專利名稱：一種超小型波形顯示裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超小型波形顯示裝置，尤其適用于現(xiàn)場工況的波形觀測和設備調(diào)試。
隨著科學技術的發(fā)展，電子技術已滲透到各個領域。凡是應用電子技術的行業(yè)和部門都離不開電子測量儀器，而示波器在電子測量儀器中屬通用儀器之一，并占據(jù)著相當重要的地位。它以直觀、準確、簡便之特點廣泛地被應用。尤其在需要觀察電路電壓、電流的波形，和調(diào)試、分析、判斷電路故障的時候，示波器是首選儀器。示波器與適當?shù)膫鞲衅髋浜?，還可以觀察各種非電量的變化。由此可見，示波器的應用范圍遍及電力、電子、航空航天、材料與結(jié)構、生物醫(yī)學、國防工業(yè)等重要領域。
普通示波器的體積和重量偏大，如常見的20MHz便攜式示波器體積為310×160×400mm，重量為9Kg；輕便型的325示波器體積為240×100×300mm，重量為4.7Kg。這樣大的體積和重量限制了示波器的移動應用。
數(shù)字化的存貯示波器有可能實現(xiàn)小的體積和重量，但由于受有限的采樣率和離散數(shù)據(jù)顯示方式的限制，其有效存貯帶寬和波形顯示的質(zhì)量，與傳統(tǒng)的模擬示波器相比，還存在較大的差距。
本實用新型的目的就在于克服現(xiàn)有示波器存在的上述缺點和不足，提供一種性價比高的超小型波形顯示裝置。
本裝置的主要指標為，輸入帶寬10MHz，輸入電壓范圍10mv-5v/格，掃描速率0.1μs-50mS/格，體積80×40×120mm，重量0.25kg。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型突破傳統(tǒng)設計思想的限制，在國內(nèi)外首次將無工頻變壓器開關電源引入模擬波形顯示裝置，為裝置的超小型化奠定了基礎。同時，采用現(xiàn)代的集成電路構成裝置的各個主要部分，在保證先進的性能指標的前提下，研制出超小體積和重量的模擬波形顯示裝置。
以下結(jié)合附圖和實施例詳細說明。


圖1為顯示裝置的電路框圖。其中1-垂直系統(tǒng)，2-水平系統(tǒng)，3-示波管，4-開關電源；1.1-探頭，1.2-衰減器，1.3-緩沖器，1.4-Y放大器，1.5-Y末級放大器；2.1-觸發(fā)脈沖形成電路，2.2-掃描環(huán)路，2.2.1-掃描閘門，2.2.2-積分器，2.2.3-釋抑電路；2.3-X末級放大器；4.1-工頻電源整流，4.2-振蕩與能量轉(zhuǎn)換，4.2.1-過流保護，4.2.2-開關元件，4.2.3-過壓保護，4.2.4-高頻變壓器，4.3-高頻整流與穩(wěn)壓，4.3.1-高頻整流，4.3.2-反饋電路。
圖2為顯示裝置的電路圖(圖2.1、圖2.2、圖2.3為分圖)。
由圖1、圖2可知，本實用新型由垂直系統(tǒng)1、水平系統(tǒng)2、示波管3、及開關電源4組成。
①垂直系統(tǒng)1由探頭1.1、衰減器1.2、緩沖器1.3、Y放大器1.4、Y末級放大器1.5組成，并依次電連接。輸入信號經(jīng)探頭1.1接入裝置，衰減器1.2和放大器1.4對信號幅度進行調(diào)節(jié)，緩沖器1.3用于阻抗變換，Y末級放大器1.5的輸出端與示波管的Y偏轉(zhuǎn)板相連接，提供偏轉(zhuǎn)板所需的大信號輸出。Y末級放大器輸出端連接的推挽型跟隨器T1-T4，可有效改善末級放大器的頻率響應。
②水平系統(tǒng)2由脈沖形成電路2.1、掃描環(huán)電路2.2、放大器2.3組成，并依次電連接。掃描環(huán)路2.2由掃描閘門2.2.1、積分器2.2.2和釋抑電路2.2.3組成，并依次閉環(huán)電連接。脈沖形成電路2.1與Y放大器1.4電連接；從Y放大器1.4取出一部分信號，經(jīng)脈沖形成電路變?yōu)橛|發(fā)尖脈沖。又經(jīng)掃描環(huán)路2.2，得到與輸入信號同步的負向鋸齒波，X末級放大器2.3的輸出端與示波管的X偏轉(zhuǎn)板相連接，提供放大后的鋸齒波。
在觸發(fā)脈沖形成電路(2.1)中，U1輸出端連接的微分電感L5可提高觸發(fā)脈沖的幅度和陡度；從掃描閘門(2.2.1)的U2輸出端至U1連接的箝位電路R17和D3，禁止正掃期間的觸發(fā)脈沖；X末級放大器(2.3)的輸出端連接有推挽型跟隨器T12-T15，改善末級放大器的頻率響應。
③上述垂直系統(tǒng)1和水平系統(tǒng)2的主要電路部分采用集成電路設計，不采用分離元件，以縮小體積并且保證性能。
④開關電源4為無工頻變壓器開關電源，提供整機所需的各種工作電源。其中，±12V為各級集成電路電源，+140V為X、Y末級放大器電源，-500V和6.3V為示波管高壓和燈絲電源。
開關電源4由工頻電源整流4.1，振蕩與能量轉(zhuǎn)換4.2，高頻整流與穩(wěn)壓4.3組成。其中，高頻整流與能量轉(zhuǎn)換4.2由過壓保護4.2.1、開關元件4.2.2、過流保護4.2.3、高頻變壓器4.2.4組成；高頻整流與穩(wěn)壓由高頻整流4.3.1和反饋電路4.3.2組成。
開關電源工作原理如下
工頻電源整流4.1將220V的電網(wǎng)電壓直接整流，提供一個約260V的直流高壓作為開關電源的工作電源。振蕩與能量轉(zhuǎn)換4.2的晶體管T19依靠其集電極線圈Np和基極線圈Nb的耦合，產(chǎn)生自激振蕩，以50KHZ的速率導通和截止，其導通和截止的時間之比決定了高頻變壓器B1中存貯的能量大小。過壓保護4.2.1和過流保護4.2.3限制T19的集電極電壓和射極電流。高頻變壓器B1的次級在T19截止期間輸出能量，各個次級繞組的輸出電壓與匝數(shù)成正比。高頻整流電路4.3.1將脈沖電壓轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)的直流電壓，其中+15V電壓的輸出端接有反饋電路4.3.2，將輸出電壓的波動反映到振蕩與能量轉(zhuǎn)換部分4.2，以控制T19的占空比。對于要求較高的+12V和-12V電壓進行了進一步穩(wěn)壓。
在開關電源中接有抗擾電容C24，確保電源穩(wěn)定工作。
圖3為顯示裝置面板圖，其中M1-亮度1，M2-聚焦2，M3-輔焦3，M4-Y衰減4，M5-Y衰減5，M6-X掃描6，M7-X掃描7，M8-X掃描微調(diào)8，M9-耦合方式9，M10-顯示屏。由圖可知，亮度旋鈕1調(diào)節(jié)顯示波形的亮度，聚焦旋鈕2和輔焦旋鈕3調(diào)節(jié)波形清析度，Y衰減開關4和Y衰減開關5定量調(diào)節(jié)輸入信號的幅度，耦合方式開關9選擇輸入信號為DC或AC耦合方式，X掃速開關6和X掃速開關7切換X軸掃描速度。
圖4為顯示裝置結(jié)構布局圖，其中J1-聚焦，J2-Y位移，J3-X位移，J4-XY末級放大器，J5-電源開關，J6-示波管，J7-掃描，J8-Y衰減及前置放大板/X掃描板，J9-開關電源板。J10-電源輸入，J11-信號輸入。結(jié)構布局主要考慮緊湊、避免干擾、散熱。
本實用新型具有以下優(yōu)點①凡需現(xiàn)場測量、調(diào)試和檢修的場合，均可方便地使用本產(chǎn)品。
②本實用新型涉及的產(chǎn)品由于體積很小，也可制成嵌入式結(jié)構，安裝在各種測量儀器上，增加儀器的功能，提高儀器測量的準確度。
③由于本產(chǎn)品包括了典型示波器的結(jié)構和功能，并且具有高的性能價格比，因此在教學、科學普及、家庭應用等方面，也具有很好的應用前景。
權利要求1.一種超小型波形顯示裝置，由垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)、示波管和電源組成，其特征在于①垂直系統(tǒng)(1)和水平系統(tǒng)(2)均由高速集成電路構成；②電源為無工頻變壓器開關電源(4)。
2.按權利要求1所述的一種超小型波形顯示裝置，其特征在于垂直系統(tǒng)由探頭(1.1)、衰減器(1.2)、緩沖器(1.3)、Y放大器(1.4)、Y末級放大器(1.5)組成，并依次電連接；其中，Y末級放大器(1.5)的輸出端連接有推挽型跟隨器T1-T4。
3.按權利要求1所述的一種超小型波形顯示裝置，其特征在于水平系統(tǒng)由觸發(fā)脈沖形成電路(2.1)、掃描環(huán)路(2.2)、X末級放大器(2.3)組成并依次電連接；掃描環(huán)路(2.2)由掃描閘門(2.2.1)、積分器(2.2.2)、釋抑電路(2.2.3)組成并依次團環(huán)電連接；在觸發(fā)脈沖形成電路(2.1)中，U1輸出端連接有微分電感L5；從掃描閘門(2.2.1)的U2輸出端至U1連接有箝位電路R17和D3；X末級放大器(2.3)的輸出端連接有推挽型跟隨器T12-T15。
4.按權利要求1所述的一種超小型波形顯示裝置，其特征在于開關電源(4)由工頻整流電路(4.1)、開關元件(4.2.2)、過壓保護電路(4.2.1)、過流保護電路(4.2.3)、高頻變壓器(4.2.4)、高頻整流(4.3.1)、反饋電路(4.3.2)組成，其連接關系是工頻整流(4.1)→開關元件(4.2.2)→高頻變壓器(4.2.4)→高頻整流電路(4.3.1)→反饋電路(4.3.2)→開關元件(4.2.2)；過壓保護(4.2.1)→開關元件(4.2.2)；過流保護(4.2.3)→開關元件(4.2.2)；在工頻整流電路(4.1)中接有抗擾電容C24。
專利摘要本實用新型公開了一種超小型波形顯示裝置,涉及一種示波器。本實用新型的目的在于縮小裝置的體積和重量,并且保證性能指標,因此裝置的主要電路部分均采用了集成電路設計,電源部分引進了無工頻變壓器開關電源技術,解決了電源干擾問題。本實用新型主要由垂直系統(tǒng)、水平系統(tǒng)、示波管和超小型開關電源組成,其主要技術指標為:體積80x40x120mm,重量0.25kg。適用于現(xiàn)場工況的波形觀測和設備調(diào)試。
文檔編號G01R13/22GK2432589SQ00230438
公開日2001年5月30日 申請日期2000年7月21日 優(yōu)先權日2000年7月21日
發(fā)明者陳一新 申請人:武漢水利電力大學