电路性能测试中仪器使用方法.docx
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电路性能测试中仪器使用方法
1.示波器：
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。
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。
电子枪由灯丝（F）、阴极（K）、栅极（G1）、前加速极（G2）（或称第二栅极）、第一阳极（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。
第一阳极、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。
第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。
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。
示波管和电源系统:
1．电源（Power）
示波器主电源开关。
当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通。
2．辉度（Intensity）
旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。
观察低频信号时可小些，高频信号时大些。
一般不应太亮，以保护荧光屏。
3．聚焦（Focus）
聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。
4．标尺亮度（Illuminance）
此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。
正常室内光线下，照明灯暗一些好。
室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯。
输入通道至少有三种选择方式：
通道1（CH1）、通道2（CH2）、双通道（DUAL）。
选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。
选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。
选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。
测试信号时，首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起。
根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上，示波器探头上的地与被测电路的地连接在一起，示波器探头接触被测点。
示波器探头上有一双位开关。
此开关拨到“×1”位置时，被测信号无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值。
此开关拨到“×10"位置时，被测信号衰减为1／10，然后送往示波器，从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。
输入耦合方式有三种选择：
交流（AC）、地（GND）、直流（DC）。
当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。
直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号。
交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。
在数字电路实验中，一般选择“直流”方式，以便观测信号的绝对电压值。
1．触发源（Source）选择
要使屏幕上显示稳定的波形，则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发电路。
触发源选择确定触发信号由何处供给。
通常有三种触发源：
内触发（INT）、电源触发（LINE）、外触发EXT）。
内触发使用被测信号作为触发信号，是经常使用的一种触发方式。
由于触发信号本身是被测信号的一部分，在屏幕上可以显示出非常稳定的波形。
双踪示波器中通道1或者通道2都可以选作触发信号。
电源触发使用交流电源频率信号作为触发信号。
这种方法在测量与交流电源频率有关的信号时是有效的。
特别在测量音频电路、闸流管的低电平交流噪音时更为有效。
外触发使用外加信号作为触发信号，外加信号从外触发输入端输入。
外触发信号与被测信号间应具有周期性的关系。
由于被测信号没有用作触发信号，所以何时开始扫描与被测信号无关。
正确选择触发信号对波形显示的稳定、清晰有很大关系。
例如在数字电路的测量中，对一个简单的周期信号而言，选择内触发可能好一些，而对于一个具有复杂周期的信号，且存在一个与它有周期关系的信号时，选用外触发可能更好。
2．触发耦合（Coupling）方式选择
触发信号到触发电路的耦合方式有多种，目的是为了触发信号的稳定、可靠。
这里介绍常用的几种。
AC耦合又称电容耦合。
它只允许用触发信号的交流分量触发，触发信号的直流分量被隔断。
通常在不考虑DC分量时使用这种耦合方式，以形成稳定触发。
但是如果触发信号的频率小于10Hz，会造成触发困难。
直流耦合（DC）不隔断触发信号的直流分量。
当触发信号的频率较低或者触发信号的占空比很大时，使用直流耦合较好。
低频抑制（LFR）触发时触发信号经过高通滤波器加到触发电路，触发信号的低频成分被抑制；高频抑制（HFR）触发时，触发信号通过低通滤波器加到触发电路，触发信号的高频成分被抑制。
此外还有用于电视维修的电视同步（TV）触发。
这些触发耦合方式各有自己的适用范围，需在使用中去体会。
3．触发电平（Level）和触发极性（Slope）
触发电平调节又叫同步调节，它使得扫描与被测信号同步。
电平调节旋钮调节触发信号的触发电平。
一旦触发信号超过由旋钮设定的触发电平时，扫描即被触发。
顺时针旋转旋钮，触发电平上升；逆时针旋转旋钮，触发电平下降。
当电平旋钮调到电平锁定位置时，触发电平自动保持在触发信号的幅度之内，不需要电平调节就能产生一个稳定的触发。
当信号波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时，用释抑（HoldOff）旋钮调节波形的释抑时间（扫描暂停时间），能使扫描与波形稳定同步。
极性开关用来选择触发信号的极性。
拨在“+”位置上时，在信号增加的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。
拨在“-”位置上时，在信号减少的方向上，当触发信号超过触发电平时就产生触发。
触发极性和触发电平共同决定触发信号的触发点。
一、常见示波器面板功能键、钮的标示及作用
1.Power（电源开关）：
接通或关断整机输入电源。
2.FOCUS（聚焦）和ASTIG（辅助聚焦）：
常为套轴电位器，用于调整波形的清晰度。
3.ROTATION（扫描轨迹旋转控制）：
调整此旋钮可以使光迹和座标水平线平行。
4.ILLUM（坐标刻度照明）：
用于照亮内刻度坐标。
5.A/BINTEN（A/B亮度控制）：
通常为套轴电位器，作用是调节A和B扫描光迹的亮度。
6.CAL0.5Vp-p（校正信号输出）：
提供0.5Vp-p且从0电平开始的正向方波电压，用于校正示波器。
7.VOLTS/div（电压量程选择）：
通常电压量程和幅度微调为套轴电位器，外调节旋钮是电压量程选择，转动此旋钮以改变电压量程;中间带开关的电位器为电压量程微调，顺时针旋到底为校正位置，逆时针调节，波形幅度，变化范围在电压/格两档之间。
8.CH1和CH2（输入信号插座）：
为示波器提供输入信号。
9.ACGNDDC（输入耦合开关）：
用于选择输入信号的耦合方式。
10.GRIGSEL（内同步选择）：
按下此键，以CH1和CH2分别作为内同步信号源。
11.CHPOL（信号倒相）：
按下此键，输入信号倒相180°。
12.VERTICALMODE（垂直工作方式选择）：
分别按下CH1、CH2、ALT、COHP、ADD、X-Y键，屏幕显示依次为CH1、CH2、CH1和CH2交替、CH1和CH2断续、CH1和CH2代数和、CH1垂直/CH2水平等方式。
13.POSITION（位移调节）：
调节CH1和CH2输入信号0电平在屏幕的起始位置。
14.UNCAL（不校正指示）：
当CH1和CH2电压量程微调不在校正位置时，对应的不校正指示灯点亮。
15.TIME（扫描时间调整）：
外旋钮调节A扫描速度，内旋钮调节B扫描速度。
16.B.VAR、TRACESEP（B扫描微调和A/B扫描轨迹分离）：
一般情况下，涂有红色的旋钮为B扫描微调，提供连续可变的非校正B扫描速度。
17.DELAYTIME（扫描延迟时间调节）：
选择A和B扫描启动之间的延迟时间。
18.POSITION（水平位移控制）：
使显示波形作水平位移。
19.SWEEPMODE（触发同步方式）：
其中AUTO为自动触发、NORM为常态触发、HF为高频触发、SINGLE为单扫描触发。
20.LEVELHOLDOFF（电平和释抑调节）：
是电平调节触发同步后，使信号同步稳定的辅助调节器。
21.TRIGD（触发同步状态指示）：
一旦扫描电路被触发同步后，指示灯点亮。
22.SLOPE（斜率开关）：
选择触发信号的斜率，开关置"+"时，扫描以触发信号的正斜率触发;开关置"-"时，扫描以触发信号的负向斜率触发。
23.COUPLING（触发耦合开关）：
决定扫描触发源的耦合方式。
AC为交流耦合、DC为直流耦合、TV为电视场/行同步耦合、HFREJ为同步耦合。
24.SOURCE（触发源选择开关）：
INT为CH1或CH2输入信号触发、LINE为市电内电源触发、EXT为外输入信号触发。
二、一般使用方法
1.获得基线：
使用无使用说明书的示波器时，首先应调出一条很细的清晰水平基线，然后用探头进行测量，步骤如下。
（1）预置面板各开关、旋钮。
亮度置适中位置，聚焦和辅助聚焦置适中位置，垂直输入耦合置"AC"，垂直电压量程选择置适当档位（如"5mV/div"），垂直工作方式选择置"CH1"，垂直灵敏度微调校正置"CAL"，垂直通道同步源选择置中间位置，垂直位置置中间，A和B扫描时间均置适当档位（如"0.5ms/div"），A扫描时间微调置校准位置"CAL"，水平位移置中间，扫描工作方式置"A"，触发同步方式置"AUTO"，斜率开关置"+"，触发耦合开关置"AC"，触发源选择置"INT"。
（2）按下电源开关，电源指示灯亮。
（3）调节A亮度聚焦等有关控制旋钮，可出现纤细明亮的扫描基线，调节基线使其位置于屏幕中间与水平坐标刻度基本重合。
（4）调节轨迹旋转控制使基线与水平坐标平行。
2.显示信号;
一般示波器均有0.5Vp-p标准方波信号输出口，调妥基线后，即可将探头接入此插口，此时屏幕应显示一串方波信号，调节电压量程和扫描时间旋钮，方波的幅度和宽度应有变化，至此说明该示波器基本调整完毕，可以投入使用。
3.测量信号：
将测试线接入CH1或CH2输入插座，测试探头触及测试点，即可在示波器上观察波形。
如果波形幅度太大或太小，可调整电压量程旋钮;如果波形周期显示不合适，可调整扫描速度旋钮。
2.万用表：
（1）使用方法
a使用前，应认真阅读有关的使用说明书，熟悉电源开关、量程开关、插孔、特殊插口的作用.
b将电源开关置于ON位置。
c交直流电压的测量：
根据需要将量程开关拨至DCV（直流）或ACV（交流）的合适量程，红表笔插入V／Ω孔，黑表笔插入COM孔，并将表笔与被测线路并联，读数即显示。
d交直流电流的测量：
将量程开关拨至DCA（直流）或ACA（交流）的合适量程，红表笔插入mA孔（＜200mA时）或10A孔（＞200mA时）,黑表笔插入COM孔，并将万用表串联在被测电路中即可。
测量直流量时，数字万用表能自动显示极性。
e电阻的测量：
将量程开关拨至Ω的合适量程，红表笔插入V／Ω孔，黑表笔插入COM孔。
如果被测电阻值超出所选择量程的最大值，万用表将显示“1”，这时应选择更高的量程。
测量电阻时，红表笔为正极，黑表笔为负极，这与指针式万用表正好相反。
因此，测量晶体管、电解电容器等有极性的元器件时，必须注意表笔的极性。
3.电源主板工作原理：
个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（SwitchingModePowerSupplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。
本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。
●线性电源知多少
目前主要包括两种电源类型：
线性电源（linear）和开关电源（switching）。
线性电源的工作原理是首先将127V或者220V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。
最后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”）
配图1：
标准的线性电源设计图
配图2：
线性电源的波形
尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。
对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：
也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。
由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。
此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。
由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。
所以说个人PC用户并不适合用线性电源。
●开关电源知多少
开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。
对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60KHz）。
随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。
这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。
需要说明的是，我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。
事实上，终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案：
闭回路系统（closedloopsystem）——负责控制开关管的电路从电源的输出获得反馈信号，然后更加PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器（这个方法称作PWM，PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）。
所以说，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整，从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量，而且降低发热量。
反观线性电源，它的设计理念就是功率之上，即便负载电路并不需要很大电流。
这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下，结果产生高很多的热量。
●倍压器和一次侧整流电路
开关电源主要包括主动式PFC电源和被动式PFC电源，后者没有PFC电路，但是配备了倍压器（voltagedoubler）。
倍压器采用两颗巨大的电解电容，也就是说，如果你在电源内部看到两颗大号电容的话，那基本可以判断出这就是电源的倍压器。
前面我们已经提到，倍压器只适合于127V电压的地区。
两颗巨大的电解电容组成的倍压器
拆下来看看
在倍压器的一侧可以看到整流桥。
整流桥可以是由4颗二极管组成，也可以是有单个元器件组成，如图15所示。
高端电源的整流桥一般都会安置在专门的散热片上。
整流桥
在一次侧部分通常还会配备一个NTC热敏电阻——一种可以根据温度的变化改变电阻值的电阻器。
NTC热敏电阻是NegativeTemperatureCoefficient的缩写形式。
它的作用主要是用来当温度很低或者很高时重新匹配供电，和陶瓷圆盘电容比较相似，通常是橄榄色。
●主动式PFC电路
毫无疑问，这种电路仅可以在配有主动PFC电路的电源中才能看到。
图16描述的正是典型的PFC电路：
主动式PFC电路图
主动式PFC电路通常使用两个功率MOSFET开光管。
这些开光管一般都会安置在一次侧的散热片上。
为了易于理解，我们用在字母标记了每一颗MOSFET开光管：
S表示源极（Source）、D表示漏极（Drain）、G表示栅极（Gate）。
PFC二极管是一颗功率二极管，通常采用的是和功率晶体管类似的封装技术，两者长的很像，同样被安置在一次侧的散热片上，不过PFC二极管只有两根针脚。
PFC电路中的电感是电源中最大的电感；一次侧的滤波电容是主动式PFC电源一次侧部分最大的电解电容。
图16中的电阻器是一颗NTC热敏电阻，可以更加温度的变化而改变电阻值，和二级EMI的NTC热敏电阻起相同的作用。
主动式PFC控制电路通常基于一颗IC整合电路，有时候这种整合电路同时会负责控制PWM电路（用于控制开光管的闭合）。
这种整合电路通常被称为“PFC/PWMcombo”.
照旧，先看一些实例。
在图17中，我们将一次侧的散热片去除之后可以更好的看到元器件。
左侧是瞬变滤波电路的二级EMI电路，上文已经详细介绍过；再看左侧，全部都是主动式PFC电路的组件。
由于我们已经将散热片去除，所以在图片上已经看不到PFC晶体管以及PFC二极管了。
此外，稍加留意的话可以看到，在整流桥和主动式PFC电路之间有一个X电容（整流桥散热片底部的棕色元件）。
通常情况下，外形酷似陶制圆盘电容的橄榄色热敏电阻都会有橡胶皮包裹。
主动式PFC元器件
图18是一次侧散热片上的元件。
这款电源配备了两个MOSFET开光管和主动式PFC电路的功率二极管：
开光管、功率二极管
下面我们将重点介绍开光管……
●开光管
开关电源的开关逆变级可以有多种模式，我们总结了一下几种情况：
模式
开光管数量
二极管数量
电容数量
变压器针脚
单端正激
1
1
1
4
双管正激
2
2
0
2
半桥
2
0
2
2
全桥
4
0
0
2
推挽
2
0
0
3
当然了，我们只是分析某种模式下到底需要多少元器件，事实上当工程师们在考虑采用哪种模式时还会收到很多因素制约。
目前最流行的两种模式时双管正激（two-transistorforward）和全桥式（push-pull）设计，两者均使用了两颗开光管。
这些被安置在一次侧散热片上的开光管我们已经在上一页有所介绍，这里就不做过多赘述。
以下是这五种模式的设计图：
单端正激（Single-transistorforwardconfiguration）
双管正激（Two-transistorforwardconfiguration）
半桥（Halfbridgeconfiguration）
全桥（Fullbridgeconfiguration）
推挽（Push-pullconfiguration）
●变压器和PWM控制电路
先前我们已经提到，一太PC电源一般都会配备3个变压器：
个头最大的那颗是主变压器，它的一次侧与开关管相连，二次侧与整流电路与滤波电路相连，可以提供电源的低压直流输出（+12V，+5V，+3.3V，-12V，-5V）。
最小的那颗变压器负载+5VSB输出，通常也成为待机变压器，随时处于“待命状态”，因为这部分输出始终是开启的，即便是PC电源处于关闭状态也是如此。
第三个变压器室隔离器，将PWM控制电路和开光管相连。
并不是所有的电源都会装备这个变压器，因为有些电源往往会配备具备相同功能的光耦整合电路。
变压器
这台电源采用的是光耦整合电路，而不是变压器
PWM控制电路基于一块整合电路。
一般情况下，没有装备主动式PFC的电源都会采用TL494整合电路（下图26中采用的是可兼容的DBL494整合芯片）。
具备主动式PFC电路的电源里，有时候也会采用一种用来取代PWM芯片和PFC控制电路的芯片。
CM6800芯片就是一个很好的例子，它可以很好的集成PWM芯片和PFC控制电路的所有功能。
PWM控制电路
●二次侧
最后要介绍的是二次侧。
在二次侧部分，主变压器的输出将会被整流和过滤，然后输出PC所需要的电压。
-5V和–12V的整流是只需要有普通的二极管就能完成，因为他们不需要高功率和大电流。
不过+3.3V,+5V以及+12V等正压的整流任务需要由大功率肖特基整流桥才行。
这种肖特基有三个针脚，外形和功率二极管比较相似，但是它们的内部集成了两个大功率二极管。
二次侧整流工作能否完成是由电源电路结构决定，一般有可能会有两种整流电路结构，如图27所示：
整流模式
模式A更多的会被用于低端入门级电源中，这种模式需要从变压器引出三个针脚。
模式B则多用于高端电源中，这种模式一般只需要配备两个变压器，但是铁素体电感必须够大才行，所以这种模式成本较高，这也是为什么低端电源不采用这种模式的主要原因。
此外，对于高端电源而言，为了提升最大电流输出能力，这些电源往往会采用两颗二极管串联的方式将整流电路的最大电流输出提升一倍。
无论是高端还是低端电源，其+12V和+5V的输出都配备了完整的整流电路和滤波电路，所以所有的电源至少都需要2组图27所示的整流电路。
对于3.3V输出而言，有三种选项可供选择：
☆在+5V输出部分增加一个3.3V的电压稳压器，很多低端电源都是采用的这种设计方案；
☆为3.3V输出增加一个像图27所示的完整的整流电路和滤波电路，但是需要和5V整流电路共享一个变压器。
这是高端电源比较普通的一种设计方案。
☆采用一个完整的独立的3.3V整流电路和滤波电路。
这种方案非常罕见，仅在少数发烧级顶级电源中才可能出现，比如说安耐美的银河1000W。
由于3.3V输出通常是完全公用5V整流电路（常见于低端电源）或者部分共用（常见于高端电源中），所以说3.3V输出往往会受到5V输出的限制。
这就是为什么很多电源要在铭牌中著名“3.3V和5V联合输出”。
下图28是一台低端电源的二次侧。
这里我们可以看到负责产生PG信号的整合电路。
通常情况下，低端电源都会采用LM339整合电路。
二次侧
此外，我们还可以看到一些电解电容（这些电容的个头和倍压器或者主动式PFC电路的电容相比要小的多）和电感，这些元件主要是负责滤波功能。
为了更清晰的观察这款电源，我们将电源上的飞线以及滤波线圈全部移除，如图29所示。
在这里我们能看到一些小的二极管，主要用于-12Vand–5V的整流，通过的电流非常小（这款电源只要0.5A）。
其他的电压输出的电流至少要1A，这需要功率二极管负责整流。
–12V以及–5V负压电路的整流二极管
●二次侧
（2）
下图30描述的是低端电源二次侧散热片上的元器件：
二次侧散热片上的元器件
从左至右以此为：
☆稳压器IC芯
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