2022年示波器课程设计说明书 .pdf
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1、目录1 前言 (绪论 ) .12.总体方案设计 .22.1 总体框图 . 22.2 方案论证和选择: . 33.各单元模块设计及模块设计.43.1 各单元模块功能介绍 . 43.1.1 触发脉冲整形电路 . 43.1.2 触发方式控制电路 . 63.1.3 锯齿波产生电路 . 83.2 电路参数的计算及元器件的选择 . 93.2.1计算部分 . 93.2.2 元器件选择 . 93.3 特殊器件的介绍 . 93.3.1可重复触发的单稳触发器CC4098 . 93.3.2 555 定时器 . 103.3.3 电压比较器 LM393 . 123. 4 各单元模块的连接 . 144. 结论 . 165
2、.总结与体会 . 176. 致谢 . 197. 参考文献 . 20附录 1. 21附录 2. 22名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 23 页 - - - - - - - - - 第 1 页西华大学课程设计说明书1 前言 (绪论 ):在近代示波器中的扫描状态中, 有“触发”和“自动”等方式。所谓的触发状态 , 系指示波器只有在被触发时 , 才能在屏幕上出现扫描线。 如果示波器本身不被触发时, 则在屏幕上不出现扫描线。这种扫描方式虽然可以表证出示波器是否被触发,
3、 但是示波器在不扫描的状态下 , 其屏幕上的光迹的位置十分难以寻找, 使用起来极不方便 , 特别是取样示波器 , 这种麻烦就更为突出。为了弥补这种缺欠, 在近代示波器中 , 多半采用自动扫描电路。这种功能是这样的 : 在正常触发状态 , 屏幕上存在扫描线 , 在非触发情况下 , 示波器本身自动给出一条扫描线, 这条扫描线标志着正常扫描线的位置。这样一可以大大地减少使用者寻找光迹的麻烦。这种自动扫描的关键技术要求是: 当触发信号到来时 , 电路自动地从自动状态转到触发状态 , 立即实现触发扫描 , 并在屏幕上看到清晰波形。当去掉触发信号时, 自动地转人自动扫描状态 , 在屏幕上仍然出现一条扫描线
4、。这种自动扫描 , 在取样示波器上实现较为困难。 这是因为取样示波器扫描电路的原理和逻辑关系与宽带示波器大不相同。因此在国内外的取样示波器产品中, 多半都没有自动扫描状态。本文提出一种能在取样示波器上 , 同时也可以适用于一般宽带示波器上的自动。扫描电路是示波器的重要组成部分之一,一般触发扫描电路由触发同步电路和扫描电压发生器;两部分组成。在示波器中,扫描电压发生器产生线性度好、频率稳定和幅度相等的锯齿波电压, 触发同步电路实现锯齿波电压与被测信号的严格同步关系,从而使被测信号能稳定地显示在示波器的荧光屏上。通过对示波器简易触发扫描电路的设计,要求能够全面了解示波器中的出发同步扫描电路的组成与
5、调节方法。本次课程设计的额目的在于, 培养自身正确的设计思想, 理论联系实际的工作作风,和严肃认真实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神锻炼自身发现问题,分析问题,解决问题得到能力。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 23 页 - - - - - - - - - 第 2 页西华大学课程设计说明书2.总体方案设计:2.1 总体框图示波器要能稳定的显示波形,必须满足条件扫描信号是被测信号的整数倍。示波器的触发扫描电路就是用来强制实现这一条件的电路,其组成框图如图2
6、.1 所示图 2.1 触发扫描电路的原理框图触发同步电路锯齿波产生电路T 信矩形波锯齿波V1 V2 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 23 页 - - - - - - - - - 第 3 页西华大学课程设计说明书 2.2 方案论证和选择:简易的触发扫描电路组成框图如图2.2 所示。触发同步电路主要由触发信号的耦合方式开关,触发脉冲整形电路和触发方式控制电路组成。图 2.2 简易的触发扫描同步电路组成框图图中, V1 为触发信号, V0 为输出的锯齿波扫描信号
7、。触发同步电路的作用是将任意波形的触发信号变换为触发脉冲。每当触发脉冲到来时,产生一个锯齿波,锯齿波扫描结束后,等到下一个触发脉冲到来时,再产生另一个锯齿波,没有触发脉冲便不产生锯齿波,这样就保证了扫描信号和被扫描信号的倍数关系,从而使得扫描信号和被测信号有严格的同步关系。方案一:在触发方式控制电路中,选用可重复触发的单稳触发器CC4098进行设计。方案二:在触发方式控制电路中,选用可重复触发的单稳态触发器MC14528进行设计;在锯齿波产生电路中主要由555 定时器构成。在本设计中,暂且选用方案二。锯齿波产生电路V3 V1 V1 V4 V2 耦合方式选择开关触发脉冲整形电路触发方式控制电路触
8、发信号V0 触发同步电路扫描电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 23 页 - - - - - - - - - 第 4 页西华大学课程设计说明书3. 各单元模块设计及模块设3.1 各单元模块功能介绍3.1.1 触发脉冲整形电路:同步触发信号送入示波器中, 首先经过触发电平和触发斜率选择器, 以确定在触发信号波形的哪一点上产生触发脉冲。常见的触发电平选择器是电压比较器,然后经过触发脉冲整形电路形成一个前沿陡峭、宽度适中的脉冲。以集电极输出开路的电压比较器LM3
9、93为主构成的触发脉冲整形电路如图3.1 所示。它的主要功能是将输入的脉冲信号V1变换成满足 555 定时器规定的窄脉冲触发信号。图中,V1经 S2有两种耦合方式进入整形电路,然后经电平移动电路 (cc、R7 、R8组成)后,送到比较器 LM393的同相输入端,在LM393的输出端得到正矩形波,再经C7 、R12和 D构成的微分与削波电路后,得到正向的窄脉冲2,此脉冲通过触发方式控制电路后,去触发锯齿波产生电路工作。电路中还设置了电平调节电位器Rp和一个双刀双掷联动的正、负斜率选择开关S3。图中,R7、R8为前一级的负载, R9 、R10、Rp的阻值及比例影响电平调节范围。同时,R7R10 、
10、Rp 的阻值也影响电源负载的大小。C7、R12 的时间常数影响触发信号的正常触发的频率范围,在选择C7 、R12的参数时,还应注意使输出脉冲的高电平值足够高。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 23 页 - - - - - - - - - 第 5 页西华大学课程设计说明书图 3.1脉冲整形电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共
11、 23 页 - - - - - - - - - 第 6 页西华大学课程设计说明书3.1.2 触发方式控制电路: 触发方式控制电路主要完成常态触发和自动触发的功能,本设计电路中选用可重复的单稳态触发器CC4098 进行设计。由门电路和 CC4098构成的触发方式控制电路如图3.2 所示。电路的工作原理是:当 S1处于“常态”位置时, G4关门, V6=0 ,从而 G1也处于关门状态,此时分两种情况进行分析:(1)当有触发脉冲 2 输入时, G2有脉冲输入,可触发锯齿波产生电路工作,输出扫描信号,示波器上能看到稳定的波形。(2)当无触发脉冲时,即 2=0时,G2无脉冲输出,锯齿波产生电路不工作,示
12、波器上无扫描线,也看不到任何波形。当 S1处于“自动”位置时, G4开门,电路仍然有两种工作情况:(1) 当有触发脉冲 2 输入时,单稳电路CC4098始终处于暂态,即Q=1 ,使 G1关门,G2开门, 2 通过 G2去触发锯齿波产生电路工作,输出扫描信号,示波器上能显示稳定的波形。这种情况与常态触发的第一种情况相同。(2) 当无触发脉冲,即 2=0,G2开门时,单稳电路 CC4098处于稳态,即 Q=0 ,G1开门,555定时器的第三个引脚输出脉冲信号4 通过 G4 、G3 、G1 、G2形成反馈,使 3 产生触发脉冲,触发锯齿波产生。此时锯齿波产生电路工作在自激状态。图 3.2 所示电路的
13、 0 端仍能自动连续不断的产生输出锯齿波,但是其周期与被测信号无整数倍关系。看到示波器上有一条水平扫描线(无信号输入时)或者是不稳定的被测信号波形。在图 3.2 中,在放电时,如果开关S1 位于“自动”状态,且无触发脉冲时,由R4和 C4提供一个触发脉冲,触发锯齿波产生。R5 、C5是保证锯齿波产生电路在自激方式能正常工作的延时电路,其延迟时间应大于锯齿波的放电时间。其 Rt 和 Ct 决定了单稳定路CC4098的暂稳态持续时间,它应该大于触发信号的最长周期。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -
14、- - - - - 第 7 页,共 23 页 - - - - - - - - - 第 7 页西华大学课程设计说明书图 3.2 触发方式控制电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 23 页 - - - - - - - - - 第 8 页西华大学课程设计说明书3.1.3 锯齿波产生电路: 图 3.3 是由 555 定时器、恒流源电路和电容器构成的锯齿波产生电路。电路在触发脉冲3 的作用下,从 0 端输出锯齿波扫描电压。改变开关 S4所接电容器的容量,可以改变输出锯
15、齿波的斜率。恒流源的电流由R1 、R2 、R3和三极管的 值决定。图 3.3 锯齿波产生电路名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 23 页 - - - - - - - - - 第 9 页西华大学课程设计说明书3.2 电路参数的计算及元器件的选择3.2.1 计算部分由于要求对频率在2040 000Hz 之间的触发信号,扫描电路均能正常工作,所以对扫描信号的频率, 即宽度有要求。 输出脉冲宽度由 CC4098的外接电阻 Rext 和外接电容 Cext 决定。 Tw=
16、07 RtCt。所以选取 Rt=10k,Ct=33uF。3.2.2 元器件选择集成电路: LM393 1片,CC4098 1片,NE555 1 片。电阻: 10k6 只,2 k 1 只,1 k 只,560 1 只电容器: 33uF 2 只,0.33uF 1 只,0.01uF 2 只,0.1uF 2 只。电位器: 10 k 1只其它:二极管 1 只,三极管 T8550 1 只。3.3 特殊器件的介绍 3.3.1可重复触发的单稳触发器CC4098 CC4098 的外引线排列如图3.4 所示, 其功能表见表3.1 。CC4098由两个可重复触发的单稳态触发器构成, Q和输出有缓冲,输出特性对称。该器
17、件在工作时应在Cext和 RextCext 端间外接电容 C,在 RextCex 和 Vdd 端间外接电阻 R ,外接电阻 R和外接电容 C 用来确定输出脉冲宽度。每个触发器具有上升沿触发输入(TR+ )和下降沿触发输入( TR-),不用的 TR+ 应接 Vss,不用的 TR-应接 Vdd。对于非可重复触发的方式,当采用 TR+ 触发时, TR-应接 Q;当采用 TR-触发时, TR+ 应接 Q 。直接复位 RD为低电平有效时,终止输出脉冲,Q=0 ;RD不用时,应接 Vdd。图 3.4 CC4098 外引脚排线图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -
18、 - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页,共 23 页 - - - - - - - - - 第 10 页西华大学课程设计说明书表 3.1 CC4098的功能表3.3.2 555定时器一. 电路结构:555 定时器的内部电路由分压器、电压比较器C1和 C2 、简单 SR锁存器、放电三极管 T 以及缓冲器 G组成,其内部结构如图3.5 所示。三个 5k的电阻串联组成分压器,为比较器 c1、C2提供参考电压。当控制电压端(5)悬空时(可对地接上0.01uF 左右的滤波电容),比较器 C1和 C2的基准电压分别2Vcc/3 和 Vcc/3。Vi1 是比较
19、器 C1的信号输入端, 称为阀值输入端; Vi2 是比较器 C2的信号输入端,称为触发输入端。如果控制电压(5)外接电压 Vic ,则比较器 C1 、C2的基准电压就变为 Vic 和 Vic/2 。比较器 C1和 C2的输出控制 SR锁存器和放电三极管T 的状态。放电三极管 T 为外接电路提供放电通路,在使用定时器时,该三极管的集电极(7脚)一般都要外接上拉电阻。Rd 为直接复位输入端,当其为低电平时,不管其他输入端的状态如何,输出端v0即为低电平。当 vi12vcc/3 ,vi2Vcc/3 时,比较器 C1输出为低电平,比较器C2输出高电平,简单 SR锁存器 Q端置 0,放电三极管 T 导通
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