纹波的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。
它主要有以下害处:容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害;降低了电源的效率;较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生,导致烧毁用电器;会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作;会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作。
纹波、纹波系数的表示方法:
可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示;
单位通常为:mV
例如:一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,测得纹波的有效值为10mV,这10mV就是纹波的绝对量,而相对量,即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。
纹波的测试方法:
以20M带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。
示波器是利用电子示波管的特性,将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像,显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。
它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。
示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。
1.1示波管
阴极射线管(CRT)简称示波管,是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内,构成了一个完整的示波管。
1.荧光屏
现在的示波管屏面通常是矩形平面,内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜,撞击荧光粉而发光形成亮点。
铝膜具有内反射作用,有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。
当电子停止轰击后,亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10%所经过的时间叫做“余辉时间”。
余辉时间短于10μs为极短余辉,10μs—1ms为短余辉,1ms—0.1s为中余辉,0.1s-1s为长余辉,大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管,高频示波器选用短余辉,低频示波器选用长余辉。
由于所用磷光材料不同,荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管,以保护人的眼睛。
2.示波管的电源
为使示波管正常工作,对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近,偏转板的平均电位为零或接近为零。
阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴极为负电位(—30V~—100V),而且可调,以实现辉度调节。
阳极为正电位(约+100V~+600V),也应可调,用作聚焦调节。
第二阳极与前加速极相连,对阴极为正高压(约+1000V),相对于地电位的可调范围为±50V。由于示波管各电极电流很小,可以用公共高压经电阻分压器供电。
3.偏转系统
偏转系统控制电子射线方向,使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。
Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在前,X轴偏转板在后,因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y轴)。
两对偏转板分别加上电压,使两对偏转板间各自形成电场,分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。
4.电子枪及聚焦
电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极,阴极受热发射电子。
栅极是一个顶部有小孔的金属园筒,套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低,对阴极发射的电子起控制作用,一般只有运动初速度大的少量电子,在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔,奔向荧光屏。
初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低,则全部电子返回阴极,即管子截止。
调节电路中的W1电位器,可以改变栅极电位,控制射向荧光屏的电子流密度,从而达到调节亮点的辉度。
阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连,所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。
电子束从阴极奔向荧光屏的过程中,经过两次聚焦过程。次聚焦由K、G1、G2完成,K、K、G1、G2叫做示波管的电子透镜。
第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域,调节第二阳极A2的电位,能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点,这是第二次聚焦。
A1上的电压叫做聚焦电压,A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦,需微调第二阳极A2的电压,A2又叫做辅助聚焦极。
1.2示波器的基本组成
从上一小节可以看出,只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压,就能控制示波管显示的图形形状。
我们知道,一个电子信号是时间的函数f(t),它随时间的变化而变化。
因此,只要在示波管的X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压,在y轴加上被测信号(经过比例放大或者缩小),示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。
电信号中,在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。
它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。
被测信号①接到“Y"输入端,经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器(前置放大),推挽输出信号②和③。
经延迟级延迟Г1时间,到Y2放大器。放大后产生足够大的信号④和⑤,加到示波管的Y轴偏转板上。
为了在屏幕上显示出完整的稳定波形,将Y轴的被测信号③引入X轴系统的触发电路;
在引入信号的正(或者负)极性的某一电平值产生触发脉冲⑥,启动锯齿波扫描电路(时基发生器),产生扫描电压⑦。
由于从触发到启动扫描有一时间延迟Г2,为保证Y轴信号到达荧光屏之前X轴开始扫描,Y轴的延迟时间Г1应稍大于X轴的延迟时间Г2。
扫描电压⑦经X轴放大器放大,产生推挽输出⑨和⑩,加到示波管的X轴偏转板上。
z轴系统用于放大扫描电压正程,并且变成正向矩形波,送到示波管栅极。这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度,而在扫描回程进行抹迹。
示波器是电子测量领域必不可少的设备之一,其使用日益广泛,已经成为日常工作生产中的利器。那么如何维护您的示波器,使其拥有更长的寿命,长久保持良好的性能状态呢?
一)使用前的检测
示波器的电源线有无破损;
电源线的插头和电源插线板内的接线必须紧固、可靠、避免使用中发生触电或短路事故;
仔细阅读使用说明,测试前的设置,注意探头和阻抗的匹配,接入探头的电压不能超过示波器最大允许输入电压。
二)检查接地
接地不仅可以保证操作人员的安全,使仪器在安全范围内正常工作,还可以保证测试波形的稳定可靠性,降低外界的干扰。
三)防静电
使用操作仪器时,必须佩带防静电手环,遵循防静电流程。
四)日常维护(以TDS3014B为例)
信号路径补偿。
(可修正由温度变化或长期漂移引起的直流误差,平均每三周需要补偿一次,应该在示波器预热后使用)
当示波器关机后,不能马上开机,需要过十几秒。测试结束后探头要妥善存放,通道需要盖帽,避免灰尘进去。
仪器使用时要注意通风散热,避免环境过于潮湿,保持洁净少尘,并定期给仪器除尘。
五)故障判断
在使用过程中发现示波器出现问题时,可以进行以下几个方面检测辅助判断仪器是否真的故障,因为外部干扰或连接等问题都可以引起故障:
1. 验证方波是否正常
2. 检查输入阻抗:分别测量50欧和1M欧
3. 自检:
通过 UTILITY”,选“辅助功能页面”,找到自检诊断。
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