示波器的典型电路设计与分析

　　转换电路由NE555时基振荡器、74LS169组成的计数器和MAX309多路开关等芯片构成,通过1个Y通道能ssbbww. com显示多踪信号,电路简单、稳定、可靠,波形显示效果好,便于对信号进行分析和研究,其电路如图1所示_ssBbww。
　 本电路采用555芯片dddtt振荡器,其3脚输出的方波dddtt切换电路的控制信号,控制信号直接接在16进制的计数器上dddtt多路开关的选通信号。

　　MAX309为双回路开关芯片,一路为直流通道,另一路为信号通道,两路信号通过加法器后在示波器水平www.d dd tT. com上ssbbww. com显示四路不同的信号。www.ddd tt. com输入信号为交流信号,故使用双电源供电,除保证交流信号正常传输外,ssbbww. com也扩大了信号输出的动态范围。

　　外部电源仅需要sSbBwW.cOm+5V的电源电压、+5V电压输入至IC1(ICL7660)的8脚,在其5脚输出-5V的电压,对多路开关芯片与运放进行供电。IC2(NE555)接成多谐振荡器的形式,产生35kHz的方波dddtt16进制计数器IC3(74LS169)的时基信号。取74LS169的低两位Qa、Qb,连接到IC4(MAX309)的A0、A1端dddtt多路开关的选通信号。MAX309为双回路的模拟开关芯片。其中一路是由2K、1K、1K、1K组成的电阻分压网络,分别取出3V、2V、1V、0V的直流电压dddtt信号所要显示波形的直流分量,使其在示波器的不同www.d dd tT. com上显示出来。另一路则为信号源的四个输入端,通过Qa、Qb对四路开关的控制,分别对回路信号进行选通(两路选通信号同步进行)。信号由多路开关输出后再由运放电路IC5(LF353)进行放大或衰减8tTt8。信号通过改变反馈电阻10K、10K、40K、60K、60K对其进行放大或衰减。用四路开关分别选择不同反馈电阻,实现不同增益的控制,最终完成与直流分量重叠相加后输出的目的。电路调试

　　电路焊接完毕后,首先进行外观检查,检查无误后,再进行通电测试。用万用表测ICL7660的5脚是否为-5V,8 tt t8.com输出正确,进行下一步的测量,否则马上断电检查,是否有短路或电路焊错等问题;用示波器观察555输出的波形是否正确,其频率值是否与计算值dddTt.com;其次再用示波器观察计数器的Qa、Qb端的波形是否为555时基信号的二分频、四分频,最后观察第一路开关的输出是否为阶梯波信号,台阶数值分别为0V、1V、2V、3V。分别接入4路不同的信号,用示波器观察其最终输入波形是否在示波器水平www.d dd tT. com上显示出来,改变xxx开关即可改变其幅值的大小。

　　振荡电路与模拟开关电路的分析

　　NE555时基振荡器输出频率的精度对由74LS169所组成计数器的可靠性影响较大,因此www.8 t tt8. com,必须_{ssbbww. c om}给予重视。如图1所示_ssBbww,NE555组成的时基振荡器产生的振荡周期T=0.693(R1+2R2)·C,振荡频率f=1/T,即f=1.443/(R1+2R2)·C,输出振荡频率波形的占空比D=t1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)

　　注:t1为输出脉冲的持续时间

　　t1=0.693(R1+R2)·C

　　当R2>>R1时,则D约等于50%,即输出振荡波形为方波。由上述有关公式的推导,得出

以下结论。

　　● 振荡周期与电源电压VDD无关,主要取决于充电放电的总时间常数,即仅与R1、R2和C的数值有关。

　　● 振荡信号的占空比与电容C的大小无关,而仅与R1、R2的大小比值有关。

　　模拟开关和多路转换器的作用主要用于信号的切换,目前集成模拟电子开关在小信号领域已成为主导产品,与以往的机械触点式电子开关

ssBbww.com

,集成电子开关有

8ttt8

优点,例如,切换速率快、无抖动、耗电省、体积小、工作可靠且

Dddtt

控制等。但它也有若干缺点,如导通电阻较大,输入电流容量有限,动态范围小等。因而集成模拟开关主要使用在高速切换,

dDdtt

系统体积小的场合。在较低的频段上(f<10Hz),则

8ttt8

采用双极晶体管工艺。

　　选择开关时需要sSbBwW.cOm重点注意以下指标:　

　　● 通道数量。集成模拟开关通常www .ddd tt. com多个通道,通道数量对传输信号的精度和开关切换速率有直接的影响,通道数量越多,寄生电容和泄漏电流就越大。

　　● 泄漏电流。一个理想的开关

dDdtt

导通时电阻为零,断开时电阻趋于无限大,漏电流为零,常规的CMOS漏电流约1nA。8 tt t8.com信号源内阻很高,传输信号是电流量时,就特别需要sSbBwW.cOm考虑模拟开关的泄漏电流,SsbbwW.com希望泄漏电流越小越好。

　　● 导通电阻。导通电阻会损失信号,使精度降低,尤其是当开关串联的负载为低阻抗时损失会更大。因此www.8 t tt8. com,导通电阻的一致性越好,系统在采集各路信号时由开关引起的误差也就越小。

　　● 开关速度。指开关接通或断开的速度。对于需要sSbBwW.cOm传输快变化信号的场合,

dDdtt

模拟开关的切换速度快,ssbbww. com还应考虑与后级采样保持电路A/D转换器的速度相适应,从而以最优的性能价格比来选择器件。

　　除上述指标外,芯片的电源电压范围8tt t 8. com一个www.hnygpx.com参数,它与开关的导通电阻和切换速度等有直接关系,电源电压越高,切换速度越快,导通电阻越小,反之,导通电阻越大。

　　结语

　　在电路设计和调试过程中发现,对波形显示效果影响最大的因素是NE555振荡器的振荡频率和幅度的稳定性,要想在示波器上得到完整而稳定的波形,频率不能偏低,幅度不宜过小。

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