双踪示波器的电路设计(三)—水平放大电路的设计

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致 谢

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大学四年的学习以今天的毕业论文画了一个句号。感谢在大学四年里各位老师对我的教诲，感谢南京理工大学泰州科技学院，让大家有缘能在生命中重要的四年出现在彼此的生活中。

很幸运，在我大学的最后一次作业的完成中，能得到汤金生教授的指导与帮助，有了一次宝贵的机会跟汤教授接触。汤教授严谨治学的态度，在我的心里留下深刻的影响，在以后的日子里，我要学习汤教授的求实精神。在这里，真诚的向汤教授说一句：汤教授，感谢您，祝您一切都好。

在此，同时感谢我的父母，对我的支持，没有他们的支持，我走不到今天。感谢与我共同走过大学的朋友们、同学们，每个在我脆弱、困难的时候，扶过我一把的你，我都记得。感谢上天，感谢命运，能有机会在彼此的生命中出现，并共同走过一个春天。

感谢所有帮助过我的老师、同学、朋友，感谢你们，希望你们在以后的日子里，开心、快乐，希望你们过得美好！

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参 考 文 献

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12345678第 48 页 共 49 页 +220VR2511.5KDR510K+12V+12V-12VDC2430.5pFR262100KV247R247C2482200pF-12VR2747.5KR9720KC2450.01uF100KR2411002SA1381V2460.5W 6.8VR252100V2439018TO V1(10) 本科毕业设计说明书（论文） FROM 2R171V2712SA733R994.7KR37410KJC1R3731KR9824KR1002KV932SA733V2482SC3503V959018V97C2420.1uFR243150KIN4148R1041.5KR107510C2500.01uFR127300R251100R253100R2731.5KR245300R249620R2501.5KR2723K+12VR9510K+12VR962KV929013R9210KR935.1K+12VFROM 1S3V91IN4148FROM 1V65(C)R1253KR916.2KR10118KC920.01uF+12VR12610K-12V+12V-12V-12VR1051.5KV98C910.01uFR1024.7KR1032KR106100R108510R224150KIN4148V224IN4148C2410.1uF+12V+12VC2510.01uF-12V+220VCC+12VV225IN4148+220VC2470.01uFR2566.2KR246750R2551.5KV962SA733V942SA733V241IN4148R242100V2422SA733R257200KR254100附录A 水平放大电路原理图 C2460.01uFR263100KV2492SC1381R10910KV99+12V9013V1009013R248100KC2492200PR258100TO V1(11)BR9418KV250R1111KR1102.2KR1121KC2440.5pF2SC3503BR260100R2591.5K+12VV101IN4004-12V-12V×10+12V×1 AATitleSizeNumberRevisionA3Date:File:123456Sheet of 13-Apr-2011.ddb:器y波示n \\B图器raw波D\\示计设业\\毕习C:\\Users\\XRS\\Desktop\\学78第 49 页 共 49 页

12345+5VC111 本科毕业设计说明书（论文）

47uFDR1515.1KR15212KR15010K+5V+5V4+5V3CV1279013V1289013R37110KV1292SA733Q574LS742D1Q6附录B 校准信号源电路原理图 R3721KR14830KC1100.022uFR14933K+5VR153510×1-12V-12VR1545101KHZ 2VC112470pFC

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1 绪论

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现代科技的发展离不开各种仪器仪表的帮助，示波器便是一种功能强大用途广泛的仪器。示波器是用来显示、测量被观察信号的波形与参数，并能够记录、存储、处理待研究变化过程中信息的多用途电子显示仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器可以利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线[1]。

本论文对示波器的特性和功能做了简要的论述,在比较数字示波器与模拟示波器的X通道放大器工作原理和组成方案的基础上，论述和设计了20M双踪示波器的水平电路和校准电路组成方案。对电路设计过程中器件参数的选择作了详细的分析，对设计过程中遇到的问题提出了解决方案。

1.1 示波器的功能作用

电子示波器不但可以观察电信号的波形，而且还可以测量频率、周期、幅度、相位、功率等多种电参量。近代示波器对微微级的快速脉冲和变化极其缓慢的信号都可作定性和定量分析。此外，通过换能器还可以测量压力、速度、温度、声、光等非电量。随着生产和科学技术的迅速发展，电子示波器的性能日趋提高，品种日益增多，结构更加完善，已广泛地应用到物理学、化学、生物学、数学、医学等各种学科领域和电子工程、钢铁冶炼、仪器仪表、计算技术、雷达导航、自动控制、宇宙飞行等各种工程技术之中了[2]。

1.2 示波器的主要分类

示波器的分类繁多。依据示波器的工作原理，可将测量示波器分为两大类。 第一类是电子示波器。这是用阴极射线管(CRT—Cathode Ray Tube)显示波形和符号的示波器，即阴极射线示波器(CRO—Cathode Ray Oscilloscope)，或叫电子测量示波器，简称示波器[1]。

第二类是电磁示波器。它采用磁电式振动子由光线将波形显示在毛玻璃屏幕上或记录在对紫外线感光的专用记录纸上。电磁示波器也叫做磁电式示波器，俗称振子示波器或光线示波据。

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通常，又将电子示波器划分为五种类型。 （1）通用示波器

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它采用单枪示波管作为显示器，是能定性、定量地观测信号的示波器。 （2）多束与多踪示波器

采用多枪或多束示波管显示波形的示波器叫做多束或多线示波器；采用单枪单束示波管经变换进行多踪或多迹显示波形的示波器叫做多踪或多迹示波器。这类示该器能同时定性、定量的观测与比较两个以上信号的波形。多束(多线)、多踪(多迹)示波器的型号国内用汉语拼音字母“SR”表示。例如SR6型双线示波器、SR2型四踪示波器、SR13型双踪双时基示波器[2]。

（3）取样示波器

这是一类依据取样原理，对高频信号取样变换成低频信号，然后用普通示波管显示波形的示波器。取样示波器的型号用汉语拼音字母“SQ”表示，例如的SQ12型、SQl3型及SQ22型取样示波器等。

（4）记忆示波器

这是一种采用记忆示波管、具有存储信号功能的示波器。记忆示波器的型号用汉语拼音字母“SJ”表示。例如国产SJ—1型记忆示波器即是能模拟存储信号的示波器。

（5）特种示波器

指不属于以上四种类型，能满足特殊或专门用途或具有待殊装置、特别功能的示波器。我国用汉语拼音字母“SZ”表示特种示波器的型号，如SZ6型电视示波器、SZ5型矢量电平示波器、SZ4型X—Y示波器等。近年来问世的数字存储示波器、数据处理示波器、逻辑分析仪以及其他新型专用示波器也被归类为特种示波器。

按照电子示波器采集测量数据和显示波形的原理和特点，现代电子示波器还可分为模拟示波器、数字示波器(包括数字存储示波器和具有CRT数字读出功能的示波器)与模拟/数字混合型示波器三大类。其中，数字示波器可以分为数字存储示波器( DSO)、数字荧光示波器( DPO)和采样示波器。

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2 总体方案论证

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通用示波器品种繁多，电路各异。但主要由四个部分组成：垂直系统(主要是垂直放大)、水平系统(主要是扫描和水平放大) 、显示电路和低、高压电源。示波器电路基本结构方框图如图2.l所示。

被测信号由Y轴输入端送至垂直系统，经内部Y轴放大电路放大后加至示波管的垂直偏转板，控制光点在荧光屏垂直方向上移动。水平系统中扫描信号发生器产生锯齿波电压（亦称时基信号），经放大后加至示波管的水平偏转板，控制光点在荧光屏水平方向上匀速运动。示波管用来显示被测信号的波形。加至示波管垂直偏转板上被测电压使光点垂直运动，加至水平偏转板上的锯齿波电压使光点沿水平方向匀速运动，二者合成，光点便在荧光屏上描绘出被测电压随时间变化的规律，即是被测电压波形[2]。

Y轴输入 示波管 输入 电路 内 Y前置放大器 延迟 线 Y后置放大器 外触发输入 外X输入 输出 校准信号发生器 外Z轴输入 外 触发整形电路 扫描发生器 水平放大电路 低压电源 高压和显示电路 Z轴电路 至各电路

图2.1 示波器电路基本结构方框图

2.1 示波器的基本构成电路及作用

2.1.1 示波器的基本构成

示波器主要由示波管、Y轴偏转系统、X轴偏转系统、控制电路、电源﹑校准信

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号源组成。各部分电路介绍如下：

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示波管：示波管是示波器的核心部分，它的功能是把电信号转变为光信号。示波管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成[3]。

电子枪包括灯丝F、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2和第三阳极A3等。其中灯丝用来加热圆筒形阴极，使阴极发射电子。电子在控制栅极G（中间有一小圆孔的圆筒形）和第一阳极A1所形成的电场作用下沿轴向运动，形成电子束。偏转系统包括一对Y偏转板和一对X偏转板，每对偏转板的两板相互平行，两对偏转板之间相互垂直。Y偏转板控制电子束沿Y轴方向上下运动，X偏转板控制电子束沿X轴方向左右移动。荧光屏的内表面涂有荧光物质，荧光物质在高速电子的轰击下发光，形成光点。特别值得指出，在使用示波器时，不能让光点长时间停留在一点上，以免烧坏该点的荧光物质，以后在该点上留下不能发光的暗点。同样道理，也不能使光点或扫描线过亮[4]。

Y轴偏转系统(垂直偏转电路)：Y轴偏转系统即Y轴通道、Y信道，或称垂直通道电路。它是输入被测信号的主要通道。由了被测电压信号往往很小，须经放大后才能送到示波管的Y轴偏转板—垂直偏转板，所以要设置Y轴放大器，Y轴放大电路由前置放大器和输出放大器构成，为了能观测较大的信号，Y轴输入电路还接有衰减器，为达到扩展频带和观测快速单次瞬变现象，示波器的Y轴电路还具有触发信号放大器和延迟网络。

X轴偏转系统(水平偏转电路)：X轴偏转系统即X轴通道、X信道，也称时基单元或水平通道电路。它主要由扫描发生器和水平放大器组成。扫描发生器通常是锯齿波振荡器。该振荡器所产生的锯齿波电压经X轴放大器放大后，送至水平偏转板，使电子束在荧光屏上形成与时间成正比的水平位移，即形成为时间基线。这样可将随时间变化的被测信号的波形展现在荧光屏上。为了使波形稳定，扫描锯齿波的频率必须与被测信号的频率成线性关系，因而水平电路系统要有触发和同步电路。此外，还设置有增辉和消隐电路，用于提高显示波形的亮度并抹去电子束在荧光屏上的回扫痕迹。

控制电路：通用示波器的控制电路可由逻辑电路设计组成。现代示波器的控制电路由微处理器和相应的外部芯片完成逻辑控制功能。当然,这部分电路可采用包括RAM和ROM的微控制器(单片机)芯片来构成[4]。

控制电路的重要功能是控制示波器(主要是数字示波器、智能示波器)的测量工停

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采集、处理、显示、传输、优化等控制功能。

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流程，接收键盘和其他输入信号，完成自检、测量、运算、存储、判断和有关的信息

电源：示波器的电源供给示波管的高压、偏压、灯丝电压以及放大器、扫描发生器等各部分线路的供电电压。电源电路包括电源变压器，整流、滤波、稳压电路和电源变换器等。

校准信号源：为在测量前校准示波器的偏转因数和时基，以求获得较准确的定量测量结果，在电子示波器内设置有校准信号。该校准信号具有确定的幅度和频率。通常是矩形波或方波，便于探极(探头)的校准，也可以是正弦波，从示波器面板上的专门输出端引出。

2.1.2 示波器基本电路的功能

如图2.1所示，各电路的功能如下。

低压电源：给仪器各电路提供各档稳定的直流电压。

高压和显示电路：提供示波管正、负直流高压以及辉度、聚焦和辅助聚焦调节等直流控制电压。

Z轴电路：输出扫描增辉脉冲的放大信号，使屏幕上扫描正程期间显示的波形加亮，以便清晰地显示测量的波形。也可用外Z轴输入调制显示波形变暗。

校准信号电路：它是机内的校准信号源。用来产生一个准确幅度和频率的信号(通常是对称方校)，对Y灵敏度、扫描时间因数或探极进行校正。

输入电路：该电路具有信号输入交、直流耦合开关、高阻输入衰减器、阻抗转换器等电路，还具有灵敏度粗调、直流平衡等控制作用。

Y前置放大器：将Y输入信号进行适当放大，单端输入信号转换成推挽输出信号，并从中取出内触发信号的电路。具有灵敏度微调和校正，Y轴位移等控制作用。

延迟线：给Y轴输入信号有一定的延迟时间，并使该延迟时间大于水平扫描引入的延迟时间，使于在屏幕上完整地观察和测量所显示脉冲波形参数(如：前沿、上冲?)。

后置放大器：格前级推挽信号放大到足够幅度，用以驱动示波管的垂直偏转板，使光点在屏幕垂直方向按信号幅度移动。

Y轴电子开关：用来控制垂直系统各前置放大器(如Y1、Y2等)的工作状态，使被测信号导通或断开。这样，采用单枪示波管可同时显示两个或多个信号波形的功能。

内触发放大器：将弱的内触发信号适当放大(并提供相应的直流电平)，以满足触发整形电路输入灵敏度的要求[5]。

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图5.12 三极管V99的集电极波形

三极管V100的集电极波形如图5.13所示。它的周期为3mS，峰峰值为38mV。

图5.13 三极管V100的集电极波形

5.2 示波器的常见故障检修

检修示波器一般按以下步骤进行：

（1）了解故障情况，特别是了解该示波器是否曾进行过修理。对修理过的部位和更换的元器件，要更仔细的进行检查。

（2）打开箱板进行直观检查(关机)。观察插件、部件、印刷电路板有无脱落或松动，有无断线、脱焊、插座接触是否良好，并清除机内的积灰。

（3）检查电源的初级电路对机壳有无短路现象，以保证修理安全。

（4）开启电源，调节示波器的面板旋钮，观察屏幕显示现象，判断故障部位。对怀疑的部位或关键部位进行电压或波形的测量，发现故障应立即排除，使示波器各旋钮功能基本正常。

（5）输入本机校准信号，对机内可调元件进行调整，如X、Y放大器的平衡，触发。放大器的直流电平，触发整形电路的偏置状态，扫描长度等进行调整，使各电路工作处于最佳状态[16]。

5.2.1 水平偏转系统常见故障的分析与检修

为了在示波管屏幕上显示所要观测的信号波形，在水平偏转板上加上一个沿水平方向均匀展开的电压，称为锯齿波扫描电压。这一电压给Z轴放大器提供控制亮度的脉冲信号。若水平偏转系统发生故障，会出现没有扫描线、信号频率显示不准、波形

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显示亮度不足等故障。

（1）没有扫描线

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水平偏转系统完成锯齿波扫描电压的产生且决定扫描线的水平位置。若水平偏转板上所加电压过高或过低，不再使扫描线位于显示屏的电压范围内，将出现显示屏上看不到扫描线的现象。此时，其中的触发扫描电路、X轴放大器及相关电路都有可能发生了故障。水平偏转系统中常见故障部位如下：

（a）水平位置调节电位器被调到一边，使扫描线位于显示屏外。 （b）水平放大器平衡电位器损坏，使扫描线始终位于显示屏外。 （c） 差分输出的水平输出放大器损坏等。 (2)信号频率显示不准

通常通过恒定电流对定时电容充电获得线性上升电压、定时电容，又通过相关电路放电在电容两端，于是产生了锯齿波电压。当恒流源电路发生故障或定时电容值发生变化，自然信号频率也就发生变化。

(3)波形显示亮度不足等故障现象

示波管栅极电位通常比阴极电位低(60～70) V，由于阴极发射电子受栅极负压制, 到达荧光屏的电子甚少。X轴通过产生扫描电压的同时也产生一个增辉信号。增辉信号经Z通道送到示波管栅极上，使栅极电位提高30V左右，阴极电子射到荧光屏上，形成较亮的扫描线。如果无增辉脉冲或脉冲幅度不够，则会产生无扫描线或扫描线亮度不足等现象。

5.2.2 垂直偏转系统常见故障的分析与检修

垂直偏转系统是输入信号至示波管垂直偏转板之间的通道。若这部分电路发生故障，会引起示波管没有扫描线、输入信号不能显示或失真显示等。

（1）没有扫描线

垂直偏转系统扫描线垂直位置是由垂直偏转系统的输出电压，即垂直偏转板上所加电压决定的。若垂直偏转板上所加电压过高或过低，不在使扫描线位于显示屏内的电压范围内，将出现显示屏上看不到扫描线的现象。此时，可检查下列部位:

（a）垂直平衡电位器是否正常，调节范围是否合适，若不正常就会造成扫描线位于显示屏外。

（b）垂直位移电位器是否正常，若是双连电位器，则是否有一连损坏使扫描线始终位于显示屏外。

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（c）差分输出的垂直前置放大器及垂直输出放大器损坏等。 （2）输入信号不能显示或失真显示

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垂直偏转系统是输入信号的通道，输入信号经过衰减、放大等加到垂直偏板上, 而垂直偏转系统发生故障通常会影响输入信号的显示幅度。此时，垂直偏转系统中可能存在以下故障：

（a）输入信号至示波管垂直偏转板之间的通道有断路、短路故障。 （b）（V/div）增益开关接触不良。 （c）增益开关网络中分压电阻损坏。

（d）频率补偿电容值发生变化或失效，引起波形欠冲或过冲等。 5.2.3 电源及示波管电路常见故障的分析与检修

通常，示波器出现没有显示的故障，首先应考虑电源电路部分。由于电源电路是为示波器提供各种电压的，电源部分发生故障可产生没有扫描线、亮度不足、聚焦不良等故障。

线性电源由变压器、整流、滤波、稳压等电路组成，稳压电路通常由集成稳压电路即稳压块构成，线性电路故障检修较容易，只要依次测量变压器、整流滤波、稳压等电路的输出，结合测量整流二极管的正反向电阻等，即可确定具体故障器件。

示波器高压通常采用开关电源电路，判断开关电源故障首先检查开关振荡电路是否起振。若没有起振或振荡幅度不够，则应检查开关振荡电路，找出故障元器件。如开关振荡电路无故障，则检查高频高压变压器的各路输出，找出故障点。

示波管电路由示波管各极、垂直与水平偏转线圈及荧光屏构成。示波管工作所需阳极、阴极、栅极高压及灯丝电压必须符合一定数值，而且波纹很小，有一定数量的电子才能很集中地到达荧光屏，形成较高的扫描线。当电源跌落或不稳定时，势必造成没有电子或只有很少电子到达荧光屏，造成到达荧光屏的电子不集中，表现为没有扫描线、亮度不足、聚焦不良等故障[17]。

示波管内部故障也能使电子改变路径不发射电子。若示波管荧光屏老化时,即使有电子射到荧光屏上，也会产生亮度不足、荧光屏发灰、聚焦不良等故障。

常见故障位置有：

（1）亮度电位器、聚焦电位器接触不良或损坏； （2）开关管损坏；

（3）电源中滤波电容变质；

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（4）灯丝供电绕组对地绝缘性能降低； （5）示波管老化。

5.2.4 控制电路常见故障的分析与检修

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控制电路包括前面板上的控制按键，如通道选择切换电路及A、B扫描选择切换电路等。

由于在实际工作中需要频繁切换控制键，示波器中控制电路的故障率也是很高的。控制电路发生故障主要会引起波形显示不稳、扫描线成亮点等。控制按键失灵，可查控制按键及其相关电路。

（1）波形显示不稳

这种现象往往因通道选择切换键接触不良所致。由于通道选择切换键接触不良，扫描通道无法从输入信号获得同步触发信号,扫描线不能与输入信号同步，因而波形显示不稳。

（2）扫描线成亮点

这种现象往往因A、B扫描选择切换键接触不良所致。由于扫描选择切换键接触不良，扫描发生器无法获得扫描触发脉冲，也就不会产生扫描线，因此，扫描线形成亮点。

5.2.5 校准信号源常见故障的分析与检修

通常示波器主机设有方波信号发生器,它只用于示波器的功能检查，而不校准示波器。该部分电路发生故障会引起校准无信号输出。原因一般是多谐振荡器损坏或电容变质，更换损坏变质器件即可排除故障。

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结束语

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这一次为期三个半月的毕业设计过程中，学到了很多东西。在开始设计的初期，对于Protel99SE这一软件比较生疏。通过翻阅课本，复习以前上课所学。现在对于该软件的使用已经很熟练。在电路分析的过程中，涉及模电的知识很多，通过查看课本翻阅笔记，重新熟悉了各种基本电路，在整个毕业设计的过程中电路的分析能力有了一个很大的升华。

在示波器装配完成之后，就进入了电路调试部分。但是却发现荧光屏上没有扫描线，经过检查之后发现，原来水平位置调节电位器被调到一边, 使扫描线位于显示屏外。调节水平位置调节电位器，荧光屏上便有扫描线了。

经历了三个半月以后，我们的示波器终于可以成功使用。但同时我们也有很多的部分需要改进。比如，水平放大电路部分可以使用垂直放大电路部分的放大电路做为水平放大电路的预放大器，这样可以简化电路，节约成本。另外，可以充分引入数字电路中的集成电路，来起到简化电路的目的。

毕业设计是我大学四年的总结作业，、本科阶段所学的知识得到了充分的使用。它对我的知识起到了一个巩固提升的过程，使我受益匪浅。

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极管符号的含义。符号的第一部分“3”表示三极管,符号的第二部分表示器件的材料和结构。A—PNP型锗材料；B—NPN型锗材料；C—PNP型硅材料；D—NPN型硅材料。符号的第三部分表示功能：U—光电管；K—开关管；X—低频小功率管；G—高频小功率管；D—低频大功率管；A—高频大功率管。另外，3DJ型为场效应管，BT开头的表示半导体特殊元件。

选用的晶体管的参数应尽量满足下述条件：

（1）特征频率要高，一般高频三极管可满足此参数要求。特征频率一般比电路的工作频率高3倍以上。

（2）电流放大系数一般为40 至80；电流放大系数过高也不好，容易引起自激。 （3）集电极结电容要小，以提高频率高端的灵敏度。 （4）高频噪声系数应尽可能小些，以使灵敏度相对提高。 （5）集电极反向电流要小，一般应小于10uA。

（6）选用开关管就要求有较快的开关速度和较好的开关特性，特征频率要高，反向电流要小，发射极和集电极的饱和压降较低等。

（7）选用光敏三极管时，除了选择最高工作电压、集电极最大电流、最大允许耗散功率等参数外，还要注意暗电流和光电流以及光谱响应范围等特殊参数。

（8）选用高频低噪声三极管时，其技术参数有很多项，其主要特性参数有正向增益自动控制、噪声系数、特征频率等。 4.2.4 二极管的选用

半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。与PN结不可分割的点接触型和肖特基型，也被列入一般的二极管的范围内。包括这两种型号在内，根据PN结构造面的特点，把晶体二极管分类如下：

（1）点接触型二极管

点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后，再通过电流法而形成的。因此，其PN结的静电容量小，适用于高频电路。但是，与面结型相比较，点接触型二极管正向特性和反向特性都差，因此，不能使用于大电流和整流。因为构造简单，所以价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言，它是应用范围较广的类型。

（2）键型二极管

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键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。与点接触型相比较，虽然键型二极管的PN结电容量稍有增加，但正向特性特别优良。多作开关用，有时也被应用于检波和电源整流（不大于50mA）。在键型二极管中，熔接金丝的二极管有时被称金键型，熔接银丝的二极管有时被称为银键型。

（3）合金型二极管

在N型锗或硅的单晶片上，通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。正向电压降小，适于大电流整流。因其PN结反向时静电容量大，所以不适于高频检波和高频整流。

（4）扩散型二极管

在高温的P型杂质气体中，加热N型锗或硅的单晶片，使单晶片表面的一部变成P型，以此法PN结。因PN结正向电压降小，适用于大电流整流。最近，使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。

（5）台面型二极管

PN结的制作方法虽然与扩散型相同，但是，只保留PN结及其必要的部分，把不必要的部分用药品腐蚀掉。其剩余的部分便呈现出台面形，因而得名。初期生产的台面型，是对半导体材料使用扩散法而制成的。因此，又把这种台面型称为扩散台面型。对于这一类型来说，似乎大电流整流用的产品型号很少，而小电流开关用的产品型号却很多。

（6）平面型二极管

在半导体单晶片（主要地是N型硅单晶片）上，扩散P型杂质，利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用，在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因此，不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。由于半导体表面被制作得平整，故而得名。并且，PN结合的表面，因被氧化膜覆盖，所以公认为是稳定性好和寿命长的类型。最初，对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的，故又把平面型称为外延平面型。对平面型二极管而言，似乎使用于大电流整流用的型号很少，而作小电流开关用的型号则很多。

（7）合金扩散型二极管

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它是合金型的一种。合金材料是容易被扩散的材料。把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质，就能与合金一起过扩散，以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。此法适用于制造高灵敏度的变容二极管。

（8）外延型二极管

用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。制造时需要非常高超的技术。因能随意地控制杂质的不同浓度的分布，故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。

（9）肖特基二极管

基本原理是：在金属（例如铅）和半导体（N型硅片）的接触面上，用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是：开关速度非常快,反向恢复时间t特别地短。因此，能制作开关二极和低压大电流整流二极管。

各种二极管的选用方法： （1）检波二极管的选用

检波二极管在电子电路中用来把调制在高频电磁波上的低频信号（如音频信号）检出来。一般高频检波电路选用锗点接触型检波二极管。它的结电容小，反向电流小，工作频率高。选用检波二极管时，要选择工作频率满足要求，结电容小，反向电流小的二极管均可，但主要考虑的是工作频率。按频率的要求选用，2AP1型～2AP8型（包括2AP8A、2AP8B型）适用于150MHz以下；2AP9、2AP10型适用于100MHz以下；2AP31A型适用于400MHz以下；2AP32型适用于2000MHz以下等。晶体管收音机的检波电路可选用2AP9、2AP10型管，它的工作频率可达100MHz、结电容小于1pF，适合作小信号检波。

检波二极管有正负极性区分，一般在二极管的壳体上印有二极管符号，表示检波二极管引线的正极和负极。标志不清的可以看二极管外形，端头较小且有一圈凹痕的一端，装有晶片、一是负极。也可以用指针式万用表的R×1k档测量检波二极管的直流电阻。当欧姆表指示为数百欧时，是二极管的正向电阻，这时万用表的黑表笔接触的一端就是二极管的正极；如果测量的检波二极管的电阻很大（在数百千欧以上），则是二极管的反向电阻，万用表的黑表笔接触的一端是二极管的负极。检波二极管的正向电阻在200Ω～900Ω较好；而它的反向电阻则是越大越好。

（2）稳压二极管的选用

稳压二极管是工作在反向击穿状态下的，使管子两端电压基本不变的一种特殊二

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极管。选用稳压管时，要根据具体电子电路来考虑，简单的并联稳压电源，输出电压就是稳压管的稳定电压。晶体管收音机的稳压电源可选用2CW54型的稳压管，其稳定电压达6.5V即可。

稳压管的稳压值离散性很大，即使同一厂家同一型号产品其稳定电压值也不完全一样，这一点在选用时应加注意。对要求较高的电路选用前对稳压值应进行检测。

使用稳压管时应注意，二极管的反向电流不能无限增大，否则会导致二极管的过热损坏。因此，稳压管在电路中一般需串联限流电阻。在选用稳压管时，如需要稳压值较大的管子，维修现场又没有，可用几只稳压值低的管子串联使用；当需要稳压值较低的管子时而又买不到，可以用普通硅二极管正向导通代替稳压管用。比如用两只2CZ82A硅二极管串联，可当作一个1.4V的稳压管使用；但稳压管一般不得并联使用。

目前国产稳压管还有三个电极的，如2DW7型稳压管。这种稳压管是将两个稳压二极管相互对称地封装在一起，使两个稳压管的温度系数相互抵消，提高了管子的稳定性。这种三个电极的稳压管的外形很像晶体三极管，选用的时候要加以区别。

（3）整流二极管的选用

在整流电路中，要选用整流二极管。选用前要先了解整流电路的输入电压、输出电流。整流电路的形式及各项参数值等。然后根据电路的具体要求选用合适的整流二极管。在串联型电源电路中可选用一般的整流二极管。只要有足够大的整流电流和反向工作电压就可以选用。在低压整流电路中，所选用的整流二极管的正向电压应尽量小。在选用彩色电视机行扫描电路中整流二极管时，除了考虑最高反向电压、最大整流电流、最大功耗等参数外，还要重点考虑二极管的开关时间，不能用普通整流二极管。一般可选用FR－200、FR－206以及FR300－307系列整流管，它们的开关时间小于0.85uS。

（4）变容二极管的选用

变容二极管是专门作为“压控可变电容器”的特殊二极管，它有很宽的容量变化范围，很高的Q值。变容二极管的导电特性与检波二极管相似，但结构却不同。变容二极管为获得较大的结电容和较宽的可变范围，多用面接触型和台面型结构。

选用变容二极管时，要注意结电容和电容变化范围。使用变容二极管时，要避免变容二极管的直流控制电压与振荡电路直流供电系统之间的相互影响；通常采用电感或大电阻来作两者的隔离。另外，变容二极管的工作点要选择合适，即直流反偏压要选适当。一般要选用相对容量变化大的反向偏压小的变容二极管。

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（5）开关二极管的选用

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开关二极管是利用PN结的单向导电性，在电路中对电流进行控制，来实现对电路开和关的控制。开关二极管常用于开关电路、限幅电路、检波电路等。开关二极管多以玻璃和陶瓷封装，硅开关二极管的开关时间比锗开关管短，只有几个nS。

（6）发光二极管的选用

发光二极管和普通二极管一样是由一个N结组成的，它具有单向导电的特性。可见发光二极管有砷化铝（GaAs）、磷化镓（GaP）和磷砷化镓（GaAsP）发光二极管，因它们耗电低，可直接用集成电路或双极型电路推动发光，可选用作为家用电器和其他电子设备的通断指示或数指显示。如果我们把发光二极管（GaP/GaAsP）的管芯制成条状，用7个条形发光二极管组成七段式数码管和符号管，可选用作为数字化仪表、计算机和其他电子设备的数字显示。它具有体积小、工作电压低，亮度高、寿命长、视角大的特点。

选用发光二极管时，可先用万用表的R×1k档（最好用通断器串一个100Ω电阻来测）测其正反向电阻和发光管发光情况。发光二极管的正向电阻一般应小于50Ω～80Ω；反向电阻应大于400kΩ。在测正向电阻时，发光二极管本身应发光，如果测正、反向电阻时（两次测试）发光二极管都不亮，说明该二极管已损坏，不能选用；如果测得正、反向电阻均为零，说明发光管内部击穿短路；如果正、反向电阻均为无穷大，说明发光二极管内部开路、另外，还可用两只同型号的万用表，把两表的一只红表笔和一只黑表笔串联起来使用（以提供较高的正向电压），将万用表均拨到R×10档，测量发光管能否正常发光。

使用发光二极管时，第一，要注意判别正负极性。对全塑封的发光管电极引线较长的是正极，较短的是负极；对有金属管座的发光管（上面罩一光学透镜）。管侧有一突起，靠近突起的是正极。第二，使用调整发光二极管工作点时，不要只注意其电压值，主要使它的工作电流不能超过规定值。第三，大功率的砷化镓发光二极管因工作电流较大。管子易发热，使用时注意加散热片。第四，发光二极管的管帽大多用透明树脂封装，使用时不要沾上污物，不要磨损划伤。

红外发光二极管可选用作光电控制电路的光源；另外还可把小功率的红外发光管和硅光电二极管组装在一起，制成光电开关器件，在自动控制电路中做隔离式开关用。

使用变色和三色发光二极管时，第一要注意管脚排列，并要串接限流电阻，确保发光管通过规定电流。第二，焊接时，要注意散热，焊接时间不要过长。第三，注意

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保护管壳、管帽光洁，确保透光性好。第四，变色发光二极管的使用环境温度在+85℃以下，温度越低管子的发光亮度越高，在低温时，发光性能非常好。第五，使用时，注意管脚的正、负极，如将管子接反了，发光管就不能发光。 4.2.5 电位器的选用

随着电子应用技术的不断发展，电位器的种类十分繁多，且各有特点。按电位器电阻体材料分类，可分为薄膜型电位器、合成型电位器及合金型电位器。电位器按结构特点来分类，又可分为单联、多联电位器，带开关电位器，锁紧型及非锁紧型电位器等。

电位器按调节方式分类，可分为宣滑式电位器和旋转式电位器等。

电位器按用途来分类，可分为普通型、精密型、微调型、功率型及专用型等类测。 电位器按接触方式分类，又可分为接触式电位器和非接触式电位器两大类。 选用电位器时，不仅就根据使用要求来选择不同类型和不同结构形式的电位器，同时还应满足电子设备对电位器的性能及主要参数的要求，所以选择电位器应从多方面考虑才行。选用电位器的基本方法有以下几点：

（1）根据使用要求选择电位器的类型

在一般要求不高的电路中，或使用环境较好的场合，应首先选用合成碳膜电位器。合成碳膜电位器具有分辨率高、阻值范围宽、品种型号齐全，价格便宜的特点，但有耐湿性和稳定件差的缺点，可以广泛应用在室内工作的家用电器设备上。比如半导体收音机用的带开关的音量电位器，可选用合成碳膜电位器；电视机中的电量调节电路可选用直滑式碳膜电位器；其他家用电器中的高负载及微调电位器也可选用合成碳膜电位器。另外合成碳膜电位器的机械寿命长，可以使用在要求耐磨寿命长的电路中。

如果电路需要精密地调节，而且消耗的功率较大．应选用线绕电位器。线绕电位器由于分布参数较大，只适用于低频电路，所以在高频电路中不宜选用线绕电位器。另外，线绕电位器的噪声小，对要求噪声低的电路可选用这类电位器。

金属玻璃釉电位器的阻值范围宽，可靠性高，高频特性好、耐温、耐湿性好，是工作频率较高的电路和精密电子设备首选的电位器类型；另外，金属玻璃釉微调电位器可在小型电子设备中使用。

（2）根据用途选择阻值变化特性

电位器的阻值变化特性，应根据用途来选择。比如，音量控制的电位器应首选指数式电位器，在无指数式电位器的情况下可用直线式电位器代替，但不能选用对数式

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音调控制的电位器应选用对数式电位器。

（3）根据电路的要求选择电位器的参数

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电位器，否则将会使音量词节范围变小：作分压用的电位器应选用直线式电位器；作

电位器的参数主要有标称阻值、额定功率、最高工作电压、线性精度以及机械寿命等，它们是选用电位器的依据。当根据使用要求选择奸电位器的类型后，就要根据电路的要求选择电位器的技术及性能参数。

不同电位器的机械寿命也不相同，一般合成碳膜电位器的机械最长，可高达20万周，而玻璃釉电位器的机械考命仅为100-200周。选用电位器时，应根据电路对耐磨性的不同要求，选用不同机械寿命参数的电位器。

（4）注意对结构的要求

选用电位器时，要注意电位器尺寸的大小、轴柄的长短及轴端式样，以及轴上位置是否需要锁紧开关、单联还是多联、单圈还是多圈等，对结构上的具体要求。

对于需要经常调节的电位器，应选择轴端铣成平面的电位器，以便安装旋钮。对于不需要经常调节的电位器，可选择轴端有沟槽的电位器，以便用螺丝刀调整后不再转动，以保持工作状态的相对稳定性。对于要求准确并一经调好后不再变动的电位器，应选择带锁紧装置的电位器。

带开关的电位器，开关部分用于电路电源的通断控制，而电位器部分用于对电量的调节。带开关电位器的开关形式有单刀单掷、单刀双掷和双刀双掷等，选择时应根据需要来确定。带开关的电位器分推拉式开关电位器和旋转式开关电位器两种。推拉式开关电位器在开关动作时，其动触点不参加动作，这样做的好处是：一来对电阻体没有磨损、二来也不会改变已装好的电位器的位置；旋转式电位器的开关每动作一次，动触点就要在电阻体上滑行一次。因此磨损大，会影响电位器的使用寿命。

单联电位器用于对单电量的调节。在精密电子设备、自动控制装置及计算机伺服控制等电路中，应全用多圈电位器。

在设计电子设备时，为了美化整机面板的布置或节省电位器在面板上所占的面积，一般应选用直滑式电位器。

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5 电路的调试与故障维修

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本章给出了调试过程中部分点的波形，对电路的部分故障检修进行了介绍。

5.1 示波器电路的波形

用另外一台示波器测量所设计的示波器电路部分点波形如下：

校准信号电路部分的74LS74（3脚）波形如图5.1所示。它的波形为方波，周期为0.5mS，峰峰值为5V。

图5.1 74LS74（3脚）波形

校准信号电路部分的74LS74（5脚）波形如图5.2所示。它的波形为方波，周期为1mS，峰峰值为5V。

图5.2 74LS74（5脚）波形

校准信号电路部分三极管V129集电极波形如图5.3所示。它的波形为方波，周期为1mS，峰峰值为0.7V。

图5.3 三极管V129集电极波形

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用示波器测量水平放大电路，部分点的波形如下所示。

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三极管V271的基极波形如图5.4所示。它的波形为方波，周期为1mS，峰峰值为0.3V。

图5.4 三极管V271的基极波形

三极管V93基极的波形如图5.5所示。它的波形为锯齿波，周期为3mS，峰峰值为3.8V。

图5.5 三极管V93基极的波形

电阻R95接入开关电路JC1的点波形为锯齿波，如图5.6所示。它的周期为3mS，峰峰值为32mV。

图5.6 电阻R95接入开关电路JC1的点波形

电阻R91接入开关电路JC1的点波形为锯齿波，如图5.7所示。它的周期为3mS，峰峰值为40mV。

图5.7 电阻R91接入开关电路JC1的点波形

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三极管V92集电极的波形如图5.8所示。它的周期为30uS，峰峰值为4mV。

图5.8 三极管V92集电极的波形

二极管V91与电阻R93节点波形如图5.9所示。它的周期为30uS，峰峰值为5mV。

图5.9 二极管V91与电阻R93节点波形

三极管V93的集电极波形如图5.10所示。它的波形为锯齿波，周期为2.8mS，峰峰值为32mV。

图5.10 三极管V93的集电极波形

三极管V95的集电极波形如图5.11所示。它的波形为锯齿波，周期为3mS，峰峰值为3.6V。

图5.11 三极管V95的集电极波形

三极管V99的集电极波形如图5.12所示。它的波形为锯齿波，周期为3mS，峰峰值为2V。

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