《电子产品工艺实训》课件第2章

第2章电子产品工艺实训基础训练1锡焊技术

训练2常用仪表、仪器使用训练3常用电子元器件

思考题与练习题

训练1锡焊技术

一、训练要求

(1)了解电烙铁的结构、工作原理与检测方法,正确使用电烙铁。

(2)根据所焊元器件与电路板的结构特点选择合适的电烙铁。

(3)了解常用的焊剂、焊料类型,根据实际选择合适的焊料与焊剂。

(4)掌握常用电子元器件及各种导线的焊接工艺。

(5)掌握电路板的处理与焊接工艺。

(6)掌握常用电子元器件、

插接件的拆焊方法。

二、主要器材

(1)各式电烙铁。

(2)各种电子元器件(积累实验过程中损坏的元器件、废弃电器上的元器件)。

(3)各种规格的导线、安装板(铜铆钉板、报废的仪器仪表、废旧电器的电路板较好)。

(4)焊锡条、锡丝、焊剂(松香)、清洗剂(酒精)、绝缘漆等。

(5)镊子、

吸锡网、

小硬毛刷等。

三、训练内容

1.电烙铁的选择与检测电烙铁有内热式和外热式两种。

1)外热式电烙铁外热式电烙铁在铁管的外侧先用数层云母片包裹绝缘,在云母片上绕制电热丝,然后再用数层云母绝缘后做成烙铁心,最后将烙铁紫铜头插入铁管。通电后电热丝发热,加热云母片,云母片将热传给铁管,铁管再将热传给烙铁紫铜头。外热式电烙铁热效率较低,温度上升慢,但坚固耐用且功率比较大,目前仍被使用。市场上外热式电烙铁有小功率(15～30W)、

中功率(30～80W)和大功率(80～500W)三种。

2)内热式电烙铁内热式电烙铁是在外热式电烙铁基础上改进的,它在瓷管外绕制电热丝,在电热丝外再套一层绝缘用瓷管,做成内热式烙铁心,将烙铁心插入不锈钢管中,在不锈钢管外套上焊接用的电烙铁紫铜头。通电后,电热丝发热,加热瓷管,瓷管将热传给不锈钢管,不锈钢管再把热传给烙铁紫铜头。内热式电烙铁的启动时间快,体积小,热效率高,温度上升快，是目前最普遍使用的锡焊工具;其缺点是电热心的瓷管较细,容易摔断。市场上内热式电烙铁只有小功率和中功率两种。电烙铁还可根据烙铁头的形状(直头、弯头、尖头和扁头)、功率、使用电压来分类。高压电烙铁使用的电压为220V,功率有20W、25W、30W、35W、50W等几种。低压电烙铁使用的电压常有12V和24V两种,功率有15W、

20W等。

3)电烙铁功率的选用电烙铁的功率应视焊点的面积大小而定。焊点大时散热速度也快,因此选用的电烙铁功率也应该大些。焊接印刷线路板、无线电元器件一般采用25～45W的小型电烙铁,使用大烙铁容易损坏元器件。应根据所焊接的元器件特点来选择烙铁头的形状。电烙铁的电源线一般采用电灯用的花线(塑料线也可以),长度约为1.5m。正常电烙铁用万用表欧姆挡测其两电极间电阻约在1～2kΩ之间。若电阻无穷大或接近零,则表示烙铁心已损毁,应更换烙铁心。

2.电烙铁的正确使用与维护

电烙铁是焊接电路的主要工具,正确使用电烙铁是焊接技术的关键。在使用电烙铁时要注意下面几点:

(1)新烙铁使用之前,先用锉刀将其表面镀层去净并露出铜头,然后将烙铁通电,等烙铁头部微热时插入松香,在烙铁头上均匀地“吃上”焊锡。

(2)使用烙铁时应严禁摔碰,以免电热丝受振动而断开,损坏电烙铁。

(3)不要将烙铁头在金属上刻划或用力去除粗硬导线的绝缘套,以免使烙铁头出现损伤或缺口,减少其使用寿命。

(4)经常用测电笔检查烙铁是否漏电,电源线的绝缘层是否完好,防止发生触电事故。

(5)焊接一些特殊元件时,必须按要求接地线。

(6)电烙铁经过长时间使用后,烙铁头部会生成一层氧化物,不容易吃锡。如果烙铁口呈灰白色,可以用钢丝刷去。如果烙铁口呈棕黄色,可用锉刀锉掉氧化层,按照处理新烙铁头的方法涂上焊锡即可继续使用。当烙铁头严重磨损时,将影响焊接质量，此时必须更换新的烙铁头。

(7)在焊接过程中,电烙铁如果用用停停,则烙铁上集结的热量就不能及时散失,当热量储存过多时,容易将烙铁头“热死”(即全部被氧化物覆盖而“吃”不上锡),从而影响焊接质量并缩短电烙铁的使用寿命。为了避免发生烙铁头“热死”现象而影响焊接速度,最好在不焊时将烙铁降温,使用时又能较快地达到焊接温度。

(8)电烙铁不用时,宜放在烙铁架上。

3.焊料、焊剂的选用与烙铁温度的控制

锡焊是利用高温使锡熔化,用于接合金属(包含导线、元器件与电路板)的技术。焊锡是低熔点的铅锡合金,锡与铅的比例不同,焊锡的熔点也不相同。焊锡的质量直接影响焊接的质量,焊锡丝的选择要视具体焊接对象而定,焊点较大的元器件可用较粗的焊锡丝,引脚较细的元件、焊点较小的焊盘宜用细焊锡丝。一般焊接电子元件应选用低熔点焊锡丝(常用0.8mm、65%的含松香焊锡丝)。焊剂在常温或焊件温度升高时能成为薄层分布到焊缝上,形成保护层,防止与空气中的氧气起作用,改善焊接性能。

焊接工艺不同,助焊剂也不同。在电路板的焊接中,选用低熔点的焊锡丝和没有腐蚀性的助焊剂(比如松香、活性松香等)能满足大部分电子产品的装配要求,不宜采用工业焊锡和有腐蚀性的酸性焊油。

如果采用含有松香的焊锡丝,使用起来会非常方便。

在实际焊接中,可以根据需求自制助焊剂,下面是三种助焊剂配方。

(1)松香酒精焊剂:松香20g,酒精70g,澳化水杨酸15g。

(2)中性焊剂:医用凡士林100g,三乙醇胺10g,无水酒精40g,水杨酸10g。

(3)无机焊剂:氧化锌40g,氯化胺5g,盐酸5g,水50g。

在电子元器件及PCB(印刷电路板)的焊接中,固体松香就是很好的助焊剂。烙铁温度直接影响焊接质量。焊接时,应使电烙铁的温度高于焊锡的温度,但也不能太高,过高时焊锡容易流淌,且可能使元件过热,损坏甚至破坏电路板上的铜皮。温度过低时,焊锡不能充分熔化,焊点粗糙,会造成虚焊、堆焊现象。一般保持烙铁头温度比焊料熔化温度高50℃较为适宜。烙铁产生的温度与烙铁的功率和焊接的时间有关,同一功率的烙铁,焊接点尺寸小,其焊接时间要短一些;反之,则要增加焊接时间。

在实际焊接中,常用普通焊锡丝,烙铁温度一般控制在320～350℃之间。烙铁烧到什么程度合适可用烙铁头与松香接触来判断,烙铁头和松香接触冒出柔顺的白烟,松香向烙铁头上扩展又不“吱吱”作响,这就是烙铁最好的焊接状态。

4.焊接

1)PCB(印刷电路板)焊接技术在电子实验、实习、电子产品制作过程中,焊接工作是必不可少的。焊接不但要将元件固定在电路板上,而且要求焊点必须牢固、圆滑,不能有虚焊、假焊、堆焊现象。焊接的质量直接影响到电子实验、实习及制作的成功与否,因此,焊接技术是每一位学习电子应用的学生和电子制作爱好者必须掌握的基本功。

锡焊中,锡和焊点结合紧密,焊点圆滑、光亮是锡焊的基本要求。正确的操作步骤是:烙铁头接触松香→沾锡→烙铁沾锡的地方接触焊点2～3秒钟→移开烙铁→使锡凝固,焊锡凝固前焊件不能乱动,以免造成假焊。

电子元器件、电路板保存在空气中,由于氧化作用,元件引脚、电极、焊盘上附有一层氧化膜,同时还有其它污垢,焊接前可用小刀或细砂纸打磨掉氧化膜,并且立即涂上松香或其他焊剂,然后上一层焊锡(俗称搪锡)。搪锡就是将要锡焊的元器件引线或导电的焊接部位预先用焊锡润湿,一般也称为镀锡、上锡等。搪锡是否合理是焊接成功的关键,它是靠金属的扩散形成结合层后而使焊件表面“镀”上一层焊锡的。搪锡并非锡焊不可缺少的操作,但对手工烙铁焊接,特别是维修、调试、研制工作,几乎是必不可少的。元器件引线搪锡的方法如图2-1所示。

图2-1元器件引线搪锡的方法

(a)元件移动；

(b)烙铁移动

经过搪锡处理后的元件容易焊牢,不容易出现虚焊现象。焊接时，先把被焊元件引脚插到PCB(印刷电路板)的应插位置,调整到合适的高度,用烙铁头沾取适量焊锡,接触焊点,待焊点上的焊锡全部熔化并浸没元件引线头后,电烙铁头沿着元器件的引脚轻轻往上一提离开焊点。高质量的焊点应呈正弦波波峰状,表面光亮圆滑,无锡刺,锡量适中。焊接点上的焊锡量太少,焊接不牢,机械强度也差。而过量的焊锡则会增加焊接时间,降低工作速度,毫无必要地消耗较贵的锡,更为严重的是,在高密度的电路中,过量的锡很容易造成不易察觉的短路。焊锡应该刚好将焊接点上的元件引脚全部浸没,轮廓隐约可见为好。

焊接点上焊剂的用量如图2-2所示。

图2-2焊剂用量比较(a)焊锡过多，浪费;(b)焊锡过少，焊点强度差;(c)合适的焊锡量，合格的焊点

焊接过程中,焊点的形成与烙铁撤离时的角度和方向也有一定关系。图2-3所示是烙铁在不同撤离方向时对焊点的影响示意图。撤烙铁时轻轻旋转一下,可保持焊点有适当的焊料,当然,这需要在实际练习焊接操作中去体会。

图2-3不同撤离方向对焊点的影响(a)烙铁轴向45°撤离；(b)向上撤离;(c)水平方向撤离；(d)垂直向下撤离;(e)垂直向上撤离

助焊剂的用量也应适宜。过多,焊点不美观,还会腐蚀元件;过少,会造成虚焊。电路焊好后,切记将多余的焊剂用乙醇(无水酒精)或异丙醇清洗掉,以防碳化后的助焊剂影响电路正常工作。焊接结束后,必须检查有无漏焊、虚焊以及由于焊锡流淌造成的元件短路。虚焊较难发现,可用镊子夹住元件引脚轻轻拉动,如发现摇动应立即补焊。另外,焊接时流动的焊锡容易掉在板子上,焊接完毕后要仔细检查，

清理残锡,防止通电后造成短路。

2)PCB焊接练习

(1)元器件的成形。电子元件在安装焊接之前一般都必须把元件的引脚整理成合适的形状,通常把这一步骤叫做“弯脚”或“窝腿”。由于元件与引脚的连接部(或称根部)比较脆弱,经不起太大的机械应力,因而在弯脚时应用镊子夹住引脚靠根部的部分(起保护根部的作用),而用另一只手把引脚压弯。弯曲点与根部的距离不得小于3mm;不要弯成直角;引脚弯曲半径不得小于2mm。

(2)表面处理与搪锡。电子元件表面处理与搪锡时,要特别注意对三极管或集成电路的引脚以及电路板的操作。①三极管或集成电路的引脚外层只有一层很薄的金层或银层,里面的金属丝很难上锡,引脚有锈就更不容易上锡,切不能用力刮或打磨,只能用细砂纸轻轻打几下,即使锈蚀没有全部去掉,也不要再处理。应当用沾有大锡球的烙铁去“蹭”引脚,让引脚“埋”在熔化的锡球里。如果“蹭”后引脚上了锡,那还可以使用。如果引脚上只有少数地方上锡,这样的器件就不能再使用了。

②集成电路焊接时,电烙铁要可靠接地,或断电后利用余热焊接。实际做电子电路时,一般最好使用集成电路专用插座,焊好插座后再把集成电路插上去。③印刷板:如果印刷板上有保护腊或保护漆,或者表面太脏,应当用细砂纸或钢棉轻轻打掉,一直到露出的铜箔或锡很光亮为止,然后用酒精布轻轻擦干净,再上锡。给通孔上锡时,应保证通孔仍可让元器件的引脚穿过。如果孔被堵上,则可以用吸锡器吸走通孔里的锡,或用不沾锡的铁丝或铝丝捅穿孔。

(3)元器件的插装。所有元器件在PCB上按工艺文件要求进行装连。为了方便测试、识别,元器件标志、参数要朝易看见的方向。元器件插装过程中,要按先低后高顺序进行,注意有极性元器件的方向不能插反。总之,元器件在PCB上插排既要整齐美观,又要符合电器特性。

(4)元器件的焊接。在实际焊接中,针对电子元件的特点可采用点焊和拖焊的方法。点焊分为加焊锡丝助焊与不加焊锡丝助焊两种。加焊锡丝助焊时，左手持焊锡丝,右手握烙铁对焊接点进行点焊。其焊接过程是:把准备要焊接的元器件引脚插入线路板的焊接孔内,检查位置无错后,调整元器件的高度(例如变压器不能将底面贴在主件板上)。先焊好一个脚,然后对其它脚进行点焊。焊接时,让焊锡丝接触焊接点,烙铁熔化焊锡丝,而后镀在焊接处,左手根据焊点大小向前进锡。锡上足后,左手立刻回收停止进锡,而右手中的烙铁仍留在焊点上,停留时间一般在0.8秒左右,完成点焊。另外,电烙铁撤离焊点的速度要快,沿水平方向抽出。

不加焊锡丝助焊是指在焊点上已上好足够的焊锡或在烙铁头上沾有一定量的焊锡,然后用电烙铁对焊点进行点焊。例如将一只晶体三极管直接焊接在铜箔线路板上,首先对三极管引脚搪锡,再对焊盘处理并上好足量的焊锡,然后用烙铁熔化焊锡,接触焊点,使三极管引脚充分与焊锡接触后,烙铁迅速离开焊点。

拖焊是焊接多脚元器件时常采用的焊接方法。操作时先将元器件的位置固定好(可用焊锡固定),然后将焊锡丝靠在焊脚上,用大面积触头的C型烙铁头熔化焊锡丝,使锡不断进入焊点。当焊点(指熔化的焊锡)足够大时,左手的焊锡丝与右手的烙铁同时同步移动。移动时烙铁头不要接触元器件的引脚,而是让高温熔化的焊锡填在引脚与线路板焊接点之间,这是拖焊的特别之处。为保证拖焊的焊接质量,在操作时要特别控制好烙铁移动的速度和进锡的速度。

贴片式集成电路的特点是引脚细,焊盘薄,要选用合适的电烙铁和焊锡丝。焊接时先将集成电路的引脚涂上松香水,然后将集成电路引脚与印制板上的焊盘位置准确定位。将四角焊牢固定,再检查一遍确认集成电路的每一个引脚都正确与焊盘位置相对应。然后将主板竖起(需别人帮忙),左手拿焊锡丝,右手拿烙铁,烙铁与主板成35°角,从集成电路右边最上一脚焊起,烙铁与焊锡丝一起向下移动,利用流动的热锡将引脚与焊盘焊牢。从最上个引脚移到最下个引脚期间,若有两个引脚或多个引脚焊连在一起,重复以上动作,利用松香的表面张力使相邻两脚分开。焊接完一面后,甩掉残锡,蘸一下松香清洁烙铁头,使之保持光洁。转动主板,再重复以上动作,将所有引脚焊完。若有个别引脚还焊在一起,可用吸锡绳吸开,再分别补焊。

初学者在焊接时,一般将电烙铁在焊接处来回移动或者用力挤压,这种方法是错误的。正确的方法是用电烙铁的搪锡面去接触焊接点,这样传热面积大,焊接速度快。随着电子电路设计与PCB设计的自动化、电子元器件小型化,电路板上元件布局密集数量越来越大,为手工焊接带来了一定的难度。条件具备时,用波峰焊机和锡流焊机装配实习电路,以掌握最新焊接技术。

5.导线焊接练习导线的焊接与元器件的焊接大致相同,都要先进行绝缘层处理、搪锡，然后再焊接。一般去绝缘层露出3mm的金属导线即可。导线的类型不同,有不同的处理方法:多芯线去绝缘层后,要沿一个方向将多芯线拧紧,然后搪锡;漆包线要先轻轻刮去漆层,或用带有焊锡的烙铁烫一会儿,在去漆包皮的同时上锡;丝包线在去绝缘层后,还要去掉丝包层才能上锡。导线焊接包括导线与导线的焊接(连接)与导线在印制板或铜铆钉板上的焊接。导线连接时将搪有焊锡的导线并齐放置,用烙铁头的搪锡面焊接导线,沿导线平放方向离开烙铁;导线在印制板或铜铆钉板上焊接时,要像元件焊接一样将导线穿过焊孔,在焊接面焊接。

实际练习焊接时,可用做实验时的废弃导线,用前面练习元件焊接的电路板进行导线焊接练习。也可以将硬心导线或铜丝焊接成一定的几何形状,以增加焊接练习的趣味性。在短导线的焊接中,注意用镊子或尖嘴钳夹住导线,以防烫手。细导线焊接尽量在较短的时间内完成,以防焊坏导线。

6.拆焊练习

1)三脚以下元件的拆焊方法拆焊此类元件所用电烙铁的烙铁头应锉得尖一些,使得烙铁头碰到焊点时不会接触到印制板的其它部分。拆焊时,用烙铁头接触印制板背面的焊点,与此同时,要用镊子夹住印制板正面的元件引脚,当发现焊锡开始熔化时,用镊子慢慢把引脚拉出通孔。如果拉出引脚的过程不太顺利,应使烙铁头暂时撤离焊点,以防过多的热量传到元件内部。

2)多脚元器件的拆焊方法对如集成电路这样的多引脚元器件,一般需使用吸锡器。如果没有吸锡器,可以采取下述变通方法:把印制板斜放起来,背面朝下,用电烙铁的烙铁头接触背面的焊点,并用一根铝丝去接触这个焊点,铝丝的另一头朝下。当焊锡熔化时,把铝丝捅进通孔里,这时熔化的焊锡会顺着铝丝掉下来。电子元件的拆焊要特别注意烙铁头与焊点的接触时间一般不宜超过10秒钟。过热会使覆铜层脱离印制板或印制板被烫焦。如果一次拆焊不成功,可等焊点稍冷之后再重新做一次。拆焊时要特别注意不要损坏印制板,必须注意保护好元件。

元器件拆焊后,焊盘上会残留焊锡。尤其是集成电路拆下后,焊盘上的残锡更多,会给重焊元器件造成困难,必须清理干净。用吸锡绳浸上松香,将残锡吸掉。吸时一定要注意,吸锡绳的移动方向要顺着焊盘的走向,不要横移,否则极易损坏焊盘。残锡清理完后,用酒精清洗集成电路各引脚上的残余松香,烘干或自然风干后,整个拆焊工作才算结束。

3)拆焊操作原则为防止失误,拆焊过程中还应遵循以下操作原则:第一,最好每次只拆下一个元器件。拆下元器件时应记下每个脚的焊接位置。当引脚数目较多或者对这种元器件的引脚排列方式不太熟悉时,应在每个引脚上贴上胶布,写上记号,或者采取其它的标记方法。第二,如果不得已必须拆下较多的元器件,一定要给每个元器件分别做上记号。第三,如果测量结果表明该元件没有故障,应及时把它焊到电路板上。第四,应利用元器件拆下来的这个机会,检查一下印制板有没有毛病。

四、

焊接技能考核

表2-1手工焊接技术(电子元器件插装、焊接)考核评分细则训练2常用仪器、仪表的使用

一、训练要求(1)了解常用仪器、仪表的基本结构与功能。(2)理解常用仪器、仪表的工作原理。(3)掌握常用仪器、仪表的使用方法与操作步骤。

二、主要器材

(1)万用表、直流稳压电源、信号发生器、双踪示波器、晶体管特性图示仪等。

(2)电阻组件，电容组件，二极管、三极管等若干。

(3)面包板一块,硬导线若干,常用工具一套。

三、训练内容

(一)指针式万用表万用表是一种可以实现多量程、多种电量测量的便携式电气测量仪表,一般可以用来测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等电参量。除此之外,有的万用表还可以测量交流电流、晶体管放大倍数、电感、电容等参数。万用表广泛应用于无线电、通信和电工测量等领域。万用表的种类和型号很多,量程也各不相同,根据工作原理的不同,一般可以分为指针式万用表和数字式万用表两大类。

1.主要技术指标

MF-47是磁电式便携多量程万用表,其外形如图2-4所示。该万用表可供测量直流电流、交直流电压、直流电阻等电参量,具有26个基本量程和电平、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加参考量程。

它的测量范围和精度等级见表2-2。

图

2-4MF-47型万用表外形图

表

2-2MF-47型万用表的测量范围和精度等级

2.各主要旋钮的作用

MF-47型万用表面板上半部分是表头(指示部分),通过指针的位置和与之对应的表盘刻度值可指示被测参数的数值。表头指针调零器在表头下方。仪表面板下半部分是供操作的旋钮和插孔,其中右上角为零欧姆调节器,左上角为三极管hFE测量插孔,测试笔插孔在最下方。主要旋钮和插孔的名称及作用介绍如下。

(1)机械零点调节螺帽:万用表在使用之前应水平放置并检查指针是否在标度尺的起始点上。如果不在起始点,则应调整中间的胶木质机械零点调节螺帽,使表针回到标度尺的起始点上。

(2)欧姆零点调节旋钮:测量电阻时,无论选择哪一挡,都要先将指针指在欧姆标度尺的起始零点上,否则会给测量值带来一定的误差。

(3)转换开关:通过转换开关可选择5个测量项目、26个量程，以及电平、电容、电感、晶体管直流参数等7个附加参考量程。

(4)负极插孔:在其左边标有“*”标记。测量任何项目时,黑表笔都应插在该插孔里。

(5)正极插孔:在其右边标有“+”标记。在测量电阻、直流电流及交直流电压时,红表笔应插在该插孔里。

(6)晶体管静态直流放大系数检测装置供临时检测三极管使用。

(7)交直流2500V和直流5A分别有单独插座,测试时黑表笔插在“-”极插孔位置,红表笔插在交直流2500V和直流5A的单独插座中。

3.表头刻度标度盘与开关指示盘印制成红、绿、黑三色。二盘颜色分别按交流红色,晶体管绿色,其余黑色对应制成,使用时读取示数方便。标度盘共有七条刻度,第一条专供测电阻用;第二条供测交直流电压和直流电流用;第三条供测交流10V电压用;第四条供测晶体管放大倍数用;第五条供测电容用;第六条供测电感用;第七条供测音频电平时使用。标度盘上装有反光铝膜,以消除视差。

4.万用表的使用方法万用表的种类和结构是多种多样的,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,同时也要分清表盘上各条标度尺所对应的测量量。使用时,只有掌握正确的方法,才能确保测试结果的准确性,使测量误差减小到最低程度,以保证人身和设备的安全。

1)插孔和转换开关的使用首先要根据测试项目选择插孔或转换开关的位置。由于使用过程中测量电压、电流和电阻等可能会交替进行,因而一定不要忘记换挡或转换表笔插孔。切不可用测电流或测电阻的挡位去测电压。如果用直流电流或电阻挡去测量交流220V电源,则万用表会立刻烧毁。

2)测试表笔的使用万用表有红、黑两根表笔,如果位置接反、接错,将会使测试错误或烧坏表头。一般万用表的红表笔为“+”,黑表笔为“-”或“*”。表笔插入万用表插孔时一定要严格按颜色和正负极插入。测直流电压或直流电流时,一定要注意正负极性。测电流时,表笔与电路串联;测电压时,表笔与电路并联,不能搞错。

3)如何正确读数万用表使用前应检查指针是否指在零位上。如不指零位,可调整表盖上的机械零点调节螺帽。万用表有多条标度尺,一定要认清所对应的读数标尺,不能图省事而把交流和直流标尺任意混用,更不能看错。万用表同一测量项目有多个量程,例如直流电压量程有1V、2.5V、10V、50V、100V等。量程选择应使指针移动到满刻度的2／3以上。测电阻时,应使指针指向该挡中心电阻值附近读数,这样才能使测量准确。读数时操作者的视线应正视表针,以减少操作者因视线偏左或偏右而引起的使用误差。

测量读数时要注意:万用表标度盘上的刻度线都是按表的精度刻画的,因此只要按表的刻度读数即可,最多插入半格读数。例如用万用表10V挡测某一直流电压,表针指在40刻度线偏右一点,10V挡的精度为±2.5%,最大绝对误差为±0.25V,这时读数就不应为8V,也不应为8.02V,而应读为8.0V。

4)电阻的测量先将红表笔插在“Ω”专用插孔内,黑表笔接“*”插孔,将两表笔短接,同时旋动欧姆零点调节旋钮,使指针指在“Ω”标度尺的零位上。每次换挡之后都必须重新使零欧姆电位器调零。如果旋动欧姆调零旋钮不能使指针指到欧姆零位,则说明电池电压太低,应更换新电池。在完成上述步骤后,可将表笔接到被测电阻的两个金属引出端,根据所设定的挡位读出电阻值。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。量程选择应尽量在“Ω”标度尺的中间区域读数。也决不能带电测量电阻。带电测量相当于用欧姆挡去测量电阻端电压,这样不但测量结果无效,而且可能损坏电表。在测量电阻之前应切断电源,电路中有电容时应先放电。

万用表的内附电池正极与表盘上的“-”或“*”插孔相连,负极与表盘上的“Ω”

插孔相连。若用欧姆挡判别晶体二极管、晶体三极管管脚,则由于晶体管所能承受电压较低和允许通过的电流较小,故应选用低电压高倍率挡(如R×100或R×1k挡)进行测量。

R×1Ω、R×10Ω、R×100Ω、R×1kΩ、R×10kΩ五个量程合用R14型2号1.5V电池,R×100kΩ量程使用的是专用6F22型15V层叠电池。

5)直流电压的测量红表笔接万用表的“+”插孔,黑表笔接“*”插孔,测量时把万用表与被测电路以并联形式连接,红表笔触到被测电路的正端,黑表笔触到电路的负端,不要接反。若不知道被测对象的正负极,可先将转换开关置于直流电压最大量程挡,然后将一只表笔接到被测对象任何一极上,再将另一表笔在另一极上迅速相碰,立即拿开,观察指针偏向。若指针向正方向偏转,则红表笔接触的为正极；若指针反方向偏转,则红表笔接触的是负极。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量程上,使指针获得最大可能的偏转。如果电路上的电压大小估计不出来,就要先用大的量程,粗略测量后再用合适的量程,这样可以防止由于电压过大而损坏万用表。

测量直流电压时,还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),万用表的接入可能会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高的仪表测量。

6)直流电流的测量把转换开关置于直流电流挡位,如无法估计被测电流的大小,可先选择直流电流量程最大的一挡进行测试,再根据指针偏转情况选择合适的量程。不允许在测量过程中带电切换挡位,以防止损坏万用表。测量时应先切断电源,将被测电路断开一点,把万用表串联在电路中,把红表笔接在高电压端(或“+”端),黑表笔接在低电压端(或“-”端),否则表针反偏。测量直流电流时要特别注意,不能将万用表与被测电路并联,若将万用表与被测电路并联,则通过表头的电流会大大超过满偏电流,损坏万用表的表头。需要注意的是，万用表电流挡内阻会使电流减小引起测量误差。在测量中,若已知电路中某组件的电阻值,为了避免断开电路,可用万用表直流电压挡测该组件端电压,再运用欧姆定律求出电路电流。将万用表串联在电路中以后,接通电源,在第三条刻度线读取直流电流数据。

7)交流电压的测量将万用表转换开关置于交流电压挡,其余操作与直流电压的测量相同,只是无须区分表笔的正负极。另外,交流电压挡的标度尺是按正弦交流电有效值标度的,如果测量对象不是正弦波,则误差要增大。还要注意的是,万用表表盘上都标明了使用频率范围(MF-10型万用表的频率范围为45Hz～1.5kHz)。如果交流电频率超过这个范围，则误差就会变大,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。

8)音频电平的测量万用表的音频电平测量功能是指对信号传输过程中的衰减或增益进行测量。由于音频电压为交流参数,因而其测量方法与交流电压相似,只是在dB刻度上读数。另外还要注意,音频电平是以交流10V刻度的,如使用交流50V及以上量程,要按表2-3修正测量值;如果被测对象含有直流成分,则测试表笔的一端必须串联一只0.1pF以上、耐压为400V以上的电容器,用来隔断直流电压。

表2-3万用表的分贝修正值

5.注意事项

(1)使用万用表之前,应熟悉各转换开关、旋钮或按键、专用插口、测量插孔以及相应附件的作用,了解每条刻度线对应的被测电量。第一次拿起表笔准备测量时,务必核对测量种类及量程选择开关是否拨对位置,否则可能损坏万用表。

(2)万用表在使用时一般应水平放置,在干燥、无振动、无强磁场及环境温度适宜且无腐蚀性气体的条件下使用。

(3)测量交直流电压时,应将表笔插入连有导线的绝缘管内,且不应暴露金属部分,并应谨慎操作。正在测量较高电压或较大电流时,不能旋动转换开关,以免使开关接点间产生电弧,使开关损坏。

(4)万用表使用完毕后,应将表笔取下,挡位转换开关置于交流电压最高挡,以防下次测量时不注意看转换开关位置而烧坏万用表,并可避免转换开关在欧姆挡时表笔短接,浪费电池。

(5)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。

(二)数字式万用表数字式万用表与指针式万用表相比具有许多优点:测量值直接用数字显示,使读数变得直观、准确;机内采用大规模集成电路,极大地提高了测量内阻,从而减小了测量误差,提高了测量精度;防磁能力也得到提高,使万用表在强磁场下也能正常工作;增加了保护装置,具备了输入超限显示功能,提高了可靠性和耐久性。

数字式万用表是在直流数字电压表的基础上扩展而成的。直流数字电压表主要由模/数转换器(A/D)、计数器、译码显示器和控制器等组成。在此基础上,利用交流/直流(AC/DC)转换器、电流/电压变换器(I/U)、电阻/电压变换器(Ω/U)、电容/电压变换器(C/U)、频率/电压变换器(F/U)等即可把被测量转换成直流电压信号,这样就构成了一块数字式万用表。

TD-830型万用表是使用较多的一种袖珍式数字万用表,采用9V叠层电池供电,用LCD液晶显示器显示数字,最大可显示±1999。该表使用旋钮式量程转换开关,操作简便,具有多种检测项目;表内装有蜂鸣器,可提高连续检测的速度;使用时电池能量消耗较小,并设有表内电池低电压指示功能;电路在设计上采用熔断管过流保护电路和过压保护组件,具备全量程保护功能。

1.主要技术指标

TD-830型数字式万用表共有28个基本挡。

(1)直流电压(DCV)分5挡:200mV,2V,20V,200V,1000V;分辨率分别为0.1mV,1mV,10mV,100mV,1V;测量范围为0.1mV～1000V。

(2)交流电压(ACV)分5挡:200mV,2V,20V,200V,750V;分辨率分别为0.1mV,1mV,10mV,100mV,1V;测量范围为0.1mV～750V。

(3)直流电流(DCA)分5挡:200μA,2mA,20mA,200mA,10A;分辨率分别为0.1μA,1μA,10μA,100μA,1A;测量范围为0.1μA～10A。

(4)交流电流(ACA)分5挡:200μA,2mA,20mA,200mA,10A;分辨率分别为0.1μA,1μA,10μA,100μA,1A;测量范围为0.1μA～10A。

(5)电阻(Ω)分6挡:200Ω,2kΩ,20kΩ,200kΩ,2MΩ,20MΩ;分辨率分别为0.1Ω,1Ω,10Ω,100Ω,1kΩ,10kΩ。

(6)测量三极管的hFE挡:NPN型晶体三极管的hFE值,测量范围为0～1000,测试条件为UCE＝2.8V,IB＝10μA;PNP型晶体三极管的hFE值,测量范围为0～1000,测试条件为UCE＝2.8V,IB＝10μA。(7)其它技术指标还包括：线路通断检查:被测电路电阻小于20Ω±10Ω时,蜂鸣器发声;时钟脉冲频率:40kHz;测量周期:0.4s;测量速率:2.5次/s;工作温度:0~40℃;环境相对湿度:≤80%;整机功耗:约为17.5~25mW。

2.各主要旋钮的作用

DT-830型数字式万用表的面板结构如图2-5所示。上部有一个数字显示屏,下部有4个输入插孔,中间是量程开关、电源开关和hFE插孔。各部分的作用介绍如下。

(1)显示屏:显示最大值为±1999,具有自动调零功能,能显示极性、小数点、过载、低电压指示等多种提示符。

(2)电源开关:将开关置于“ON”位置时,电源接通;不用时,置于“OFF”位置。

若长期不用,则应取出电池。

图2-5DT-830型数字式万用表的面板结构

(3)量程旋转开关:所有测量项目和量程都由此旋转开关来设定。应根据不同被测信号的要求,首先确定该旋转开关的挡位。为方便操作,开关周围用不同颜色和分界线标出各种不同测量种类和量程。

(4)输入插孔:共有“10A”、“mA”、“COM”、“V·Ω”四个孔。注意,黑表笔始终插在“COM”插孔中,红表笔则根据具体测量对象插入不同插孔。当测量交直流电压时,红表笔插入“V·Ω”孔;当测量小于200mA的交直流电流时,红表笔插入“mA”插孔;当测量200mA～10A之间的交直流电流时,红表笔插入“10A”插孔。在使用各电阻挡、二极管挡、通断挡时,红表笔插入“V·Ω”插孔(表笔带正电),黑表笔插入“COM”插孔。这与指针式万用表在各电阻挡时的表笔带电极性恰好相反,使用时应特别注意。

(5)hFE插孔:根据被测三极管的种类、型号,将三极管的E、B、C三个极分别插入对应的插孔内。

3.使用方法

(1)测量直流电压:将电源开关拨至“ON”处,量程开关置于“DCV”的相应挡位。若预先无法估计被测电压的大小,则应先拨至最高量程挡测量一次,再视情况逐渐把量程减小到合适位置。黑表笔插入“COM”插孔,红表笔插入“V·Ω”插孔,将表笔接到测量点上,读数即现。在显示电压读数时,同时会指示出红表笔所接电源的极性。注意,量程不同,测量精度也不同。例如,分别用“2V”、“20V”、“200V”和“1000V”挡测量一节1.5V的干电池,其测量值分别为1.552V、1.55V、1.6V、2V。因此，不能用高量程挡去测小电压。

(2)测量交流电压:将量程开关置于“ACV”的相应挡位,红、黑表笔的接法同上。要求被测电压频率为45～500Hz(实测范围约为20Hz～1kHz)。

(3)测量直流电流:将量程开关置于“DCA”的相应挡位。当被测电流超过200mA时,应将红表笔接“10A”插孔;当被测电流小于200mA时,红表笔接“mA”插孔,黑表笔仍插在“COM”孔中;然后将红、黑表笔串入被测电路中,读数即现。

(4)测量交流电流:将量程开关置于“ACA”的相应挡位,其测量方法与测量直流电流的方法相同。

(5)测量电阻:将量程开关置于“Ω”的相应挡位,黑表笔插入“COM”孔,红表笔插入“V·Ω”孔,然后将表笔接到电阻两端,读数即现。

200Ω挡的开路电压约为1.5V,其余电阻挡约为0.75V。电阻挡的最大允许输入电压为250V(DC或AC),这里的250V指的是操作人员误用电阻挡测量电压时仪表的安全值,决不表示可以带电测量电阻。

(6)测量二极管:将量程开关置于标有二极管符号的位置。红表笔插入“V·Ω”孔,接二极管的正极;黑表笔插入“COM”孔,接二极管的负极。此时为正向测量,若管子正常,应有500～800mV的数字显示。进行反向测试时,二极管的接法与上相反,若管子正常,将显示“1”;若管子损坏,将显示“000”。

(7)三极管hFE检测:根据被测三极管的类型(PNP型或NPN型)不同,将量程开关置于“PNP”或“NPN”的相应位置,然后将被测三极管的三个极分别插入对应的“E”、“B”、“C”插孔内。此时,显示屏将显示出hFE值的大小。

(8)检查线路通断:将量程开关置于标有蜂鸣器符号的位置,红、黑表笔分别插于“V·Ω”和“COM”插孔。若被测线路电阻低于规定值(20Ω±10Ω),则表内蜂鸣器发出声音,表示电路是通的;否则,电路不通。

4.注意事项

(1)注意检查电池。如果电池电压不足,显示屏上会有低电压字符显示,此时应及时更换电池。还要注意测试表插孔旁边的符号,这是警告使用者要留意测试电压和电流不要超出指示数字。

(2)仪表的使用和存放应避免高温、寒冷、阳光直射、高湿及强烈振动环境。

(3)在使用中,特别是测量电流时应注意量程开关当前的挡位是否合适,红、黑表笔所插的孔是否正确,否则容易引起万用表的损坏。

(4)严禁在测220V以上高压或0.5A以上大电流时拨动量程开关,以免产生电弧,烧坏开关触点。

(5)严禁在被测线路带电的情况下测量电阻,也不允许测量电池的内阻,因为这样做不仅对测试结果毫无意义,还容易烧坏万用表。

(6)测量焊在线路上的组件时,应考虑与之并联的其他电阻的影响。必要时可焊下被测组件的一端再进行测量,对晶体三极管则需焊开两个极才能做全面检测。

(7)测量三极管hFE值时,由于工作电压仅为2.8V且未考虑UBE的影响,因而测量值偏高,只能是一个近似值。

(8)测量完毕,应将量程开关置于最高电压挡,关闭电源。若长期不用,则应取出电池,以免电池漏液。

(三)直流稳压电源直流稳压电源是为各种电子电路、电子设备提供直流电压的电子仪器,是电工、电子等实验室中必备的常用仪器之一。当电网电压波动或负载变化时,直流稳压电源能使输出电压基本保持不变;在向负载提供功率输出时,可将其近似看成一个理想的电压源,内阻近似于零。直流稳压电源种类很多,但其工作原理基本相同。下面以JWY-30C型直流稳压电源为例来说明稳压电源的主要特性、工作原理及使用方法。图2-6所示为JWY-30C型直流稳压电源的面板结构示意图。

图

2-6JWY-30C型直流稳压电源面板结构示意图

JWY-30C型直流稳压电源为串联式双路直流稳压电源,电压稳定度高,内阻低;各路输出独立,极性可变,互不影响,每路输出0～30V连续可调,输出容量分别为1A和3A,并允许双路串联使用;具有电压、电流指示,监视直观,使用方便;采用截止型保护电路,使用更安全。

1.主要部分的作用

(1)电压指示表头:用于观察输出电压值。由于稳压电源电压表精度不高,而且长时间使用后电压表会指示不准确,因而最好在使用前用万用表测试输出电压值,了解电压表的指示误差,否则会产生因指示不准而造成的输出电压过高或过低的现象。通过指示表头选择开关观察相应端口的输出电压值,每路电压均可在0~30V范围内连续可调。

(2)电流指示表头:显示输出电流,两路输出电流分别在0～1A和0～3A范围内连续变化。

(3)输出电压细调旋钮:用于调节输出直流电压的大小。

(4)输出电压粗调旋钮:用于调节输出直流电压的范围大小,共分为0～5V～10V～15V～18V～21V～24V～27V～30V8挡。

(5)电源输出端口:红接线柱为“+”输出端,黑接线柱为“-”输出端。

(6)电压指示选择开关:用于选择“1A”或“3A”输出端电压表头指示。

2.主要技术指标

(1)输入电压:AC220(1±10%)V，50Hz±2.5Hz。(2)额定输出电压及电流:0～30V/0～3A，0～30V/0～1A。(3)保护电流:3.5A±0.3A，1.5A±0.3A。(4)电源效应:≤5×10-4mV+0.5mV。(5)负载效应:≤5×10-4mV+1mV。(6)周期与随机偏移:≤1mV。(7)漂移:≤1×10-3mV+2mV。(8)开关机过冲(最大值)≤10%。(9)输出阻抗:≤60mΩ。

3.组成框图与工作原理

晶体管串联型直流稳压电源的典型电路框图如图2-7所示。它由整流滤波电路、串联型稳压电路、辅助电源和保护电路等部分组成。

图

2-7串联型直流稳压电源的组成框图

整流滤波电路包括电源变压器、整流电路和滤波电路。将交流220V的电网电压先经过电源变压器降压,然后通过整流电路将交流电变成单相脉动的直流电。整流后的电压还有较大的交流成分,必须通过滤波电路加以滤除,从而得到比较平滑的直流电。经整流滤波电路后得到比较平滑的直流电,由于受电网电压波动和负载电流变化的影响,其值仍不稳定。在滤波电路和负载之间接入稳压电路,可获得基本上不受外界影响的、稳定的直流电。串联型稳压电路由调整环节、取样电路、比较放大电路、基准电压等部分组成。调整环节中的调整管串接在滤波电路和负载之间,故称为串联型稳压电路。调整管相当于一个可变电阻,如果输出电压升高,则其电阻值相应地增大,使输出电压下降;反之,如果输出电压下降,则其电阻值相应地减小,使输出电压有所升高。这样调整输出电压使其维持不变,就可达到稳压的目的。

取样电路用电阻分压的方法将输出电压的变化按一定比例取样下来,称为取样信号。基准电压是稳定的标准参考电压。取样信号与基准电压同时加至比较放大电路进行比较,将两者之差进行放大,用放大后的电压去控制调整管的基极注入电流,从而改变调整管的直流内阻,使输出电压稳定不变。辅助电源由整流器、滤波器和稳压器组成,为基准源和保护电路的工作提供电源。

保护电路采用双稳态电路,为截止式保护电路。在串联型稳压电路中,当过载时,特别是在输出端短路的情况下,输入直流电压几乎全部落在调整管两端,这种过载现象即使时间很短,也会使调整管和整流二极管立即烧毁。因此,必须采用快速动作的过流自动保护电路,当过载或短路时,通过保护电路使调整管截止,此时输出电压和电流基本下降为零,从而起到保护作用。

综上所述,串联型稳压电路是通过负反馈调整过程使输出电压稳定的,其基本工作过程如下:当电网电压或负载变化而引起输出电压变化时,取样电路就会取出变化了的电压信号,并将其与基准电压相比较,得到误差电压。此误差电压经比较放大电路放大后,送到调整管的基极。调整管的管压降受基极电压的控制,基极电压改变,调整管的管压降也会有相应改变。

调整管与输出电压是串联关系,其管压降的变化使输出电压保持稳定。

4.使用方法与注意事项

WYJ-30C型直流稳压电源的使用与一般直流稳压电源的使用方法相同。

(1)使用前应详细阅读说明书,并进行供电电源线的完好性、正确性、接地良好性的检查及供电电源检查。

(2)接好安全地线,接通电源,预热5分钟后即可使用。如做精密测量需预热半小时。

(3)根据所需要的电压,调整“粗调”旋钮与“细调”旋钮,要做到正确配合。例如需要28V电压时,“粗调”旋钮应置在30V挡,再调整“细调”旋钮至28V,而“粗调”旋钮不应置在27V挡;如需要27V电压时,“粗调”旋钮应置在27V挡,再调整“细调”旋钮,而不应置在30V挡。

调整到所需要电压后,再接入负载。

(4)在使用过程中,如需变换“粗调”挡,应先断开负载,待输出电压调到所需值后,再接入负载。

(5)在使用过程中,因负载短路或过载引起保护时,应首先断开负载,然后重新开启电源电压(或按“复原”键)即可恢复正常,待排除故障后再接入负载。

(6)将额定电流不等的各路电源串联使用时,输出电流为其中额定值最小一路的额定值。

(7)散热器周围应注意通风,远离热源。

(8)当减小保护电流值时,可打开机箱调整印刷电路板电位器。

(四)示波器电子示波器(简称示波器)是利用阴极射线管作为显示器构成的一种电子测量仪器。它可以把人眼看不见的电信号的变化过程转换成具体的可见图像,直接显示在示波管的荧光屏上,供人们观察、研究和分析。利用示波器,不仅可以观测各种不同电信号的幅度随时间变化的波形,还可以定量测试电信号的一系列参数,如信号的电压、电流、频率、周期、相位差,脉冲信号的脉冲宽度、上升及下降时间、重复周期等。若配以传感器,还可对压力、温度、密度、声、光、冲击、距离等非电量进行测量。因此,在近代科学实验中,无论是从应用的广泛性来看,还是从作用的重要性来看,示波器都占有十分重要的地位。

1.通用示波器波形测试的基本原理

1)示波管示波管(或称阴极射线管CRT)是示波器的核心部件,用来将电信号变换为光信号并加以显示。它由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成,被封装在真空密闭的玻璃壳内,其结构如图2-8所示。

图

2-8示波管结构示意图

(1)电子枪的作用是发射电子并形成强度可控制的很细的电子束。它由灯丝F、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2和后加速阳极组成。灯丝用于加热阴极,阴极是一个表面涂有氧化物的金属圆筒,在灯丝加热作用下温度升高,发射热电子,热电子在外电场作用下形成定向运动的电子流。控制栅极是一个端面带有圆孔(电子可以通过)的无底圆筒,套装于阴极之外,其电位比阴极电位低。调整栅极电位的大小,可以控制射向荧光屏的电子流强度,从而控制荧光屏上亮点的辉度。第一阳极为一带隔板的圆筒,隔板可截获偏离轴线过远而不易会聚的电子。加于第一阳极的电压一般为几百伏。第二阳极通常是一个与阴极、第一阳极同轴的圆筒。加于第二阳极的电压较高,一般为几千伏。阳极的作用是加速电子,使电子向荧光屏方向高速运动,同时还起聚焦作用,使电子流形成一束很细的、具有一定能量的电子束,打到荧光屏上激发荧光物质发光。后加速阳极是锥体内壁的石墨涂层,它进一步加速电子以提高亮度,并可吸收从荧光屏打出的二次电子,提高示波管的偏转灵敏度。

(2)在第二阳极与荧光屏之间有两对互相垂直的偏转板,分别称为垂直偏转板Y1、Y2和水平偏转板X1、X2,都做成平行板。垂直偏转板用来控制电子束上下移动,水平偏转板控制电子束沿水平方向移动。信号加在偏转板上,电子束受电场力的作用而偏转,从而在荧光屏上形成图形。为了显示出被测信号的波形,水平偏转板X加扫描电压,垂直偏转板Y加被测信号电压。扫描电压是与时间成正比的锯齿波，因此，电子束在水平方向上的偏转距离与时间成正比,这是示波器测量时间、周期等参数的原理依据。改变扫描电压的大小,可以调整显示波形的宽度。被测信号加在Y偏转板上,使电子束产生与信号电压成正比的偏移,这是示波器测量电压等参数的原理依据。改变Y偏转板上的信号电压大小,可以调整显示波形的幅度。

(3)荧光屏位于示波管的终端,是示波管的显示部分。荧光屏内壁涂有荧光物质,外壁则是玻璃管壳。荧光屏在电子枪发射的高速电子束轰击下能激发可见光,故可显示电子束轨迹的图形。不同成分的荧光粉发光颜色不同,普通示波管选用人眼最敏感的黄绿色。荧光粉从激发停止时的瞬时亮度下降到该亮度的10%所经过的时间称为余辉时间。荧光粉的成分不同,余辉时间也不同，一般可分为长余辉(100ms～1s)、中余辉(1ms～100ms)和短余辉(10μs～1ms)三种。普通示波器采用中余辉示波管,而慢扫描示波器则采用长余辉示波管。在使用示波器时,不允许电子束长时间打在荧光屏的一点或有很强亮点与亮线,因为这样会使荧光粉发光失效,在荧光屏上出现斑痕。

为了进行定量测试,一般在荧光屏内壁预先沉积一个透明刻度,称为内刻度;或在屏外装置标有刻度的透明塑料板,称为外刻度。刻度区域常为矩形,称测量窗或显示窗,一般其尺寸为10div×8div(宽×高)。

2)示波器的波形显示原理

(1)波形显示与同步。当示波管未加偏转电压时,电子束打在荧光屏中心位置上而产生亮点。当在示波管偏转板间加上直流电压时,也可以在荧光屏上得到一个位置产生偏移变化的亮点。被测信号的波形可以看作是由很多亮点构成的。由示波管的线性偏转特性可知,每个亮点在X和Y方向上的坐标(即相对于起始点的距离)分别与被测信号波形中该点的时间及瞬时电压成正比。当被测电压、扫描电压分别加至垂直、水平偏转板上时,电子束受到垂直、水平偏转板的共同作用,使电子束每一时刻产生的亮点的垂直位移与被测电压的瞬时电压成正比,而在时间上则与扫描电压一一对应,这样就在荧光屏上得到一个留存时间很短的亮点轨迹,即波形。只要被测信号是周期性信号,每次得到的波形又能完全重合,并且每次重复的间隔时间又很短,就可得到稳定的被测信号波形。重复间隔时间应少于人眼视觉暂留时间,否则波形会闪烁,不便于观测。下面分析信号波形是怎样在荧光屏上显示的。

①若两对偏转板上不加任何信号,则光点出现在荧光屏的中心位置,不产生任何偏转。②若在Y偏转板间加正弦电压,X偏转板不加电压,由电子枪产生的电子束经过偏转板时,受垂直电场作用而偏转,因为不同时刻电场强度的大小和方向不同,所以偏转的程度和方向也就不同,电子束便在垂直方向上来回移动,这时荧光屏上仅出现一条垂直线段,如图2-9所示,并不出现正弦波。

图

2-9未展开的正弦信号

③若在X偏转板间加上随时间线性变化的锯齿波电压,Y偏转板不加电压,则电子束将在水平方向受锯齿波电压作用,随着时间不同作左右移动,在荧光屏上出现一条水平线段,如图2-10所示。④在X、Y偏转板间都加上正弦电压,电子束在两个电压同时作用下,将在水平和垂直方向同时产生位移,其变化轨迹为一条斜线,如图2-11所示。

图

2-10锯齿波电压与时基线

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2-11X、Y均为正弦电压时的显示波形

⑤若Y偏转板加正弦电压Uy,X偏转板加理想的锯齿波电压Ux,电子束在两个电压同时作用下将在水平和垂直方向同时产生位移。设屏上光点起始位置为水平轴最左端,现用描点法分析,如图2-12所示。在t0时刻,Y、X偏转板上的电压均为零,荧光屏上的光点在“0”点;在t1时刻,Y和X偏转板上都加有电压,Y偏转板的上板为正,X偏转板的右板为正,荧光屏上的光点向右上方移动,位置为“1”;在t2时刻,光点位置为“2”。依此类推,光点移动到“8”,从而画出一个正弦波。当亮点运动足够快时,由于余辉作用而显示连续波形。当两电压周期相同时,即Tx=Ty,光点到达“8”点时Y轴电压变化一周,X轴电压也变化一周,锯齿波很快返回零点,即电子束快速回到零点,则光点立即回到零点,开始第二个周期的移动。图2-12描点分析显示波形以后各次画出的正弦波都与第一次的正弦波重合,从而显示出一个稳定清晰的正弦波形。当Tx=nTy时,荧光屏上将出现n个正弦波。光点在锯齿波电压作用下在X轴上移动的作用称为“扫描”。通常锯齿波电压又称为“扫描电压”,而锯齿波电压又代表时间基线,因此,X轴又称为“时基”。当锯齿波电压上升时,光点自左向右移动,这称为正扫;接着在极短的时间内,电压自最大值降到最小值,对应的光点很快从时基线右端返回到左端,然后开始下一次偏转,这一过程称为回扫。回扫尽管很快,但也需要一定时间,因此,回扫时也会显示波形。回扫波形影响观测,应消除,方法为用与回扫同时出现的负脉冲去截止示波管,或用与正扫对应的正脉冲使示波管增辉。

(2)连续扫描与触发扫描:当扫描电压为周期性锯齿波电压时,即使没有外加信号,荧光屏上也能显示一条时基线,这样的扫描称为连续扫描,适于观测连续振荡波形。只有在外加输入信号(触发信号)作用下,扫描发生器才工作,荧光屏上才有时基线;而无触发信号时,荧光屏上没有时基线,只显示一个亮点的扫描,这种称为触发扫描。触发扫描不仅可用于观察连续信号波形,也适用于观测脉冲信号波形,特别是间歇期远大于脉冲宽度的脉冲波。连续扫描与触发扫描所显示的脉冲波形如图2-13所示。

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2-13连续扫描与触发扫描所显示的脉冲波形

2.通用示波器的基本组成通用示波器种类繁多,但其组成部分基本相同,如图2-14所示,主要由Y输入系统、X输入系统和主机系统三部分组成。

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2-14示波器的组成框图

(1)Y输入系统(垂直系统):由衰减器、放大器及延迟线等组成,其主要作用是放大被测信号电压,使之达到适当幅度,以驱动电子束作垂直偏转。

(2)X输入系统(水平系统或时基扫描系统):由触发整形电路、扫描发生器及X放大器组成，其作用是产生扫描锯齿波并加以放大,以驱动电子束进行水平扫描。触发整形电路的作用是保证荧光屏上显示的波形稳定。

(3)主机系统:主要包括示波管、增辉电路、电源和校准信号发生器。增辉电路的作用是在扫描正程使光迹加亮,而在扫描回程使光迹消隐。电源电路将交流市电变换成多种高、低压电源,供示波管及其它电路工作。校准信号发生器提供幅度、周期都很准确的方波信号,用作校准示波器的有关性能指标。为了能同时观测两个信号波形,需采用由双枪示波管构成的双线示波器,或由单束示波管组成的、应用电子开关电路的双踪示波器。由于成本等原因,在实际测量中广泛应用的还是双踪示波器。

3.SR8型双踪示波器

SR8型双踪示波器是一种全晶体管化的小型示波器,具有以下特点:

·

二踪显示。SR8型示波器具有控制Y输入系统工作状态的电子开关,能同时显示两个电信号YA与YB,也可以实现两个电信号的相加,便于对两个相关信号进行比较、分析与测试。

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采用触发扫描方式，可按照分析需要在荧光屏上显示出信号中的某一部分。

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可以对信号作定量分析。SR8型示波器能够提供被测信号的幅度、周期、相位和脉冲参数。

1)主要技术指标

(1)Y输入系统的主要技术指标包括：输入灵敏度:10mV/div～20V/div,按1、2、5顺序分11个挡级,微调比为2.5∶1,因此最低灵敏度可达50V/div。频带宽度:AC(交流)耦合为10Hz～15MHz,≤3dB;DC(直流)耦合为0~15MHz,≤3dB。

输入阻抗:直接输入电阻Ri=1MΩ,电容Ci≤50pF;经探头输入电阻Ri=10MΩ,电容Ci≤15pF。

最大输入电压:400V(直流+交流峰值)。上升时间:≤24ns。上冲量:≤5%。视在延迟时间:约50ns。

(2)X输入系统的主要技术指标包括：扫速范围:0.2μs/div～1s/div,按1、2、5顺序分21个挡级,微调扫速变化范围大于2.5倍,最慢扫速可达2.5s/div；当扩展“×10”时,最快扫速可达20ns/div。

X外接:偏转灵敏度≤3V/div。频带宽度:100Hz～250kHz。

输入阻抗:Ri=1MΩ,Ci≤40pF。

(3)其它技术指标包括：校准信号:频率1kHz,幅度为1V的矩形波。额定电源:220(1±