压仅在±01%±5mV 的范围内变化。由于电 源的输出电压调节范围很宽,所以采用了高低电压 分别补偿的方法。为了便于说明,现将补偿网络画 在图1219中。图中,电阻 R5 作为高输出电压时 的补偿,而电阻 R3、R4 在低输出电压时起补偿作 用。 图1219 补偿电路 下面简要说明补偿的原理。由图1219可知,当未接入 R3、R4、R5 以及忽略Ib4的情 况下,输出电压 Eo为 ( ) Eo =IR′+Vb4 = EW7R+′2Veb4R′0+Veb4 = RR′′02EW7+ R′0 R′2 +1 Veb4 (1210) 式中,R′0=R0+RRP1为取样电阻的上分压臂总电阻;R′2=R1+R2≈R2,为下分压臂总 电阻 (R1 较小,它的阻值需待实验时调整)。在上式中,EW7、R′0、R′2 都是固定值,与 负载电流无关,所以输出电压变化决定于 VT4 的 Vbe4 的变化。当负载电流增大时,VT4 的 Vbe4 值减小,使电源的输出电压下降;负载电流减小时,VT4 的 Vbe4 增大,使输出 电 压 上 升 。由 此 可 见 ,在 未 接 入R3、R4和R5的 情 况 下 ,电 源 的 负 载 调 整 率 是 较 差 的。 在串接补偿电阻 R5 后,情况就不同了。当负载电流增加时,R5 上的电压降也增大; 负载电流减小时,R5 上的电压降也减小。由于 R5 上的电压降与基准电压 Eo 以相同的极性 串接,这就相当于基准电压上增加了一个与负载电流成正比的分量。由此可见,只要适当选 取R5 的阻值,在负载电流变大时,相应的基准电压也提高,相当于式 (1210) 中EW7的值 提高,因而补偿了 Vbe4 变小的量,使输出电压维持不变。 电阻 R3、R4 的补偿作用是这样的:当负载电流增加时,电阻 R4 上的压降增大,P点 303 的电位升高。通过电阻 R3 的耦合,使上分压臂电阻 R0 上的电位差增加。这就相当于增大 了 R0 的阻值,R0 增大必然使输出电压升高,补偿了由于负载电流增大而使输出电压下降 的值。 在调高输出电压时,电位器 RP1 的动端是向下调节的,会使上分压臂的总电阻 R′0 的 阻值相对增大。而在调低输出电压时,电位器 RP1 的动端是向上移动的,会使上分压臂总 电阻 R′0 阻值相对减小。因此,在调节 RP1 时,R′0/R′2 的比值是不固定的,电阻 R5 与电 阻 R3、R4 就分别在不同的电压输出时起不同的补偿作用,以达到最好的补偿效果。 5过电流保护 采用饱和电抗器的稳压电源,其本身就能对过载起保护作用,无需再增添保护元件。对 于 WYJ6B来说,当输出发生过载或短路情况时,电源内部将发生以下几方面的作用: 1) 由于输出被短路,调整管 VT2 的管压降增加,控制放大器 VT3 的电流就减小,饱和 电抗器的电感量增加,结果使稳压电路的输入电压下降。 2) 由于过载或短路,流过 R13的电流也急剧增加,对控制放大器基极电流的抵消作用 增加,饱和电抗器的电感量也随之增大,也能使稳压电路的输入电压下降。 3) 在输出电流显著增大时,流过交流变压器和饱和电抗器的交流电流也要明显增大, 在饱和电抗器两端的压降也必须增加。因此,加到整流电路的交流电压就要减小。 以上三个方面的作用都使整流电路的输入电压减小,其输出电压也随之减小,结果使调 整管的管压降降得很低。这时调整管的电流虽然比正常工作时大得多,但集电极功耗却很 小,所以不致于造成调整管的损坏。 1233 主要技术性能、使用注意事项和常见故障分析 1主要技术性能 1) 输入交流电源:220(1±10%)V,50Hz。 2) 输出直流电压:1~30V,连续可调。 3) 输出直流电流:0~1A。 4) 稳定度: 电压调整率:当输入电网电压220V 变化±10%,且在额定负载以内时,其输出直流电 压的变化≤±01%±5mV; 负载调整率:当负载电流由额定值变化至零值,电网电压在220(1±10%)V 范围内 变化时,其输出直流电压的变化≤±01%±5mV。 5) 输出纹波电压:≤1mV(有效值)。 6) 平均温度漂移:3~6V 时≤8×10-4/℃,6V 以上时≤5×104/℃。 7) 有过载与短路保护,故障消除后能立即自行恢复正常工作,但短路时间不得大于 20min。 8) 使用环境条件: 温度:-10~+40℃; 相对湿度:≤80% (+20℃); 气压:7355Pa±294Pa(750mmHg±30mmHg)。 2使用注意事项 304 WYJ6B 的使用方法 与 一 般 串 联 式 稳 压 电 源 相 同。 不 同 之 处 是, 由 于 采 用 了 饱 和 电 抗 器,外露磁场较大,因此对于要避免电磁干扰的设备,应远离电源放置。 3常见故障分析 当电源设备出现故障时,可先测量各直流电压值,以判断故障之所在。在输入电网交流 电压为220V 且空载时,电源各点的电压值 (对照电路原理图) 见表121,以供参考。 表121 WYJ6B型电源各点的电压值 (单位:V) 型 号 (规格) 名 称 (代号) WYJ6B 1(A) WYJ7B 2(A) WYJ9B 5(A) C1 上的直流电压 13~15 13~15 13~15 C2 上的直流电压 13~15 13~15 13~15 C3 上的直流电压 38~42 33~38 30~35 C4 上的直流电压 26~28 26~28 23~25 C5 上的直流电压 48~52 42~46 43~46 C1 上的纹波电压 <15 <15 <15 C2 上的纹波电压 <15 <15 <15 C3 上的纹波电压 <15 <05 <07 C4 上的纹波电压 <1 <1 <1 C5 上的纹波电压 <3 <3 <3 [故障现象] 无负载时,输出电压超过30V。 [原因分析] 1) 调整管 VT2 击穿,或者控制放大管 VT3 和调整管 VT2 同时被击穿。 2) 调整管 VT2 的散热片与机架绝缘的聚酯薄膜被划破。 3) 比较放大管 VT4 断路。 4) 输出调节电位器 RP1 接触不良或断路。 5) 比较放大管 VT4 的基极至输出负端断路。 [故障现象] 输出电压低或出现反向电压。 [原因分析] 1) 上辅助电源无电压或稳压管 VS1 短路。 2) 下辅助电源无电压或稳压管 VS7 短路。 3) 比较放大管 VT4 击穿。 4) 取样回路下分压臂断路。 5) 输出端并接的保护管 VS30击穿短路。 [故障现象] 无负载时电压稳定,加负载后输出电压降低。 [原因分析] 1) 饱和电抗器直流线圈供电回路发生故障或 VT3 损坏。 2) 与饱和电抗器直流线圈并接的二极管 VD21反向击穿。 305 3) 稳压电源供电回路整流二极管损坏。 [故障现象] 输出纹波增大。 [原因分析] 1) 各整流滤波电路滤波电容器损坏。 2) 上辅助电源稳压管 VS1 损坏或内阻增大。 3) 下辅助电源稳压管 VS7 损坏或内阻增大。 4) 机内微调电位器 RP2 接触不良,调整管 VT2 的管压降不符合正常的25~4V 的数 值范围。 调节调整管压降的步骤如下:使输出直流电压为30V 左右,负载为额定值。将交流电 源电压调在198V 时,调节电位器 RP2,使 VT2 管压降符合正常数值。 124 5G14集成稳压电源 5G14是采用半导体硅单片集成电路工艺制成的集成稳压器。从电路原理上说,它属于 典型的串联式稳压电源。5G14本身包含18只晶体管和两只电阻元件。在结构上,它可分为 启动单元、零温度系数基准电压源、差分比较放大器、调整元件和限流保护等几个部分。通 过一定的外接元件,可以调节其输出电压,扩大电流的输出,并可进行限流保护。在外形 上,5G14为一只有九个引出线的圆形器件,大小如同一般的中功率晶体管。 1241 电路组成和工作原理 5G14的原理电路如图1220所示。图中 VF0、VT1~VT8 组成启动单元和基准电压部 分,VT9 ~ VT14 为 比 较 放 大 器,VT15、 VT16组 成 复 合 调 整 管,VT17为 限 流 保 护 管。现对图 1220 电 路 的 工 作 原 理 作 如 下 几点说明。 1启动单元与基准电压部分 VF0、VT1 及 VT2 组 成 启 动 单 元, VT3~VT8 和电阻 R1、R2 一起构成具有 零温度系数的基准电压。 当整 流 滤 波 后 的 直 流 电 压 Ei 加 到 5G14的输 入 端 “8” 和 “7” 之 间 后,立 即有电流通过场效应晶体管 VF0 和 VT2、 VT3 两管的发射结,同时也使 VT3、VT5 图1220 5G14原理电路 开始导通。VT3 的导通,一方面保证了 VT5、VT6 的正常导通,另一方面为 VT4 的发射结 反向击穿提供了条件,使 VT4 处于击穿后的稳压状态。这时 VT1 也工作在反向击穿后的稳 压状态。由于 VT1、VT4 两管的稳定电压相等,VT2 就不再导通,VT2 的截止使 Ei内的交 流纹波和噪声电压不会影响后面的基准电压,从而起到隔离作用。至此,启动过程结束。 由于有偏置电路为 VT4 提供一个恒定的电流,VT4 的端电压就能维持在一个稳定值。 VT4 的端电压经过 VT6 的发射结与电阻 R1 降压后,送到 VT10的基极和 VT8 的发射极,作 306 为差分比较放大器的基准电压。由于在电路设计与工艺制造时使 VT4、R1 及 R2 具有正的 温度系数,而使 VT6、VT7、VT8 具有负的温度系数,并且使它们之间能接近于完全补偿, 这样,VT10的基极电位就不会随温度而变化,因而具有零温度系数。 2比较放大器 VT9~VT14组成比较放大器,单独画出如图1221所示。它是一个典型的集成电路差动 式放大器,全部用晶体管代替了电阻的作用。 VT10与 VT14是一对差分管。VT11是差分放大 器的射极恒流管,以代替一般差分放大器中的射极 公共电阻。这样的电路,在减小放大器温度漂移的 同时可减小射极电路的电压降和功耗,在集成电路 的制造工艺上又较简单。 VT8 与 VT11两管构成恒定电流源。在 VT8 与 VT11两管完全对称的情况下,它们的 Vbe和β 相等, 因而Ic8=Ic11=I3。在忽略基极电流时,有I3=Ic11 ≈I。由于I 是恒定的,所以Ic11也是恒定的。 图1221 比较放大器 VT9、VT12和 VT13组成差分放大器的恒流源负载,以提高放大器的放大倍数,与 VT8 及 VT11相类似,VT9 和 VT12也构成一恒定电流源,使差分管 VT10和 VT14的集电极工作电 流近于相等,以减小放大器的漂移和失调。VT13为差分放大器的负载管,也称为有源负载, 它有很 高 的 交 流 等 效 电 阻,故 能 提 高 差 分 放 大 器 的 放 大 倍 数。同 时,由 于 采 用 了 VT9、 VT12作恒流源,差分放大器虽然为单端输出电路,但放大倍数仍接近于双端输出时的大小 (为单端输出的两倍)。这种形式的电路在线性集成放大器中用得很多,可参阅有关资料,在 此不再多作解释。 3调整管与限流保护 将图1220中的调整管与限流保护电路,单独画在图1222中。其中 VT15、VT16组成 复合调整管,能输出20mA 的电流。若输出电流不能满 足需要时,可外接大功率调整管,以扩大电流的输出。 VT17是限流保护管,过载信号的取样电阻 RS (外 接) 接在 VT15的发射极上。当 RS 上通过负载电流,其 电压降达到06V 时,VT17便导通,比较放大器的输出 电流被 VT17旁路,从而限制了注入复合调整管基极的 电流。在正常输出电流时,VT17是截止的。VT15的电流 最大可限制在IcM=06V/RS 上,其值与 RS 有关。 在图1222中 Rb 也是外接的电阻,用来保护 VT17 管,一般为200Ω~1kΩ。 图1222 调整管与限流保护 1242 应用举例 1常用接法 图1223是5G14的通用接线图,其最大输出电流为20mA。RS 为限流保护电阻,这时 307 的阻值取为 RS =06V/20mA=30Ω 考虑到负载电流在20mA 以下时,电源应有较好的稳压性能,可取 RS=20Ω。由于图 1220和图1221中 VT10基极的基准电压约为35V(5G14的第6端),而5G14的第5端与 第6端电压近似相等,故输出电压 Eo为 Eo =35(1+Rf/R0) 式中,Rf为可调电阻,可以使 Eo 在4~45V 范围内调节。在 Rf 两端并入10μF 的电 容,可以提高对纹波电压的抑制能力。由5G14的第6端到 “地” 端所接的5μF的电容,是 基准电压的去耦电容。在5G14 的 第 4 端 与 第 5 端 之 间 接 入 1000pF 的 消 振 电 容。 如 输 出 端 被短路,接在第5端与第7端之间的二极管可以起保护作用。这是因为,在输出端短路的瞬 间,第3端与第5端之间所接入的10μF电容上的电压不会突变,若它反向加到 VT14的发射 结上,如加二极管进行钳位后,则 VT14的发射结将不会受到过高的反电压而击穿。 这种接法的电源,一般用在固定负载而且输出电流很小的场合。如果调整管 VT15的瞬 时功率超过500mW,必须外接大功率调整管。 图1223 5G14的通用接线图 2扩大输出电流的接法 在5G14的复合调整管外再加上一只或两只大功率管,就可方便地达到扩大输出电流的 目的。图1224是三种扩大输出电流的接法。所选用的外接调整管应该是集电极耗散功率 大、耐压高、饱和压降低、β 值大和漏电流小的管子。图1224a中,外接一功率管,图12 24b中,外接复合管,此时输出电流的额定值IcM为 IcM =20mA×β′1β′2 式中,β′1 和β′2 为外接 VT′1 和 VT′2 的电流放大倍数。而在图1224c中,VT′2 与 VT′3 相 并联,输出的电流值为图1224b的两倍。 在图1223和图1224中,一般要求 R0 上的泄放电流稍大于所有调整管反向漏电流的 总和。如果泄放电流为10mA,基准电压为35V 左右,则 R0 为 R0 = 35V 10mA =350Ω R0 可在300~360Ω范围内选取。Rf一般取47kΩ左右。 308 Ei Eo 图1224 扩大输出电流的三种接法 a) 外接一功率管 b) 外接复合管 c) 复合管输出并联 第13章 数字频率计的检修 131 概述 在社会生产和科学实验中,人们需要对频率量进行测量。能承担这种频率测量任务的仪 器设备称为频率计。数字频率计是能把测量出来的频率量用数码直接显示出来的最新式测频 设备。这种测量频率的设备在我国已大量生产,基本能满足使用单位的需求,因而取代了带 有刻度盘的谐振式频率计。采用数字频率计测量频率时,不仅能够把测量结果用数码形式直 接显示出来,使操作者一目了然,读取方便,而且还能把测量结果经过编码后输出,同与这 种编码相同的自动打印机连接,随时打印出测量结果,实现频率测量的自动化。目前我国生 产的数字频率计都带有编码输出专用插头,在测量时即可用数码形式显示出被测量的大小, 同时又可有编码输出。 频率是指在 1s时间内周期信号变化的次数,单位为赫 (Hz),常用的单位还有千赫 (1kHz=1×103Hz)、兆赫 (1MHz=1×106Hz)。频率常用 “f” 来表示,周期则用 “T” 来 表示,它们的关系为 f = 1 T T 的单位为秒 (s) 时,f 的单位为赫 (Hz)。 如果每秒钟信号变化 N 次,则可用下面的公式来表示频率f 与时间T 的关系: f = N T 由此可见,数字频率计是在1s标准时间内,测出信号变化的次数 N,然后再用数字形 式显示出来。显然,在数字频率计中获得1s的标准时间是很重要的。有了时间标准,也就 有了频率标准。任何型号的数字频率计都必须具备以下三个方面的功能部件: 1) 产生1s标准时间的功能部件。 2) 能计量出在1s标准时间内信号变化次数 N 的部件。 3) 能将次数 N 用数字形式显示出来的部件。 近代的数字频率计就其功能而言,早已超出了早期只能测量频率的范畴,而具有测量周 期、频率比、脉冲时间、累加计数等用途,并能输出标准频率、时标脉冲、闸门时间脉冲及 编码信号等,成为一机多能、测频范围宽、测量精度高、测量速度快、自动化程度高、直接 数字显示、操作简便的常用电子仪器,它在教学、科研、生产、国防中得到广泛使用。 数字频率计的技术性能如下: (1) 频率范围 数字频率计种类有:低速数字频率计、中速数字频率计和高速数字频率计,不同种类的 频率计其频率范围也不相同。对于低速数字频率计的频率范围高达10MHz;对于中速频率 计的频率范围可高达100MHz;对于高速数字频率计的频率范围可高达300MHz以上。如果 310 配装相应型号的变频器,各类型的数字频率计的测频上限可扩展10倍甚至几十倍以上,测 频误差为本机晶振频率稳定度±1个数字。 (2) 周期范围 数字频率计可测周期范围的最大时间一般为10s,而可测周期的最小时间则以不同类型 而定。对于低速计数器最小时间为1μs;对于中速计数器最小可达01μs。测量误差为本机 晶振频率稳定度±1个数字。 (3) 时基稳定度 数字频率计的本机晶振稳定度即为时基稳定度。对于通用计数器应达到1×10-7/d;对 于中速计数器应达到1×10-8/d;对于高速计数器应达到1×10-9/d。 (4) 输入灵敏度 数字频率计的输入灵敏度是指在测频范围内能正常工作的最小输入电压。目前的计数器 设计有三个输入通道,即 A通道、B通道和 C通道。对于 A 通道输入灵敏度大多为100mV (有效值);对于 B、C 通道的输入灵敏度大多为300mV (有效值)。 (5) 输入阻抗 数字频率计的输入阻抗由输入电阻和输入电容两部分组成,分高阻和低阻两种,以不同的类 型而定。对于B、C通道的输入阻抗,通常设计输入电阻为05MΩ,输入电容为30pF左右。对于 A通道输入阻抗,要以计数器测频范围的高低来定,频率低于50MHz,输入电阻为05MΩ,输入 电容为15pF左右;频率高于100MHz的,其 A通道均设计为低阻输入,输入阻抗为50Ω。 现代的数字频率计又称为通用计数器,由于仪器内部的电路元件和电子器件的品种与数 量都很多,难免发生变值和损坏的情况,加上印制电路板底板的焊点和插座也会出现虚焊或 接触不良等问题,因此数字频率计在使用中常会出现数字 “停零”、“停码”、“错计” 及计数 不稳等故障现象,这就需要按照一定的程序检修,根据数字频率计的基本原理和电路结构, 进行分析与测试,以确定故障的部位及查出故障的原因,排除故障并修复仪器。 132 数字频率计的基本原理 1基本工作原理 数字频率计是按照下列基本原则进行工作的。 (1) 频率测量 频率测量是通过在标准时间 (时基) 内对被测信号进行计数来实现的。它们的测量框图 及波形如图131及图132所示。从图中可以看出,被测频率信号是通过输入放大器 A 放大 整形后加到 “信号与门” (或称为主闸门、主门) 的一个输入端,而各档的标准时间 (如 10s、1s、01s等时基信号) 是由1MHz晶体振荡器经十进分频器后获得的,再经过时基选 择开关选出所需要的时基信号去触发门控双稳电路,门控双稳电路输出的门控信号加到 “信 号与门” 的另一个输入端,只有当经放大整形后的被测信号和受时基控制的门控信号同时出 现在 “信号与门” 的输入端时,信号与门打开,这时通过此门输出的被测信号作为计数脉冲 送到计数器直接计数,而门控信号是用来控制开门时间的。 设被测频率为fx,则fx=N/T,其中 N 为计数器的读数,T 为时基信号周期,也就 是计数器的计数时间。 (2) 周期测量 311 图131 测频框图 图132 测频波形图 周期是信号振荡一周所需的时间,其测量方法与测频有所不同。如图133所示,被测 周期的信号经放大整形后去触发门控双稳电路,由此产生的门控信号去打开 “信号与门”, 这样就将1MHz标准信号经分频或倍频后送到 “信号与门”(这信号称时标信号),由信号与 门给出时标脉冲让计数器直接计数。若计数器读数为 N,标准时标信号周期为 T0,则被测 周期 Tx=NT0。 图133 测周期框图 312 为提高测量精度,还采用了周期倍增措施,即将被测信号放大整形后,进行十进分频, 用分频后的信号去触发门控双稳电路,这样输出的门控信号就比原来被测信号的周期扩大 了。设 M 为周期倍增倍数,则通过周期倍增分频器后的被测信号周期将被扩大到 MTx,这 时被测周期 Tx 应为 Tx = NT0 M 可见有效读数位数增加,从而达到了提高精度的目的。测量周期的波形如图134所示。 图中,M =10。 图134 测周期波形图 (3) 时间间隔的测量 图135及图136分别为时间间隔测量框图及波形。被测信号先由 B、C两放大器放大 整形,这时线路的逻辑连接使 放 大 器B输 出 启 动 脉 冲 ,它 只 能 将 信 号 与 门 打 开 ,而 不 能 将 图135 测时间间隔框图 1—单路 2—双路 图136 测时间间隔波形图 313 信号与门关闭;从放大器 C输出的停止脉冲,其功能正好相反,它只能将信号与门关闭, 而不能将其开启。由此便能测量两路脉冲之间的时间间隔、理想矩形波的宽度及空度等参 数。以测量脉冲宽度为例,放大器 B输出的启动脉冲的上升沿 (与被测脉冲前沿对应) 将 门控双稳电路置 “1” 态,则信号与门打开,而放大器 C输出的停止脉冲的上升沿 (与被测 脉冲后沿对应) 触发门控双稳电路置 “0” 态,使信号与门关闭。在信号与门开启的时间内, 时标脉冲源源不断地进入计数器,直至信号与门关闭为止。显然计数器的读数等于被测信号 的脉宽。设脉冲宽度为τ,则τ=NT0,其中,N 为计数器读数,T0 为时标信号周期。由 此不难看出,若设法使放大器 B输出的上升沿对应于被测信号后沿,放大器 C输出的上升 沿对应其前沿,则计数器测出的时间等于被测信号的空度。在实际测量时还设有 “+”、 “-” 极 性 选 择 开 关,作 为 表 示 停 止、启动 脉 冲 与 被 测 信 号 之 间 的 极 性是 同 相 还 是 反 相, 以 供 测 量 选 择 用。 (4) 脉冲统计 指直接统计所取时间内脉冲数 目,其测 量 框 图 如 图 137 所 示。 被 测脉冲 经 放 大 整 形 后 输 出 到 人 工 控 图137 脉冲统计框图 制的 信 号 与 门, 由 信 号 与 门 输 出 再 进入 计 数 器, 由 计 数 器 直 接 积 累 出 脉冲总数,即为统计的脉冲个数。 (5) 校对回路 如图138所示,它是对本仪器 在使 用 前 作 检 查 用。 其 工 作 原 理 与 测频 基 本 相 同, 图 中 的 时 标 信 号 被 用来 代 替 测 频 时 的 被 测 信 号, 以 完 成其自校作用。 图138 校对回路框图 2E312A 通用电子计数器工作原理 E312A 通用电子计数器由输入通道、计数/控制逻辑单元、电源、晶振以及显示等部分 组成。整机原理框图如图139所示。 (1) 输入通道 图139 整机原理框图 314 本机分 A、B两个通道,为保证两通道在测量时的一致性,两通道的组成形式相同,通 道由衰减器、输入保护电路、阻抗变换器、主放大器、整形电路、三态灯指示电路以及控制 选择门组成。 输入保护由二极管和稳压管组成双向限幅电路;阻抗变换级由场效应晶体管对管和恒流 源组成,是为了提高整机输入阻抗和利于与主放大器衔接而设置的;主放大器为集成宽频带 放大器,在本机连接条件下,其电压增益为100,带宽约为90MHz;整形电路包括施密特触 发器和二级跟随器,其输出为整形后的脉冲信号;高速电压比较器和发光二极管组成三态灯 触发器,用来显示整形器的触发工作状态是否正常。当触发电平偏高时,施密特触发器不能 正常翻转,比较器输出高电平,驱动发光二极管点亮,所以管亮表示触发电平偏高;同理, 管灭表示触发电平偏低;当触发电平正常时,管均匀闪烁,表示整形电路工作正常,放大整 形成为矩形波的被测信号。选择门为二输入端双与或非门,选择输入脉冲波形的上升沿或下 降沿进行触发,其输出送至计数与逻辑控制单元,当用内插件测量时,它将关闭 A、B通道 的信号,而使插件来的信号输入到计数与逻辑控制单元。 (2) 计数/控制逻辑单元 它由 CMOS大规模集成电路 (ICM7226B) 组成,它包含高频振荡器、十分频器、8位 十进制计数器和寄存器、七段译码多路扫描电路以及8位 LED 数码显示驱动电路等部分。 此电路除有 A、B两通道输入外,还有标准频率信号 (10MHz) 输入、闸门时间 (周期倍 乘) 输入 (有10ms、01s、1s、10s四种标准时间或×100、×101、×102、×103 四种倍乘 率)、功能输入、手动复位输入和保持输入。该电路具有8421BCD 码输出、复原输出、记忆 输出、闸门时间输出、段码输出 (a~g及小数点 Dp) 和扫描位脉冲信号 (D0~D7) 输出。 显示驱动电路有无效零消隐功能,并有计数溢出指示,当测量结果因位数有限而产生溢 出时,最高位显示器左上角的小数点点亮。 当ICM7226B功能输入端和闸门时间 (周期倍乘) 输入端分别接入不同的扫描位脉冲信 号时,其测量逻辑功能将发生变化,分别完成 “频率”、“A/B”、“周期”、“自校”、“时间间 隔”、“插测” 等功能,实际使用时,只需操作面板上的 “功能选择” 及 “闸门时间选择” 按 键即可。 在进行自校和频率测量时,单位为kHz,随闸门时间不同小数点将自动定位。在进行周 期、时间测量时,单位为 μs,小数点随倍乘的不同而自动定位。 在进行 A/B或计数测量时,无单位显示。A/B时,小数点随倍乘不同而自动定位;计 数时,小数点固定在最右一位常亮。 (3) 晶振 本机采用 ED441C型5MHz插入式小型恒温石英晶体振荡器作为标准信号源,为了向 ICM7226B提供10MHz标准频率信号,采用了二倍频电路。 (4) 直流电源 本机采用集成三端稳压器提供+15V、-15V 和+5V 三组直流稳压电源。+5V 输出端 具有过电压保护电路,当某种故障引起输出电压升高超过65V 后,保护管将被触发,使输 出端短接到地,以保护整机的元器件不因电压过高而损坏。+15V 分两组输出,一组供晶振 用,另一组供输入通道以及内插件用。-15V 供输入通道的恒流源和触发电平以及内插件 用。 315 (5) 数字显示屏 由8位共阴型 LED数码管组成数字显示屏,显示驱动电路采用动态驱动方式,数码管 由七段电极 (a~g) 和小数点电极 (Dp) 组成。测量单位由单个的 LED指示。 133 数字频率计的检修程序 数字频率计的工作原理虽然很复杂,它的类型也很多,但仪器的电路结构基本上是大致 相同的,并且常见故障产生的原因也有一定的规律性,因此,只要遵循以下的检修程序,就 不难确定故障的部位及查出故障的原因。 1了解故障现象 数字频率计常见的故障现象有数字 “停零”,即不能计数和测频;数字 “停位”,即数字 停留在某一位而不能继续计数;数字 “错计”,即测频数值偏多或偏少;数字 “累计”,即测 频数字一直累加而不能复位;数字 “重码”,即某一位数码管同时显示两个数字;数字 “乱 计”,即计数不稳或无规律等。根据数字频率计的基本原理和电路结构,可以初步确定故障 的部位,缩小检修的范围。例如,数字 “停位” 的故障现象,问题总是发生在 “停位” 的那 一块计数单元板上,即计数电路中某一级双稳不翻转所致。又如,数字 “重码” 的故障现 象,问题总是发生在重码的那一块计数单元板上,即译码电路中某一组 “与非门” 器件损坏 所致。 2检修前定性测试 数字频率计有不少常见故障的性质和原因是多方面的,如数字 “停零” 的故障现象,可 能是任何测量功能没有,也可能是 “自校” 而不能测频,还可能是不能自动计数而能手动计 数。它的产生原因可能是仪器的某一路直流稳压电源无电压输出,也可能是无晶振标频或者 无闸门时间脉冲信号,还可能是无门控脉冲信号或是无计数脉冲信号,甚至是计数器不能工 作等等。所有这些情况都需要在检修之前,先对待修的数字频率计进行有关方面的定性测 试,以确定故障的性质,从而有助于分析可能产生故障的部位与原因。 3观测信号波形 在初步分析故障可能发生的电路部位以后,往往需要使用电子示波器观测有关电路的工 作波形,即信号波形,以便进一步分析与确定故障部位。为了输出各种标准频率时间脉冲, 以及便于测试有关电路的工作情况,几乎所有的数字频率计都装有标频输出插座。从标频输 出插座中观察信号波形,以判断与标频信号有关电路是否工作正常。 4检测电路电压 数字频率计内部直流稳压电源的输出电压偏低或偏高,往往是数字 “停零”、数字 “错 计” 和数字 “乱计” 等故障的主要原因,因此检测电路的电源电压是否正常是很重要的。为 了检修方便起见,大部分数字频率计的使用说明书中,都提供各部分电路单元板的各级静态 电位参考数据表。因此,在确定有故障的电路部分之后,进一步检测有关电路的静态工作点 电压,是分析和查明故障原因的主要依据。 5替代更新元器件 在数字频率计的电路中,使用的电路元件和电子器件很多,特别是小容量的陶瓷电容 器、晶体二极管等最容易变质、损坏,从而引起电路不能正常工作。因此,对于有故障的电 路部分,如果难于查明故障原因,应下决心使用性能良好的器件来替代或更新电路中容易变 316 值、损坏的元器件,往往就能排除故障修复仪器。 6研究工作原理 现代的快速数字频率计 (即快速通用计数器),多是采用电流型2×5BCD 电路作为100 位和101 位的十进制计数器,这种快速计数器部分的触发脉冲形成电路 (即放大整形电路)、 电流型÷2电路、电流型÷5环形计数器电路、代码变换电路等的工作原理都比较复杂,并 且广泛使用集成电路的单稳、双稳、与非门等组成控制单元,因此在检修时必须研究有关电 路的工作原理,以便拟定适当的测试方案,才能有效地查明故障的原因,否则,盲目的乱碰 乱动,不但劳而无功,甚至会损坏电路元器件。 7拟定测试方案 数字频率计的电路结构比较复杂,检修时应结合故障现象研究工作原理,并在这个基础 上分析产生故障的可能原因,然后利用现有的维修技术资料 (包括工作波形、电压数据表, 即故障现象与原因分析对照表等),决定检测的内容、方法、仪表,此即拟定测试方案的过 程。 一般来说,对于能观测到工作波形的电路故障部位,都应在测频的条件下,使用外部的 电子示波器进行波形观测;如果观测波形有困难 (如对于纳秒级窄脉冲波形的观察),或者 已发现工作波形不正常,或者没有工作波形可以观测 (如直流稳压电路),通常采用测量电 压法、元器件替代法来发现和确定可能存在的故障部位。数字频率计的分频单元板或计数单 元板大部分可以互相替换,特别是在有相同型号的完好仪器条件下,为了迅速确定可能存在 故障的电路部分,经常采用替换相应单元板的方法,以观测其对故障现象的反应,如果故障 现象消失了,则表明被替换的单元板电路部分有问题,这样可以大大缩小检测的范围。 8分析测试结果 分析测试结果是正确判断故障部位和故障原因的科学依据,但是这也必须在掌握电路工 作原理的基础上,才能有准确的分析。即使在查出毛病之后,也需要对检查过程中的测试结 果进行综合分析,以便总结经验,提高技能。 134 数字频率计常见故障检修实例 数字频率计的种类很多,它们的故障现象和产生的原因也各不相同。数字频率计的常见 故障可归结为: 1) 自校时发现读数不正常。主要故障原因有: ① 某级分频单元不正常,分频比不准确,可测第四级反馈到第二级的反馈元器件。 ② 观察某级分频波形时,当 “时标” 或 “闸门时间” 开关转到该档级时,发现波形不 正常,而转到其他档级,波形又正常了。问题在于该级分频器的最后一级双稳态触发器负载 能力下降所致,可更换一对β 值较大且对称的晶体管。 ③ 时基选择单元波形不正常,可能是门二极管损坏。若二极管未坏,可调整基极电阻 (并电容的) 试之。 ④ 01μs档不正常,可能 由 于 倍 频 器 倍 频 比 不 准, 可 调 节 调 谐 回 路 的 电 感, 使 其 符 合 10倍频且输出最大。 ⑤ 若以上单元均正常,也可能是计数器工作不正常,或者是控制器单元第一级双稳态 触发器不翻转或翻转不正常,这时闸门指示灯微微一闪,计数器只有很少几个数字的读数。 317 2) “频率 A” 档 (假定自校正常) 出现以下故障:表头无指示、低频或高频灵敏度下 降、不能测频、读数不稳。出现这样的故障原因有: ① 可能是输入线插座接触不良,输入衰减器有短路碰线,或推动电表的管子损坏,或 电表本身坏了。 ② A单元耦合电容失效或放大器工作点改变。 ③ A单元主闸门的前一级管子损坏。 ④ 输入信号杂波太多,输入信号幅度太小,或是电源插头接触不良。 3) “时间 B” 档 (假定自校已正常) 有以下故障:输入信号后调衰减至任何位置及调 “+”、“-” 开关均无读数。故障原因:输入电缆插头、插座接触不良,或是 B单元中有的 管子已损坏。 4)“周期B” 档 (假定自校已正常)有以下故障:周期倍乘从某一档起以后各档读数皆 不正常;周期倍乘中某一档不正常,读数不准。主要的故障原因: ① 该档分频单元有问题,应注意自校虽已正常,但周期倍乘时,后四级分频单元的输 入频率是随被测信号的频率变化的,所以仍可能出现不正常现象;或者是时基单元输出放大 管工作点偏移,可更换管子试之。 ② 参见自校故障2) 的原因。 5)“计数器” 档有以下故障:读数不正常且相差一个固定比例;显示管中某个字不亮; 计数器中有一位读数不正确;数码管中某一个数字固定不变。主要的故障原因: ① 若是某级计数器出现 “8” 或 “12” 进位现象,可调第4级至第2级的反馈元件;若 是计数器出现5进位,则可调第1级双稳电路试之。 ② 推动该字的高反压管开路。 ③ 记忆双稳态第一级不翻转。 ④ 记忆双稳态某一级翻转不正常,译码电路中二极管失效,或是显示电路高反压管有 问题。 ⑤ 推动该级的管子击穿短路。 参考文献 1 电子工业部教育司,全国家用电子产品维修管理中心编家电维修长春:吉林科学技术出版社, 1996 2 邱关源主编电路第2版北京:高等教育出版社,1982 3 康华光主编电子技术基础第3版北京:高等教育出版社,1988 4 〔日〕田中和吉著电子产品焊接技术孟令国等译北京:电子工业出版社,1984 5 王卫平等编电子工艺基础北京:电子工业出版社,1997 6 徐光复等编电子产品装配技术北京:电子工业出版社,1986 7 华苇主编电子设备装联工艺基础北京:宇航出版社,1992 8 仇瑞璞主编无线电整机装配工艺基础第3版天津:天津科学技术出版社,1995 9 汤元信等编电子工艺及电子工程设计北京:北京航空航天大学出版社,1999 10 〔日〕田中和吉著电子设备装配技术电子工业部工艺研究所译北京:国防工业出版社,1988 11 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