一种示波器扫描电路设计论文

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　　摘 要： 电信号是不可见的，可是对信号进行可视化的观察对科学研究很重要，所以研究示波器的扫描电路是非常有必要的。以电压发生器为研究主体，并在此基础上，采用的是发生环扫描的方式来生成扫描锯齿波电压。其触发方式有三种可以供 选择，分别是 ：常态、自动和锁定，最后对电路装配以及装配后的调试，产生故障检修的方法进行了必要的说明。

　    关键词：示波器 ;扫描环 ;锯齿波

        【Abstract】： The electrical signal is invisible, but the observation of the signal is important for scientific research, so it is necessary to study the scanning circuit of the oscilloscope. Taking the voltage generator as the research subject, and based on this, the ring scan method is used to generate the scanning sawtooth voltage. There are three trigger modes to choose from: Normal state, automatic and lock, and finally the necessary explanation for the circuit assembly and post-assembly debugging, and the troubleshooting method.
       【Key words】： oscilloscope;scan ring;sawtooth wave

　　0 引言

　　示波器的英文名称为 Oscilloscope，它被定义为一 种工具，它显示了测量值的瞬时值的跟踪 [1]。在 20 世纪， 日本、法国、英国等国家在电子示波器的发展有不同的 贡献。模拟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。显示电路(示波管)包括示波管及控制电路两部分。 锯齿波电压影响是在屏幕上形成的电子束从阴极发射的电 子束，和水平位移是成正比的时间，即，形成时间基础。 这样，根据时间的变化，可以在屏幕上显示信号的垂直方 向上的信号。扫描信号的自动生成(锯齿波电压)，和栅 极信号发送到开锁电路，以突出的扫描过程的亮度 [2]。

　　1 电路总体结构

　　在示波器中扫描信号发生器能够产生一个线性的扫描时基电压信号，将被测信号在时间上拓展并稳定的显 示出来。在此期间，释放抑制电路块的栅极，以便不被 误触发，稳定的扫描，直到扫描周期。触发脉冲在下一 个释放，抑制电路释放时间基准门电路。扫描发生环组 成框图如图 1 所示。
 

　　2 电路硬件设计

　　2.1 时基闸门

　　在同一时间，X-Y 并驾齐驱。在整个扫描回路的时间是一个栅极控制开关。门电路可分为两个部分，这是触发同步电路和扫描门打开电路，它由 2 部分组成。第一部分，时基闸门之触发同步电路设计如图 2 所示。

　　在图 2 中 74LS74 的 3 号脚模拟输入周期为 1S 电 压为 6V 占空比为 50% 的时钟信号，波形如图 3 中 A 通道示。同时对 74LD74 的 6 号脚、Q2 的基极和发射 极用 PROTEUS 自带的虚拟示波器进行波形测量，其结 果分别如图 3 中从上到下 B、C、D 通道显示波形。触 发控制电路的输出波形如图 4 所示。

　　第二部分，时基闸门之扫描闸门翻转电路设计，在扫描栅极反相电路中，输出电路将翻转、时间基准电路的功能变化，来控制充电和放电的时间基准电路。所以周期性，达到了触发控制的目的，因此扫描闸门翻转电路如图 5 所示 [3]。比较器的输出状态是 13 英尺的 74LS74(B) 进入一个较低的水平， 因为 74LS74(B) 此时为高 9 英尺，从而保证 74LS74(B)13 英尺和十英尺的输入是相反的。D1(B)10 引脚连接到 74LS74 通过一个二极管，这相当于一个上拉电阻。闸门翻转电 路的输出波形如图 6 所示，从图中可以看出，栅极的输出是一个矩形脉冲的占空比。

　　2.2 扫描电压发生器

　　示波器中为了保证显示的均匀性和波形的可读性， 必须要求扫描电压锯齿波是一种时间基线。所以线性时 基扫描可分成连续扫描和触发扫描两种方式。

　　在实物示波器的输入端输入自带的校准信号，并用 示波器对图 7 的时基电路的 Q2 的 D 极 Q3 的集电极进 行观测，其波形如图 8 所示。由于 Q3 电压时电容电压 在充电的过程当中电容对电流的非线性变化，所以在非线性上升曲线图， 由于电容放电，在 Q3 的输出恒定电流负载电压，所以有一个恒定的电压波形图。

　　2.3 电压比较器

　　在扫描信号发生器中，电压比较器是将送入的电压U0 与参考电压 UR 进行比较。在扫描信号发生器，电压比较器的参考电压 U0 和 UR 的电压比电容器上的电压。电压比较器的电路如图 9 所示。在 Q2 集电极通过 R1 和恒流电源 +5V 连接。R2 提供负电源的 12V 到 Q1 和 Q2增加比较器的范围 [4]。对扫描信号发生器电路加载标准校准信号，测量其电压比较器的输出，如图 10 所示。

　　2.4 释抑电路

　　释抑电路由分压器、释抑电容组成，得到释抑电路 如图 11 所示。释抑电路的输出波形如图 12 所示。当开 关管 Q1. 12V 通过 R3 和 Q1 释放抑制电容器 C2 或 C3 充电，使电容器 C2 或 C3 压力的耐受电压的输出功率， 此时 12V 通过 R4 释放抑制电容器 C2 或 C3 线性补偿。

　　2.5 电源电路

　　外围辅助电路之恒流源电路设计如图 13 所示，外 围辅助电路之负电压源电路设计如图 14 所示。

　　3 电路的安装与调试

　　调试电路时，涉及到双踪示波器中扫描信号发生器 的常见故障，第一个信号不同或者不稳定故障，原因 有 3 点，第一点可能为电平电位不对，可调节电平电位 器，第二点可能为输入信号频率超过仪器的测量范围， 可更换示波器，第三点可能为扫描太慢，可旋动扫描开 关 [5-6] ;第二个停止扫描故障，由于扫描锯齿波形成电 路中 2S715C 的电位应该在 2V ～ 8V 间变化，可能在 充电过程中电容漏电、放点、电容充电充不上，引起放 电管提前导通，可测量电压，必要时更换电容。

　　4 结论

　　文中对示波器的扫描电路进行了研究设计，设计中 电路还有待改进的地方，如扫描时间开关，本处选用的 是十个定值电阻，但是从系统寿命和可操作性来讲，可 以选择用集成模块 40518B 来实现，这样不但提高系统 的寿命还大大增加了系统的可操作性。设计当中，虽然 大部分电路主要涉及模拟电路，但在论文或设计中也充 分利用了数字电路的思想，如在控制栅极的栅极的基础 上，将其设计成数字逻辑。

　　参考文献

　　[1] 顾媛媛,符跃鸣,陆惠,等.基于双踪示波器的超声波声速测量 的研究[J].大学物理实验,2018.31(5):39-42.

　　[2] 王立华,张恒,孙少通,等.基于STM32F4的便携式示波器数 据处理端设计[J].仪表技术,2017(12):6-10.

　　[3] 李小兰.用示波器检修彩电场扫描电路[J].电子测试,2015(11):109-111+127.

　　[4] 李新,张伟敏.高速低功耗电压比较器机构设计研究[J].制造 业自动化,2013.35(10):152-156.

　　[5] 卢翠珍.基于压控信号发生器的设计与制作[J].电子制作,2018 (Z1):7-9+35.

　　[6] 秦冲,黄建清,李亚军,基于STC89C52的函数信号发生器设计[J].农业网络信息,2018(2):20-25.

 
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