差动放大器的放大量可以按公式进行计算。第一级是单端输入平衡输出的差动放大器,放大量计算公式为: 式中Ra为阳极负载电阻,在图43-6中μ为电子管内阻及放大系数。 第二极为差动输入,平衡输出的差动放大器,阴极之间接有负反馈电阻,放大量计算公式为: 式中2RK为阴极电阻,RB为阴极间反馈电阻。在图43-6中,Ra=R16,2RK=R18,RB=W2+W3。表43-2给出RB为不同值时第二级差动放大器放大量K2及二级放大器总放大量K的计算值。前面已经提到。当示波器Y增益旋钮放到最大,即W2=0时,示波器灵敏度要求达到50mVPP/格,垂直放大器的放大量应为230~316,这时RB=W2可以调在0到200欧姆之间。 第二级差动放大器中、小电容C9a、C9b起高频补偿作用。即将差动放大器两输出端信号中的高额分量,正反馈到输入端,提高高频部分的放大量。由于电容数值很小,对低频和中频不起作用。这两个电容数值在调试时确定,大约在2.2微微法到4.7微微法之间。经过仔细调试后,学生示波器垂直放大器的频率响应高频端可以超过2兆赫。 扫描发生器由C4双三极管组成。这是一种阳栅耦合不对称多谐振荡器,是将原来对称多谐振荡器的一个定时网络放到G42阴极组成的,即C13~16、R30及W7。两只三极管相互成正反馈耦合,电压由第二只三极管的输出端全部被送到第一只三极管的输入端,只要满足K1K2>1,电路即能自激振荡。K1、K2是两只电子管组成放大器的放大量。 电源加上以后,扫描发生器渐渐进入正常工作。图43-7为正常工作时扫描发生器各部分信号波形图。在0到t1时间内,G4导通,阴极电压下降,这个下降电压经过C11加到G4b栅极,使得G4b截止。G4a导通后,电源通过G4a向扫描电容C13~16充电,电容上电压按指数规律上升: Ea为电源电压,U0是t=0时电容器上电压,Z1为充电电路时间常数: 在t1时,电容C12~16充电到U1,这时由于G4a阳极电流减小,电压上升,经C11耦合到G4b栅极,使栅极电压高于截止栅压,G4b开始导通,阳极电压降低,因为G4b阳极和G4a栅极相连,G4a栅极电压也降低,使得G4a截止,不对称多谐振荡器翻转。G4a截止后,电容器C13~16通过R30、W7放电,在t1到t2时间内电容器上电压按指数规律下降: 在t2时,C13~16上电压降到U0,这时G4a栅极电位和阴极电位相比已高于截止栅偏压,于是G4a开始导通,并由于正反馈作用使4b迅速截止,不对称多谐振荡器又翻转,Ea通过G4a又对电容C13~16充电。以上过程重复进行,G4a阴极就形成周期变化的,电压随时间减小的锯齿波电压,作为示波器扫描信号。G4a阳极形成周期性负脉冲,G4b阳极形成周期性正脉冲。 Um=U1-U0=(Ia-Ig)R27-Uc(14) Ia为G4b导通时阳极电流,Ig为G4a导通后栅极电流,Uc为G4a栅极截止偏压。将数值代入后可以标出Um约为15伏。 按电路参数,可从公式(10)(11)中解出T1=1.4τ1=1.4R29C13~16,从公式(12)(13)中解出T2=0.17τ2=0.17(R30+W7)C13~16 通过扫描开关K4可以用改变电容C13~16来实现扫描频率分档调节,通过电位器W7改变与电容串联的放电电阻来实现扫描频率连续调节。表43-3给出扫描信号频率的计算值与测试值。在低频档是完全符合的,高频档由于电路分布参数的影响,有一定出入。锯齿波的回扫期很短,在扫描最高频率时约为锯齿波周期的十分之一。每档频率微调范围大于十,完全能满足十进位要求。 上述用电容放电形成的锯齿波,电压与时间成指数函数,这将造成示波器扫描线非线性失真,其相对误差可按下式计算: 相对误差为T2/τ2的函数,T2/τ2数值越小,相对误差越小。也就是说扫描期取电容放电曲线起始部分极小一段时,曲线接近直线。前面已经标出T2=0.17τ2,代入上式,可算出相对误差r=7.9%。再加上水平放大器造成的非线性误差,学生示波器扫描线非线性误差大约在10%左右。 锯齿波信号从C17电容耦合到R31、C18、W8、C9组成的阻容补偿衰减器,经衰减器分压后输送到水平放大器。衰减器的衰减倍数按公式(7)计算为6.1倍,于是可标出输送到水平放大器的扫描信号电压幅度约为2.5伏。 当扫描范围开关K4扳到“外X”时,K4a、K4b将G4a阴极断路,扫描发生器停止工作。同时X输入信号通过K4c接入水平放大器,此时示波器作为X-Y显示。 电子管G4b栅极从同步极性开关K3引入同步信号,从G4b放大后加到G4a栅极,控制G4a导通时间,以达到对扫描信号的同步。图43-8为扫描信号被同步的情况。图中前面部分设有同步信号,扫描发生器产生自由振荡的锯齿波;后面部分为同步信号加上的情况,锯齿波的回扫时间受到同步信号的控制,扫描发生器被强迫同步,每个锯齿波周期内包含数个整数倍同步信号。 水平放大器有两个任务:第一是放大扫描发生器送来的扫描信号。放大后的信号电压被输送到示波管水平偏转板,以形成扫描基线。这是水平放大器的主要任务。第二是直接放大外来信号,这时示波器作X-Y显示。 前面已经标出,扫描发生器输出的扫描信号幅度约为2.5伏,如果扫描长度为10格,则水平放大器灵敏度达到≤2.5伏/10格=250mVPP/格即可。但学生示波器水平放大器灵敏度指标定为≤100mVPP/格,高于上面要求,这是为了补救扫描发生器最高扫描频率较低的缺点。按照通常要求,示波器在观察频率为垂直系统频率响应上限频率的信号时,其波形显示不应多于每格一赫,否则波形挤在一起不便于观察。学生示波器垂直放大器频率响应上限频率为1.5兆赫,其最高扫描频率应当>150千赫。为了简化扫描发生器的线路,最高扫描频率指标定为100千赫,而提高水平放大器灵敏度。当观察高频信号时,将x增益电位器调到最大,扫描发生器输入2.5伏幅度的扫描信号全部加上,这时扫描线长度≥25格,对于1.5兆赫信号每格显示>1.6格,完全能够清楚地进行观察。这相当通用示波器中展宽2.5倍的作用,对于观察频率较低的信号,可以将X增益电位器转小,使示波管上扫描线长度达到10,以减少扫描线的非线性失真。 G5组成第一级放大器,这是一般的电流负反馈阻容耦合放大器,五极管6JI接成三极管使用,放大后的信号由C22耦合到水平放大器第二级。W8是X增益微调电位器,直接改变输入信号的大小来调节示波管水平方向幅度。当电位器逆时针转到底时,输入端接地,水平放大器没有输出信号,示波管X方向显示成为一点。R35为阴极电阻,以形成2伏的负偏压,同时起负反馈作用,以稳定放大器的工作状态。C21起高频补偿作用,在高频时减少这级放大器的负反馈量,以提高高频端频率响应。R33、C20组成电源去耦网络,从+300伏电源中降压到160伏,供第一级放大器作为阳极电源。G6组成第二级放大器,这是单端输入平衡输出的差动放大器。前级来的信号送到G6a栅极,G6b起阴极耦合倒相放大作用,其栅极通过电容C23接地。放大后的信号直接输送到示波管水平偏转板。W0是水平位移电位器,改变差动放大器输入两臂的直流电位来达到位移的目的。R36、R37为防止寄生振荡电阻。 |