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维修电工技师培训 仪器仪表知识 杨本电工仪器仪表的使用与维护 一 电桥 二 功率表 三 功率因素表 四 示波器 五 晶体管特性图示仪 一 电桥的使用 简介电桥是利用比较法进行电磁测量的一种电路连接方式 它不仅可以测量很多电学量 如电阻 电容 电感等 而且配合不同的传感器件 可以测量很多的非电学量 如温度 压力等 实验室里常用的电桥有惠斯通电桥 单臂电桥 和开尔文电桥 双臂电桥 两种 前者一般用于测量中高值电阻 后者用于测量1欧姆以下的低值或超低值电阻 采用电桥法测量电阻具有操作简单 读数方便 准确度高 对电源的稳定性要求不高等优点 单臂电桥工作原理 电桥平衡的条件 相邻两臂电阻之比相等 或对边两臂电阻之积相等 C 倍率 电桥平衡的调节方法 1 固定R1 R2 改变RS 2 固定RS 改变R1 R2 直流单臂电桥的准确度 分为八个等级 0 01 0 02 0 05 0 14 0 2 1 0 1 5 2 0 检流计 图2AC 5型直流指针式检流计 QJ23箱式电桥 QJ23箱式电桥 图3QJ23箱式电桥面板图 单臂电桥的使用 1 使用前先将检流计的锁扣打开 并调节调零器使指针位于机械零点 2 将被测电阻接在电桥RX的接线柱上 注意要求连接导线较初较短且要拧紧 减小连接线电阻和接触电阻 3 根据被测电阻RX的估值 选择合理地比例臂的数值 4 在进行测量时应先接通电源按钮 操作时先粗调按钮 调节比例臂电阻 待检流计为零后再按细调按钮 再次调节比较臂的电阻 待检流计为零后读取电桥上的数字 5 电桥接通后 如果指针向 方向偏转 则需要增加比较臂的电阻 反之若指针向 方向偏转 则减小比较臂的电阻 6 电桥使用完毕后 先拆除或切断电源 然后拆除被测电阻 将检流计的锁扣锁上 以防止检流计在搬动过程中损坏 单臂电桥的使用注意事项 1 一是倍率选择要合理 必须在RS盘上至少读出四位有效数字 2 二是要事先对待测电阻的阻值有一个大概的了解 以便在通电之前 能粗调C和RS 使电桥接近平衡状态 二 功率表的使用 测量电功率的仪表 功率表 瓦特表 指针仪表直流电路和交流电路中的功率分別为P UI和P UIcos U I为负载电压和电流 为电流相量与相量间夹角 cos 为功率因数 单相电动系功率表的接线原理M kI1I2cos 1 结构固定部分 两个固定线圈活动部分 活动线圈 指针 阻尼翼片 游丝等 2 工作原理 根据通电固定线圈的磁场与通电活动线圈相互作用产生转动力矩的原理制成的 固定线圈与负载串联反映负载电流 活动线圈串联一附加电阻再与负载并联反映负载电压 改变与动圈串联的电阻值 可改变电压量程 将静圈的两线圈由串联改为并联 可扩大电流量程 功率表的接线 功率表的正确接法必须遵守 发电机端 的接线规则 1 功率表标有 号的电流端必须接至电源的一端 而另一端则接至负载端 电流线圈是串联接入电路的 2 功率表上标有 号的电压端子可接电流端的任一端而另一端子则并联至负载的另一端 功率表的电压支路是并联接入电路的 a 电压线圈前接法适用于负载电阻较大 电流较小 的情况 b 电压线圈后接法适用于负载电阻较小 电流较大 的情况 保证2线圈电流都从电源端 流入 为什么要把标有 号的端子连在一起呢 这两个端子称为对应端 它们的用途是 如将对应端按图中所示接在一起 则当功率表的指针正向偏转時 表示能量由左向右传送 若指针反向偏转 表示能量由右向左传送 电流线圈的任一接线端应与电压线圈标有 符号的接线端连接 这样线圈间电位比较接近 可减小其间的寄生电容电流和静电力 保证功率表的准确度和安全 电压 电流量程的选择要保证其电压 电流不应超过表计的电压 电流量程 为防止功率表的电压线圈和电流线圈过载 用功率表测功率时 一般要接入相应的电压表和电流表 如右图所示 功率表的读数 UN 功率表的电压量程 IN 功率表的电流量程 m 功率表标尺的满刻度读数 功率表的量程 cos 1时 U I均为额定值时的乘积 三相功率的测量 A 对三相四线制系统 测三相平均功率的接线如图所示 它的接线特点是每个功率表所接的电压均是以中线N为参考点 三个功率表WAN WBN和WCN的读数分别为PAN PBN和PCN 可用式表示 PAN UANIAcos PBN UBNIBcos PCN UCNICcos P PAN PBN PCN 若是三相四线制对称三相电路 有如下可用 二表法 测三相三线制功率 无论负载是否对称 接线 W1电流线圈串接A相 电压线圈接AC W2电流线圈串接B相 电压线圈接BC总功率P P1 P2 三表法 测三相四线制不对称功率 P P1 P2 P3 三 功率因素表的使用 1 简介功率因数指在交流电路中 电压与电流之间的相位差 的余弦叫做功率因数 用符号COS 表示 在数值上 功率因数是有功功率和视在功率的比值 即 COS P S 单相交流电路或电压对称负载平衡的三相交流电路中测量功率因数的仪表 单相表在频率不同时会影响读数准确性 常见的有电动系 铁磁电动系 电磁系和变换器式等几种 2 原理 采用电动系电表测量机构的单相功率因数表原理见上图 其可动部分由两个互相垂直的动圈组成 动圈1与电阻器R串联后接以电源电压U 并和通以负载电流I的固定线圈 静圈 组合 相当于一个功率表 从而使可动部分受到一个与功率UIcos 和偏转角正弦sin 的乘积成正比的力矩M1 M1 K1UIcos sin K1为系数 cos 为负载功率因数 动圈2与电感器L 或电容器C 串联后接以电源电压U 并与静圈组合 相当于无功功率表 从而使可动部分受到一个与无功功率UIsin 和偏转角余弦cos 的乘积成正比的力矩M2 M2 K2UIsin cos K2为系数 对纯电阻负载 0 M2 0 电表可动部分在M1的作用下 指针转到 0 即cos 1的标度处 对纯电容负载 90 M1 0 电表可动部分在M2的作用下 指针逆时针转到 90 即cos 0 容性 的标度处 对纯电感负载 由于静圈电流I及力矩M2改变了方向 电表可动部分在M2的作用下 指针顺时针转到 90 即cos 0 感性 的标度处 对一般负载 在力矩M1和M2的作用下 指针转到相应的cos 值的标度处 应用电动系单相功率因数表可用来测量单相电路的功率因数 也可用来测量中性点接地的对称三相电路的功率因数 这时电表的电压端应接相电压 对中性点不可接地的对称三相电路 可采用三相功率因数表来测量 三相功率因数表是利用AB相电压与C相电流在功率因数为1时呈90度的原理设计的 指针式功率因数表有四个接线端 两个电压接线端输入线电压 两个电流接线端输入另一相的电流就可以了 功率因数表最中间的数值是1 应该在45度位置 左上面的为超前 右下的为滞后 四 示波器的使用 尽管示波器的型号和规格很多 但都由四个基本组成部分 1 示波器的基本组成 示波器简介 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器 它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象 便于人们研究各种电现象的变化过程 示波器利用狭窄的 由高速电子组成的电子束 打在涂有荧光物质的屏面上 就可产生细小的光点 在被测信号的作用下 电子束就好像一支笔的笔尖 可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线 利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线 还可以用它测试各种不同的电量 如电压 电流 频率 相位差 调幅度等等 示波器分类 根据用途 结构及性能 示波器一般可分为 1 通用示波器 2 多束示波器 或称多线示波器 3 取样示波器 4 记忆及存储示波器 5 特殊示波器 6 特殊示波器 近几年发展起来的虚拟仪器 示波器组成 显示电路显示电路包括示波管及其控制电路两个部分 示波管是一种特殊的电子管 是示波器一个重要组成部分 示波管由电子枪 偏转系统和荧光屏3个部分组成 1 电子枪电子枪用于产生并形成高速 聚束的电子流 去轰击荧光屏使之发光 它主要由灯丝F 阴极K 控制极G 第一阳极A1 第二阳极A2组成 除灯丝外 其余电极的结构都为金属圆筒 且它们的轴心都保持在同一轴线上 阴极被加热后 可沿轴向发射电子 控制极相对阴极来说是负电位 改变电位可以改变通过控制极小孔的电子数目 也就是控制荧光屏上光点的亮度 为了提高屏上光点亮度 又不降低对电子束偏转的灵敏度 现代示波管中 在偏转系统和荧光屏之间还加上一个后加速电极A3 第一阳极对阴极而言加有约几百伏的正电压 在第二阳极上加有一个比第一阳极更高的正电压 穿过控制极小孔的电子束 在第一阳极和第二阳极高电位的作用下 得到加速 向荧光屏方向作高速运动 由于电荷的同性相斥 电子束会逐渐散开 通过第一阳极 第二阳极之间电场的聚焦作用 使电子重新聚集起来并交汇于一点 适当控制第一阳极和第二阳极之间电位差的大小 便能使焦点刚好落在荧光屏上 显现一个光亮细小的圆点 改变第一阳极和第二阳极之间的电位差 可起调节光点聚焦的作用 这就是示波器的 聚焦 和 辅助聚焦 调节的原理 第三阳极是示波管锥体内部涂上一层石墨形成的 通常加有很高的电压 它有三个作用 使穿过偏转系统以后的电子进一步加速 使电子有足够的能量去轰击荧光屏 以获得足够的亮度 石墨层涂在整个锥体上 能起到屏蔽作用 电子束轰击荧光屏会产生二次电子 处于高电位的A3可吸收这些电子 示波器组成 显示电路 2 偏转系统示波管的偏转系统大都是静电偏转式 它由两对相互垂直的平行金属板组成 分别称为水平偏转板和垂直偏转板 分别控制电子束在水平方向和垂直方向的运动 当电子在偏转板之间运动时 如果偏转板上没有加电压 偏转板之间无电场 离开第二阳极后进入偏转系统的电子将沿轴向运动 射向屏幕的中心 如果偏转板上有电压 偏转板之间则有电场 进入偏转系统的电子会在偏转电场的作用下射向荧光屏的指定位置 如果两块偏转板互相平行 并且它们的电位差等于零 那么通过偏转板空间的 具有速度 的电子束就会沿着原方向 设为轴线方向 运动 并打在荧光屏的坐标原点上 如果两块偏转板之间存在着恒定的电位差 则偏转板间就形成一个电场 这个电场与电子的运动方向相垂直 于是电子就朝着电位比较高的偏转板偏转 这样 在两偏转板之间的空间 电子就沿着抛物线在这一点上做切线运动 最后 电子降落在荧光屏上的A点 这个A点距离荧光屏原点 0 有一段距离 这段距离称为偏转量 用y表示 偏转量y与偏转板上所加的电压Vy成正比 同理 在水平偏转板上加有直流电压时 也发生类似情况 只是光点在水平方向上偏转 示波器组成 显示电路 3 荧光屏荧光屏位于示波管的终端 它的作用是将偏转后的电子束显示出来 以便观察 在示波器的荧光屏内壁涂有一层发光物质 因而 荧光屏上受到高速电子冲击的地点就显现出荧光 此时光点的亮度决定于电子束的数目 密度及其速度 改变控制极的电压时 电子束中电子的数目将随之改变 光点亮度也就改变 在使用示波器时 不宜让很亮的光点固定出现在示波管荧光屏一个位置上 否则该点荧光物质将因长期受电子冲击而烧坏 从而失去发光能力 涂有不同荧光物质的荧光屏 在受电子冲击时将显示出不同的颜色和不同的余辉时间 通常供观察一般信号波形用的是发绿光的 属中余辉示波管 供观察非周期性及低频信号用的是发橙黄色光的 属长余辉示波管 供照相用的示波器中 一般都采用发蓝色的短余辉示波管 示波器组成 垂直 Y轴 放大电路由于示波管的偏转灵敏度甚低 例如常用的示波管13SJ38J型 其垂直偏转灵敏度为0 86mm V 约12V电压产生1cm的偏转量 所以一般的被测信号电压都要先经过垂直放大电路的放大 再加到示波管的垂直偏转板上 以得到垂直方向的适当大小的图形 水平 X轴 放大电路由于示波管水平方向的偏转灵敏度也很低 所以接入示波管水平偏转板的电压 锯齿波电压或其它电压 也要先经过水平放大电路的放大以后 再加到示波管的水平偏转板上 以得到水平方向适当大小的图形 示波器组成 扫描与同步电路扫描电路产生一个锯齿波电压 该锯齿波电压的频率能在一定的范围内连续可调 锯齿波电压的作用是使示波管阴极发出的电子束在荧光屏上形成周期性的 与时间成正比的水平位移 即形成时间基线 这样 才能把加在垂直方向的被测信号按时间的变化波形展现在荧光屏上 电源供给电路电源供给电路供给垂直与水平放大电路 扫描与同步电路以及示波管与控制电路所需的负高压 灯丝电压等 由示波器的原理功能方框图可见 被测信号电压加到示波器的Y轴输入端 经垂直放大电路加于示波管的垂直偏转板 示波管的水平偏转电压 虽然多数情况都采用锯齿电压 用于观察波形时 但有时也采用其它的外加电压 用于测量频率 相位差等时 因此在水平放大电路输入端有一个水平信号选择开关 以便按照需要选用示波器内部的锯齿波电压 或选用外加在X轴输入端上的其它电压来作为水平偏转电压 电子枪 Y轴偏转 荧光屏 加速聚焦 1 电子束在电场中的偏转原理 偏转板上有 无电压时 2 示波器的工作原理 X轴上加扫描信号 锯齿波电压 时 显示Y轴上输入信号的波形 轴 轴都加正弦信号时 显示李萨如图形 3 示波器的显示原理 李萨茹图形 轴 轴都加正弦信号时 显示李萨如图形 3 示波器的显示原理 李萨茹图形 CA8020A双踪四线示波器 1 特点 1 交替扫描扩展功能可同时观察扫描扩展和未被扩展的波形 实现双踪四线显示 2 峰值自动同步功能可在多数情况下无需调节电平旋钮就能获得同步波形 3 释拟控制功能可以方便地观察多重复周期的双重波形 4 具有电视信号同步功能 5 交替触发功能可以观察两个频率不相关的信号波形 2 操作及使用 五 晶体管特性图示仪 1 简介晶体管特性图示仪是以通用电子测量仪器为技术基础 以半导体器件为测量对象的电子仪器 它能在示波管荧光屏上直接显示各种晶体管的特性曲线 由于它具有使用方便 波形显示直观等优点 是目前使用极为广泛的图示仪 用它可以测试晶体三极管 NPN型和PNP型 的共发射极 共基极电路的输入特性 输出特性 测试各种反向饱和电流和击穿电压 还可以测量场效管 稳压管 二极管 单结晶体管 可控硅等器件的各种参数 常用的图示仪有JT 1型和XJ4810型 下面以XJ4810型晶体特性图示仪为例介绍晶体管图示仪的使用方法 XJ4810型晶体管特性图示仪面板功能介绍1 集电极电源极性按钮 极性可按面板指示选择 2 集电极峰值电压保险丝 1 5A 3 峰值电压 峰值电压可在0 10V 0 50V 0 100V 0 500V之连续可调 面板上的标称值是近似值 参考用 4 功耗限制电阻 它是串联在被测管的集电极电路中 限制超过功耗 亦可作为被测半导体管集电极的负载电阻 5 峰值电压范围 分0 10V 5A 0 50V 1A 0 100V 0 5A 0 500V 0 1A四挡 当由低挡改换高挡观察半导体管的特性时 须先将峰值电压调到零值 换挡后再按需要的电压逐渐增加 否则容易击穿被测晶体管 AC挡的设置专为二极管或其他元件的测试提供双向扫描 以便能同时显示器件正反向的特性曲线 6 电容平衡 由于集电极电流输出端对地存在各种杂散电容 都将形成电容性电流 因而在电流取样电阻上产生电压降 造成测量误差 为了尽量减小电容性电流 测试前应调节电容平衡 使容性电流减至最小 7 辅助电容平衡 是针对集电极变压器次级绕组对地电容的不对称 而再次进行电容平衡调节 8 电源开关及辉度调节 旋钮拉出 接通仪器电源 旋转旋钮可以改变示波管光点亮度 9 电源指示 接通电源时灯亮 10 聚焦旋钮 调节旋钮可使光迹最清晰 11 荧光屏幕 示波管屏幕 外有座标刻度片 12 辅助聚焦 与聚焦旋钮配合使用 13 Y轴选择 电流 度 开关 具有22挡四种偏转作用的开关 可以进行集电极电流 基极电压 基极电流和外接的不同转换 14 电流 度 0 1倍率指示灯 灯亮时 仪器进入电流 度 0 1倍工作状态 15 垂直移位及电流 度倍率开关 调节迹线在垂直方向的移位 旋钮拉出 放大器增益扩大10倍 电流 度各挡IC标值 0 1 同时指示灯14亮 16 Y轴增益 校正Y轴增益 17 X轴增益 校正X轴增益 18 显示开关 分转换 接地 校准三挡 其作用是 转换 使图像在 象限内相互转换 便于由NPN管转测PNP管时简化测试操作 接地 放大器输入接地 表示输入为零的基准点 校准 按下校准键 光点在X Y轴方向移动的距离刚好为10度 以达到10度校正目的 19 X轴移位 调节光迹在水平方向的移位 20 X轴选择 电压 度 开关 可以进行集电极电压 基极电流 基极电压和外接四种功能的转换 共17挡 21 级 簇 调节 在0 10的范围内可连续调节阶梯信号的级数 22 调零旋钮 测试前 应首先调整阶梯信号的起始级零电平的位置 当荧光屏上已观察到基极阶梯信号后 按下测试台上选择按键 零电压 观察光点停留在荧光屏上的位置 复位后调节零旋钮 使阶梯信号的起始级光点仍在该处 这样阶梯信号的零电位即被准确校正 23 阶梯信号选择开关 可以调节每级电流大小注入被测管的基极 作为测试各种特性曲线的基极信号源 共22挡 一般选用基极电流 级 当测试场效应管时选用基极源电压 级 24 串联电阻开关 当阶梯信号选择开关置于电压 级的位置时 串联电阻将串联在被测管的输入电路中 25 重复 关按键 弹出为重复 阶梯信号重复出现 按下为关 阶梯信号处于待触发状态 26 阶梯信号待触发指示灯 重复按键按下时灯亮 阶梯信号进入待触发状态 27 单簇按键开关 单簇的按动其作用是使预先调整好的电压 电流 级 出现一次阶梯信号后回到等待触发位置 因此可利用它瞬间作用的特性来观察被测管的各种极限特性 28 极性按键 极性的选择取决于被测管的特性 29 测试台 其结构如图A 24所示 30 测试选择按键 30 测试选择按键 左 右 二簇 可以在测试时任选左右两个被测管的特性 当置于 二簇 时 即通过电子开关自动地交替显示左右二簇特性曲线 此时 级 簇 应置适当位置 以利于观察 二簇特性曲线比较时 请不要误按单簇按键 零电压 键 按下此键用于调整阶梯信号的起始级在零电平的位置 见 22 项 零电流 键 按下此键时被测管的基极处于开路状态 即能测量ICEO特性 31 32 左右测试插孔 插上专用插座 随机附件 可测试F1 F2型管座的功率晶体管 33 34 3