第2章 电子元器件的检测
2.1 检测电子元器件的仪器仪表
2.1.1 万用表
普通万用表主要用来检测电压、电流及电阻等物理量,通常在表盘上用 A、V、Ω等符号来表示;有些万用表还能够测量音频电平。万用表的种类很多,按结构可分为两种:一种是机械式万用表;另一种是数字万用表。
1.机械式万用表结构及使用
普通机械式万用表由表头(磁电式)、挡位转换开关、机械调零装置调零电位器、表笔、插座等构成。按旋转开关的形式可分为两类:一类为单旋转开关型,如 MF9型、MF10型、MF47型、MF50型等;另一类为双旋转开关型,常用的为 MF500型。下面以常用的MF47型万用表为例介绍其使用方法。
MF47型万用表的外形如图2-1所示。内部电路如图2-2所示。
图2-1 MF47型万用表的外形
图2-2 MF47型万用表的内部电路
1)电路部分
由电路图可知,万用表由五部分电路组成,它们分别是表头或表头电路,用于指示测量结果;分压电路,用于测量交、直流电压;分流电路,用于测量直流电流;电源调零电位器等,用于测量电阻;测量选择电路,用于选择挡位量程。
2)表头
表头采用磁电式微安表。表头的内部由上下游丝及磁铁等组成。当微小的电流通过表头时,会产生电磁感应,线圈在磁场的作用下转动,并带动指针偏转。指针偏转角度的大小取决于通过表头电流的大小。因为表头线圈的线径比较细,所以允许通过的电流很小,实际应用中为了能够满足较大量程的需要,在万用表内部设有分流及降压电路来完成对各种物理量的测量。
3)表盘
如图2-1所示,第一条刻度线为电阻挡的读数,它的右端为“0”,左端为“∞(无穷大)”,并且刻度线是不均匀的,读数时应该从右向左读,即表针越靠近左端阻值越大。第二、三条线是交流电压、直流电压及各直流电流的读数,左端为“0”,右端为最大读数。根据量程转换开关的不同,即使表针摆到同一位置时,其所指示的电压、电流的数值也不相同。第四条是交流电压读数线,是为了提高小电压读数的精度而设置的。第五条线是测晶体管放大倍数(hFE)的。第六、七条线分别是测量负载电流和负载电压的读数线。第八条线为音频电平(dB)的读数线。
MF47型万用表设有反光镜片,可减小视觉误差。
4)转换开关
(1)测量电阻:转换开关拨至R×1~R×l0k挡位。
(2)测交流电压:转换开关拨至10~1000V挡位。
(3)测直流电压:转换开关拨至0.25~1000V挡位。若测高电压,将笔插入2500V插孔即可。
(4)测直流电流:转换开关拨至0.25~247mA 挡位。若测量大的电流,应把“正”(红)表笔插入“+5A”孔内,此时负(黑)表笔还应插在原来的位置。
(5)测晶体管放大倍数:挡位开关先拨至 ADJ,调零,使指针指向右边零位,再将挡位开关拨至hFE挡,将三极管插入NPN或PNP插座,读第五条线的数值,即为二级放大倍数灵敏值。
(6)测负载电流I和负载电压V:使用电阻挡的任何一个挡位均可。
(7)音频电平dB的测量:应该使用交流电压挡。
5)万用表的使用
(1)使用万用表之前,应先注意表针是否指在“∞(无穷大)”的位置,如果表针不正对此位置,应用螺钉旋具调整机械调零钮,使表针正好处在无穷大的位置。
注意:此调零钮只能调半圈;否则,有可能会损坏,以致无法调整。
(2)在测量前,应首先明确测试的物理量,并将转换开关拨至相应的挡位,同时还要考虑好表笔的接法;然后再进行测试,以免因误操作而造成万用表的损坏。
(3)对于一般测量,将红表笔(正)插入“+”孔内,黑表笔(负)插入“-”或“* ”孔内。如需测大电流、高电压,可以将红表笔分别插入2500V或5A插孔。
(4)测电阻:在使用电阻不同量程之前,都应先将正负表笔对接,调整“调零电位器Ω”,让表针正好指在零位,而后再进行测量;否则,测得的阻值误差较大。
注意:每换一次挡,都要进行一次调零,再将表笔接在被测物的两端。
电阻值的读法:将开关所指的数与表盘上的读数相乘,就是被测电阻的阻值。例如:用R×l00挡测量一只电阻,表针指在“10”的位置,那么这只电阻的阻值是10×100Ω=1000Ω=1kΩ;如果表针指在“1”的位置,其电阻值为100Ω;若指在“100”,则为10kΩ,以此类推。
(5)测电压:测量电压时,应将万用表调到电压挡,并将两表笔并联在电路中进行测量,测量交流电压时,表笔可以不分正负极;测量直流电压时,红表笔接电源的正极,黑表笔接电源的负极,如果接反,表笔会向相反的方向摆动。如果测量前不能估测出被测电路电压的大小,应用较大的量程去试测,如果表针摆动很小,再将转换开关拨到较小量程的位置;如果表针迅速摆到零位,应该马上把表笔从电路中移开,加大量程后再去测量。
注意:测量电压时,应一边观察表针的摆动情况,一边用表笔试着进行测量,以防电压太高把表针打弯或把万用表烧毁。
(6)测直流电流:将表笔串联在电路中进行测量(将电路断开),红表笔接电路的正极,黑表笔接电路的负极。测量时应该先用高挡位,如果表针摆动很小,再换低挡位。如需测量大电流,应该用扩展挡。
注意:万用表的电流挡是最容易被烧毁的,在测量时千万注意。
(7)晶体管放大倍数(hFE)的测量:先把转换开关转到 ADJ 挡(对于无 ADJ 挡位的其他型号万用表,则可用 R×1k 挡)调好零位,再把转换开关转到 hFE 进行测量。将晶体管的b、c、e 三个极分别插入万用表上的b、c、e 三个插孔内,PNP 型晶体管插PNP 位置,读第四条刻度线上的数值;NPN 型晶体管插入NPN 位置,读第五条刻度线的数值,均按实数读。
(8)穿透电流的测量:按照“晶体管放大倍数(hFE)的测量”的方法将晶体管插入对应的孔内,但晶体管的“b”极不插入,这时表针将有一个很小的摆动,根据表针摆动的大小来估测“穿透电流”的大小,表针摆动幅度越大,穿透电流越大,否则就小。
由于万用表CUF、LUH刻度线及dB刻度线应用得很少,在此不再赘述,可参见使用说明。
6)万用表使用注意事项
(1)不能在正负表笔对接时或测量时旋转转换开关,以免旋转到hFE挡位时,表针迅速摆动,将表针打弯,并且有可能烧坏万用表。
(2)在测量电压、电流时,应该选用大量程的挡位测量一下,再选择合适的量程去测量。
(3)不能在通电的状态下测量电阻,否则会烧坏万用表。测量电阻时,应断开电阻的一端进行测试,测完后再焊好。
(4)每次使用完万用表,都应该将转换开关调到交流最高挡位,以防止由于第二次使用不注意或外行人乱动烧坏万用表。
(5)在每次测量之前,应该先看转换开关的挡位。严禁不看挡位就进行测量,这样有可能损坏万用表,这是一个从初学时就应养成的良好习惯。
(6)万用表不能受到剧烈振动;否则,会使万用表的灵敏度下降。
(7)使用万用表时应远离磁场,以免影响表的性能。
(8)万用表长期不用时,应该把表内的电池取出,以免腐蚀表内的元器件。
7)机械式万用表常见故障
以MF47型万用表为例,其电路如图2-2所示。
(1)磁电式表头故障
① 摆动表头,指针摆幅很大且没有阻尼作用。故障为可动线圈断路、游丝脱焊。
② 指示不稳定。此故障为表头接线端松动或动圈引出线、游丝、分流电阻等脱焊或接触不良。
③ 零点变化大,通电检查误差大。此故障可能是轴承与轴承配合不妥当,轴尖磨损比较严重,致使摩擦误差增加、游丝严重变形、游丝太脏而粘圈、游丝弹性疲劳、磁间隙中有异物等。
(2)直流电流挡故障
① 测量时,指针无偏转。此故障多为表头回路断路,使电流等于零;表头分流电阻短路,从而使绝大部分电流流不过表头;接线端脱焊,从而使表头中无电流流过。
② 部分量程不通或误差大。由于分流电阻断路、短路或变值所引起,常见于R×1Ω挡。
③ 测量误差大,原因是分流电阻变值(阻值变化大,导致正误差超差;阻值变小,导致负误差)。
④ 指示无规律,量程难以控制。原因多为量程转换开关位置窜动(调整位置,安装正确后即可解决)。
(3)直流电压挡故障
① 指针不偏转,示值始终为零。分压附加电阻断线或表笔断线。
② 误差大。其原因是附加电阻的阻值增加引起示值的正误差,阻值减小引起示值的负误差。
③ 正误差超差并随着电压量程变大而严重。表内电压电路元器件受潮而漏电,电路元器件或其他原件漏电,印制电路板受污、受潮、击穿、电击碳化等引起漏电。修理时,刮去烧焦的纤维板,清除粉尘,用酒精清洗电路后烘干处理;严重时,应用小刀割铜箔与铜箔之间电路板,从而使绝缘良好。
④ 不通电时指针有偏转,小量程时更为明显。其故障原因是受潮和污染严重,使电压测量电路与内置电池形成漏电回路。处理方法同上。
(4)交流电压、电流挡故障
① 交流挡时指针不偏转、示值为零或很小,多为整流元器件短路或断路,或者引脚脱焊。检查整流元器件,如有损坏更换,有虚焊时应重焊。
② 交流挡示值减少一半。此故障是由整流电路故障引起的,即全波整流电路局部失效而变成半波整流电路,使输出电压降低,更换整流元器件,故障即可排除。
③ 交流电压挡,指示值超差。是串联电阻阻值变化超过元器件允许误差而引起的。当串联电阻阻值降低、绝缘电阻降低、转换开关漏电时,将导致指示值偏高;相反,当串联电阻阻值变大时,将使指示值偏低而超差。应采用更换元器件、烘干和修复转换开关的办法排除故障。
④ 采用交流电流挡时,指示值超差,原因是分流电阻阻值变化或电流互感器发生匝间短路,更换元器件或调整修复元器件排除故障。
⑤ 交流挡时,指针抖动。原因为表头的轴尖配合太松、修理时指针安装不紧、转动部分质量改变等。由于其固有频率刚好与外加交流电频度相同,从而引起共振。尤其是当电路中的旁路电容变质失效而无滤波作用时更为明显。排除故障的办法是修复表头或更换旁路电容。
(5)电阻挡故障
① 电阻常见故障是各挡位电阻损坏(原因多为使用不当,用电阻挡误测电压造成)。使用前,用手捏两表笔,一般情况下表坏应摆动,如摆动,则对应挡电阻烧坏,应予以更换。
② R×1挡两表笔短接之后,调节调零电位器不能使指针偏转到零位。此故障的原因是万用表内置电池电压不足,或者电极触簧受电池漏液腐蚀生锈,从而造成接触不良。此类故障在仪表长期不更换电池情况下出现最多。如果电池电压正常,接触良好,调节调零电位器指针偏转不稳定,无法调到欧姆零位,则多是由于调零电位器损坏造成的。
③ 在R×1挡可以调零,其他量程挡调不到零,或者只是R×10k、R×100k挡调不到零。出现故障的原因是分流电阻阻值变小,或者高阻量程的内置电池电压不足。更换电阻元器件或叠层电池,故障就可排除。
④ 在R×1、R×10、R×100挡测量误差大。在R×100挡调零不顺利,即使调到零,但经几次测量后,零位调节又变为不正常,出现这种故障,是由于量程转换开关触点上有黑色污垢,使接触电阻增加且不稳定而造成的。使各挡开关触点露出银白色,保证其接触良好,可排除故障。
⑤ 表笔短路,表头指示不稳定。故障原因多是线路中有假焊点,电池接触不良或表笔引线内部断线。修复时应从最容易排除的故障做起,即先保证电池接触良好,表笔正常,如果表头指示仍然不稳定,就需要寻找线路中的假焊点加以修复。
⑥ 在某一量程挡测量电阻时严重失准,而其余各挡正常,这种故障往往是由于量程开关所指的表箱内对应电阻已经烧毁或断线所致。
⑦ 指针不偏转,电阻示值总是无穷大。故障原因大多是表笔断线,转换开关接触不良,电池电极与引出簧片之间接触不良,电池日久失效已无电压,以及调零电位器断路。找到具体原因之后作针对性的修复,或者更换内置电池,故障即可排除。
8)机械式万用表的选用
万用表的型号很多,而不同型号之间功能也存在差异。因此在选购万用表的时候,通常要注意以下几个方面。
(1)用于检修无线电等弱电子设备时,在选用万用表时一定要注意以下三个方面。
① 万用表的灵敏度不能低于20kΩ/V;否则,在测试直流电压时,万用表对电路的影响太大,而且测试数据也不准。
② 需要上门修理时,应选外形稍小一些的万用表,如50型 U201等。如果不上门修理,可选择MF47或MF50型万用表。
③ 频率特性选择(俗称是否抗峰值):方法是用直流电压挡测高频电路(如彩色电视机的行输出电路电压)看是否显示标称值,如果是,则频率特性高;如果指示值偏高,则频率特性差(不抗峰值),则此表不能用于高频电路的检测(最好不要选择此种类)。
(2)检修电力设备时,如检修电动机、空调、冰箱等,选用的万用表一定要有交流电流测试挡。
(3)检查表头的阻尼平衡。首先进行机械调零,将表在水平、垂直方向来回晃动,指针不应该有明显的摆动;将表水平旋转和竖直放置时,表针偏转不应该超过一小格;将表针旋转360°时,指针应该始终在零附近均匀摆动。如果达到了上述要求,就说明表头在平衡和阻尼方面符合标准。
2.数字万用表结构及使用
数字万用表是利用模拟/数字转换原理,将被测量模拟电量参数转换成数字电量参数,并以数字形式显示的一种仪表。它与机械式万用表相比,具有精度高、速度快、输入阻抗高、对电路的影响小、读数方便准确等优点。其外形如图2-3所示。
图2-3 数字万用表外形
1)数字万用表的构成
DT—890B原理框图如图2-4所示。整个电路由三大部分组成。
(1)由双积分 A/D 转换器和三位半 LCD 显示屏组成的200mV 直流数字电压表构成基本测量显示部件(相当于机械式万用表的表头)。
(2)由分压器、电流/电压变换器、交流/直流变换器、电阻/电压变换器、电容/电压变换器、晶体管测量电路等组成的量程扩展电路,以构成多量程的数字万用表。
(3)由波段开关构成的测量选择电路。
2)数字万用表的工作原理
数字万用表的工作原理是从模拟原理演变过来的。
(1)电压经分压电阻分压后再通过运算模拟放大器转换成仪表用测试电流,再输入A/D转换器转换成数字信号,形成实际数值。
图2-4 数字万用表的原理框图
(2)电流经分流电阻分流后,通过运算模拟放大器转换成仪表用的具有比例的电流,再输入A/D转换器,将转换的数字信号并通过显示器显示成实际数值。
(3)电阻测量是将测量电压通过电阻分压后,通过模拟运算放大器转换成仪表用的具有比例的电流,再输入到 A/D 转换器,然后经过 A/D 转换器转换成数字信号,通过显示器显示成实际数值。
3)数字万用表的使用
首先打开电源,将黑表笔插入“COM”插孔,红表笔插入“V·Ω”插孔。
(1)电阻测量
将转换开关调节到Ω挡,将表笔测量端接于电阻两端,即可显示相应示值。如果显示“1”(溢出符号),必须向高电阻值挡位调整,直到显示为有效值为止。
为了保证测量准确性,在测量电阻时,最好断开电阻的一端,以免在测量电阻时在电路中形成回路,影响测量结果。
注意:不允许在通电的情况下进行测量,测量前必须切断电源,并将大容量电容放电。
(2)“DCV”—直流电压测量
表笔测试端必须与测试端可靠接触(并联测量)。原则上由高电压挡位逐渐往低电压挡位调节测量,直到该挡位示值的1/3~2/3为止,此时的示值才是一个比较准确的值。
注意:严禁以小电压挡位测量大电压;不允许在通电状态下调整转换开关。
(3)“ACV”—交流电压测量
表笔测试端必须与测试端可靠接触(并联测量)。原则上由高电压挡位逐渐往低电压挡位调节测量,直到该挡位示值的1/3~2/3为止,此时的示值才是一个比较准确的值。
注意:严禁以小电压挡位测量大电压;不允许在通电状态下调整转换开关。
(4)二极管测量
将转换开关调至二极管挡位,黑表笔接二极管负极,红表笔接二极管正极,即可测量出正向压降值。
(5)晶体管电流放大系数hEF的测量
将转换开关调至“hFE”挡,根据被测晶体管选择“PNP”或“NPN”位置,将晶体管正确地插入测试插座即可测量到晶体管的“hFE”值。
(6)开路检测
将转换开关调至有蜂鸣器符号的挡位,表笔测试端可靠地接触测试点,若两者低于20±10Ω,蜂鸣器就会响起来,表示该线路是通的,不响则该线路不通。
注意:不允许在被测量电路通电的情况下进行检测。
(7)“DCA”——直流电流测量
低于200mA 时,红表笔插入mA插孔;高于200mA时,红表笔插入A插孔,表笔测试端必须与测试端可靠接触(串联测量)。原则上由高电流挡位逐渐往低电流挡位调节测量,直到该挡位示值的1/3~2/3为止,此时的示值才是一个比较准确的值。
注意:严禁以小电流挡位测量大电流;不允许在通电状态下调整转换开关。
(8)“ACA”——交流电流测量
低于200mA 时,红表笔插入mA 插孔;高于200mA 时,红表笔插入A插孔,表笔测试端必须与测试端可靠接触(串联测量)。原则上由高电流挡位逐渐往低电流挡位调节测量,直到该挡位示值的1/3~2/3为止,此时的示值才是一个比较准确的值。
注意:严禁以小电流挡位测量大电流;不允许在通电状态下调整转换开关。
4)数字万用表常见故障与检修
(1)仪表无显示
首先检查电池电压是否正常(一般用的是9V 电池,新的也要测量)。其次检查熔丝是否正常。若不正常,则予以更换。检查稳压块是否正常。若不正常,则予以更换。限流电阻是否开路。若开路,则予以更换。最后查:①检查线路板上的线路是否有腐蚀或短路、断路现象(特别是主电源电路线),若有,则应清洗电路板,并及时做好干燥和焊接工作;②如果一切正常,测量显示集成块的电源输入的两脚,测试电压是否正常,若正常,则该集成块损坏,必须更换该集成块,若不正常,则检查其他有没有短路点,若有,则要及时处理好,若没有或处理好后,还不正常,那么该集成块已经内部短路,则必须更换。
(2)电阻挡无法测量
首先从外观上检查电路板,在电阻挡回路中有没有连接电阻烧坏。若有,则必须立即更换;若没有,则要测量每一个连接元器件,有坏的及时更换;若外围都正常,则测量集成块是否损坏,若损坏必须更换。
(3)电压挡在测量高压时示值不准,或者测量稍长时间示值不准甚至不稳定
此类故障大多是由某一个或几个元器件(集成块)工作功率不足引起的。若在停止测量的几秒内,检查时会发现这些元器件会发烫,这是由于功率不足而产生了热效应所造成的,同时形成了元器件的变值。若如此,则必须更换该元器件(集成块)。
(4)电流挡无法测量
多数是由于操作不当引起的。检查限流电阻和分压电阻是否烧坏。若烧坏,则应予以更换。检查到放大器的连线是否损坏。若损坏,则应重新连接好。若还不正常,则更换放大器。
(5)示值不稳,有跳字现象
检查整体电路板是否受潮或有漏电现象。若有,则必须清洗电路板并做好干燥处理工作。检查输入回路中有无接触不良或虚焊现象(包括测试笔)。若有,则必须重新焊接。检查有无电阻变质或刚测试后有无元器件发生超正常的烫手现象,这种现象是由于其功率降低引起的,若有此现象,则应更换该元器件。
(6)示值不准
这种现象主要是测量通路中的电阻值或电容失效引起的,则更换该电容或电阻。①检查该通路中的电阻阻值(包括热反应中的阻值),若阻值变值或热反应变值,则予以更换该电阻;②检查 A/D 转换器的基准电压回路中的电阻、电容是否损坏,若损坏,则予以更换。
2.1.2 数字电容表
电容广泛应用在各种电路中,要检测电容的容量,就要用到电容表。现在广泛使用的是数字电容表,它是一种专门用于测量电容量的数字化仪表。数字电容表具有测量范围宽、分辨率高、测量误差小等优点。
1.数字电容表的结构原理
这里以常用的MI—303型数字电容表为例,说明数字电容表的使用及注意事项。如图2-5所示,面板上部为三位半 LCD 液晶显示屏,最大显示读数为999。面板中部左侧为挡位选择按钮;右侧上部有电源开关,电源开关下面是调零旋钮。面板下部为被测电容器插孔,左负右正。
MI—303型数字电容表可以测量0.1pF~2000μF的电容量,分为8个测量挡位,通过表身左侧的8挡按钮开关进行选择。使用时,估计被测电容量的大小选择适当的挡位,只要按下相应的挡位按钮即可显示出电容量。
图2-5 MI—303型数字电容表
图2-6所示为数字电容表电路原理框图。
1)电路构成
(1)电容/电压变换电路。将被测电容量转换为相应的电压值。由时钟脉冲、电容/脉宽变换、积分电路及挡位选择等单元组成。
(2)毫伏级数字电压表。功能是测量电压并显示。由双积分 A/D 转换器和三位半 LCD显示屏组成。
(3)挡位选择电路。功能是改变量程。由琴键式波段开关和相关电路组成。
2)测量原理
插入电容在时钟脉冲一定时,电容量越大,B 点输出脉宽越宽,C 点积分所得电压也越大。从“2μF”挡换为“20μF”挡时,挡位选择电路将改变时钟脉冲和积分电路等的参数,使得20μF 电容量的积分电压与2μF 电容量的一样,并同时将显示屏的小数点向右移动一位。
图2-6 数字电容表电路原理框图
2.应用
使用数字电容表前应先安装电池。电池仓在表的背面,打开电池仓盖,将一枚9V 层叠电池扣牢在电池扣上并放入电流仓。打开电源开关(POWER),LCD 显示屏应显示“000”。如果LCD显示屏显示数不为“000”,则应左右缓慢旋转调零旋钮(ZERO),直至显示“000”。
测量时,按下需要的挡位按钮,将被测电容器插入测量插孔。对于电解电容器等有极性电容器,应注意区分正、负极,左负右正。
例如,测量8.2μF 电解电容器,挡位选择在“20μF”挡,读数为“8.26”,即该电容器的实际容量为8.26μF。
测量无极性电容器时,被测电容器不分正负插入测量插孔。例如,测量0.15μF 电容器,挡位选择在“2μF”挡,读数为“158”,即该电容器的实际容量为0.158μF。当显示屏显示数为“1”时,表示显示溢出,说明所选挡位偏小,应换用较大的挡位再进行测量。
2.1.3 示波器
对于维修人员来说,掌握示波器的使用,将会大大加快判断故障的速度,提高判断故障的准确率,特别是检修疑难故障时,示波器将会成为得力工具。示波器不仅可以测量电压,还可以快速地把电压变化的幅值描绘成随时间变化的曲线,这就是常说的波形图。
通用示波器品种繁多,但基本功能相似,虽然各种示波器操作面板千差万别,但操作的基本方法是相同的。
1.示波器各操作功能
这里以常用的VP—5565A 双踪示波器为例进行介绍,示波器的面板如图2-7所示,它由三个部分组成:显示部分、X轴插件和Y轴插件。
1)显示部分
包括显示屏和基本操作旋钮两个部分。
显示屏为显示波形的地方,屏幕上刻有8×10的等分坐标刻度,垂直方向的刻度用电压定标,水平方向用时间定标。下面以方波波形为例简单说明这个波形的基本参数。假如X轴插件中的TIME/DIV 开关置于0.1ms/DIV(毫秒/格),水平方向刚好为一个周期;Y 轴插件中的VOLTS/DIV 开关置于0.2V/DIV,垂直方向为5格,可以算出,波形的周期为0.1ms/DIV×10DIV=1ms,电压幅值为0.2V/DIV×5DIV=1V,这是一个频率为1000Hz 且电压幅值为1V的方波信号。
图2-7 双踪示波器面板图
2)各旋扭及接插件
屏幕下方的旋钮为仪器的基本操作旋钮,其名称和作用如图2-8(a)所示。
3)X轴插件
X轴插件是示波器控制电子束水平扫描的系统,该部分旋钮的作用如图2-8(b)所示。
这里说明“扫描扩展”的概念。“扫描扩展”是加快扫描的装置,可以将水平扫描速度扩展10倍,扫描线长度也扩展相应倍数,主要用于观察波形的细节。例如,当仪器测试接近带宽上限的信号时,显示的波形周期太多,单个波形相隔太密不利于观察,如果将几十个周期的波形扩展后,显示的就只有几个波形了,适当调节X轴位移旋钮,使扩展后的波形刚好落在坐标定度上,即可方便读出时间。扩展后扫描时间误差将会增大,光迹的亮度也将变暗,测试时应当予以注意。
4)Y轴插件
VP—5565A 是双踪单时基示波器,可以同时测量两个相关的信号。电路结构上多了一个电子开关,并且有相同的两套 Y 轴前置放大器,后置放大器是共用的。因此,面板上有CH1和CH2两个输入插座、两个灵敏度调节旋钮、一个用来转换显示方式的开关等。Y 轴插件旋钮的名称和作用如图2-8(c)所示。
单踪测量时,选择 CH1通道或 CH2通道均可,输入插座、灵敏度微调和VOLTS/DIV开关、Y轴平衡、Y轴位移等与之对应就行了。
图2-8 示波器的旋扭及各插件的作用
“VOLTS/DIV”旋钮用于垂直灵敏度调节,单踪或和双踪显示时操作方法是相同的。该仪器最高灵敏度为5mV/DIV,最大输入电压为440V。为了不损坏仪器,测试前操作者应对被测信号的最大幅值有明确的了解,正确选择垂直衰减器。示波器测试的是电压幅值,其值与直流电压等效,与交流信号峰—峰值等效。
双踪显示时,可以根据被测信号或测试需要,选择交替、断续、相加三种方式。
交替工作方式,就是把两个输入信号轮流地显示在屏幕上,当扫描电路第一次扫描时,示波器显示出第一个波形;第二次扫描时,显示出第二个波形。以后的各次扫描,只是轮流显示这两个被测波形。由于这种显示电路技术的限制,在扫描时间过长时,不适宜观测频率较低的信号。断续工作方式,就是在第一次扫描的第一瞬间显示出第一个被测波形的某一段,第二个瞬间显示出第二个被测信号的某一段,以后的各个瞬间,轮流显示出这两个被测波形的其余各段,经过若干次断续转换之后,屏幕上就可以显示出两个完整的波形。由于断续转换频率较高,显示每小段靠得很近,人眼看起来仍然是连续的波形,与交替显示方式刚好相反,这种方式不适宜观测较高频率的信号。相加工作方式实际上是把两个测试信号代数相加,当CH1和CH2两个通道信号同相时,总的幅值增加;当两个信号反相时,显示的是两个信号幅值之差。
双踪示波器一般有四根测试电缆:两根直通电缆和两根带有10比1衰减的探头。直通电缆只能用于测量低频小信号,如音频信号,这是因为电缆本身的输入电容太大。衰减探头可以有效地将电缆的分布电容隔离,还可以大大提高仪器接入电路时的输入阻抗,当然输入信号也受到衰减,在读取电压幅值时要把衰减考虑进去。
2.示波器应用
了解仪器面板上操作旋钮的功能,只能说为实际操作做好了准备,要想用于实际维修,还必须进行一些基本的测试演练。维修中需要测试的信号波形千差万别,不可能全部列出来作为标准进行对比来确定故障。因此,从一些基本波形测试入手,学会识读,掌握测试要领,这样才能举一反三地用于维修实践。
示波器使用时应放在工作台上,屏幕要避开直射光,检修彩电之类的电器还要用隔离变压器与市电隔离。有些场合,为了避免干扰,仪器面板上专用接地插口要妥善接地。打开仪器之后,不要忙于接上测试信号,首先要将光点或光迹亮度、清晰度调节好,并将光迹移至合适位置,根据被测信号的幅值和时间选择好 t/DIV与 V/DIV旋钮,连接好测试电缆或探头。在与电路中的待测点连接时,应在电路测试点附近找到连接地线的装置,以便固定地线鳄鱼夹。
1)测试前的校准
测试之前应对仪器进行一些常规校准,如垂直平衡、垂直灵敏度、水平扫描时间。校准垂直平衡时,将扫描方式置于自动扫描状态,在屏幕上形成水平扫描基线,调节Y轴微调。正常时,扫描线沿垂直方向应当没有明显变化,如果变化较大,调节平衡旋钮予以校正。一般这种校正需要反复进行几次才能达到最佳平衡。对于垂直灵敏度和扫描时间的校准,可输入仪器面板上频率为1000kHz、电压幅值为1V的方波信号进行,采用单踪显示方式进行(如图2-9所示)调校时,如果显示的波形幅值、时间和形状总不能达到标准,表明该信号不准确,或者示波器存在问题。
图2-9 垂直灵敏度与扫描时间校准
单踪显示方式,两个通道分别进行检查。“c/DIV”置于 0.1ms/DIV;V/DIV 置于0.2V/DIV;同步置于+,自动、AC、DC方式均可,扫描扩展、显示极性等置于常态;调整垂直和水平位移波形与坐标重合。左图为校准好的波形图
2)波形测试的基本方法
(1)直流电压幅值的测量
测量电压实际上就是测量信号波形的垂直幅度,被测信号在垂直方向占据的格数,与V/DIV 所对应标称值的乘积为该信号的电压幅值。假设 V/DIV 开关置于0.5V/DIV,波形垂直方向占据5格,则这个信号的幅值为0.5V/DIV×5DIV=2.5V(定量测试电压时,垂直微调应当放在校准位置)。对于直流信号,由于电压值不随时间变化,其最大值和瞬时值是相同的,因此,示波器显示的光迹仅仅是一条在垂直方向产生位移的扫描直线。电压幅值包括直流幅值和交流幅值。
现代示波器的垂直放大器都是直流器、宽带放大器,示波器测量电压的频率范围可以从零一直到数千兆,这是其他电压测量仪器很难实现的。图2-10(a)所示为幅值的测试。
(2)交流电压幅值的测量
交流信号与直流信号不同,直流信号的幅值不随时间变化,交流信号则随着时间在不断变化。对应不同的时间,幅值不同(表现在波形的形状上)。大多数情况下,这些信号都是周期性变化的,一个周期的信号波形就能够帮助我们了解这个信号。
比较简单和常见的有正弦波、方波、锯齿波等,这些信号变化单一。而电视机中的彩条视频信号、灰度视频信号等是典型的复合信号,在一个周期内往往由几种不同的分量在幅度和时间上的不同组合,不仅需要测量它们的电压或时间,还要根据图形中的分量来具体区分。如一个行扫描周期的视频信号,其中还包括同步信号、色度信号等。
波形幅值的测试是示波器最基本的,也是经常的操作。有些时候只需要测量幅值,操作过程相对可以简化,测试时先根据待测信号的可能幅度初步确定垂直衰减,并将垂直微调置于校准,实际显示的波形以占据坐标的70%左右为宜(过小则分辨率降低,过大则由于显示屏的非线性会增大误差)。根据待测信号选择垂直输入方式,如果是交流信号,采用 AC;如果是直流信号,采用 DC。在不需要准确读出时间时,扫描时间等的设置可以随意一些,只要能够显示一个周期以上的波形,即使没有稳定同步,都是可以读出幅值的。
图2-10 波形测试方法
3)信号周期、时间间隔和频率的测试
大多数交流信号都是周期性变化的,如我国的市电,变化(一个周期)的时间为20ms,电视机的场扫描信号一个周期也是20ms,行扫描信号的周期为64μs,当把这些信号用示波器显示出来之后,依据扫描速度开关(t/DIV)对应的标称值和波形在屏幕上占据的水平格数,就能读出这个信号的周期。周期和频率互为倒数关系,即 f=1/T。因此,周期与频率之间是可以相互转换的。图2-10(b)所示为时间间隔测试。
3.双踪波形信号相位比较
在实际应用中,有时需要比较两个信号相位,此时需用 CH1、CH2同时输入信号,通过图2-10(c)所示即可知道两信号的相位差值。