专利名称：一种超小型波形显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超小型波形显示装置，尤其适用于现场工况的波形观测和设备调试。
随着科学技术的发展，电子技术已渗透到各个领域。凡是应用电子技术的行业和部门都离不开电子测量仪器，而示波器在电子测量仪器中属通用仪器之一，并占据着相当重要的地位。它以直观、准确、简便之特点广泛地被应用。尤其在需要观察电路电压、电流的波形，和调试、分析、判断电路故障的时候，示波器是首选仪器。示波器与适当的传感器配合，还可以观察各种非电量的变化。由此可见，示波器的应用范围遍及电力、电子、航空航天、材料与结构、生物医学、国防工业等重要领域。
普通示波器的体积和重量偏大，如常见的20MHz便携式示波器体积为310×160×400mm，重量为9Kg；轻便型的325示波器体积为240×100×300mm，重量为4.7Kg。这样大的体积和重量限制了示波器的移动应用。
数字化的存贮示波器有可能实现小的体积和重量，但由于受有限的采样率和离散数据显示方式的限制，其有效存贮带宽和波形显示的质量，与传统的模拟示波器相比，还存在较大的差距。
本实用新型的目的就在于克服现有示波器存在的上述缺点和不足，提供一种性价比高的超小型波形显示装置。
本装置的主要指标为，输入带宽10MHz，输入电压范围10mv-5v/格，扫描速率0.1μs-50mS/格，体积80×40×120mm，重量0.25kg。
本实用新型的目的是这样实现的本实用新型突破传统设计思想的限制，在国内外首次将无工频变压器开关电源引入模拟波形显示装置，为装置的超小型化奠定了基础。同时，采用现代的集成电路构成装置的各个主要部分，在保证先进的性能指标的前提下，研制出超小体积和重量的模拟波形显示装置。
以下结合附图和实施例详细说明。
图1为显示装置的电路框图。其中1-垂直系统，2-水平系统，3-示波管，4-开关电源；1.1-探头，1.2-衰减器，1.3-缓冲器，1.4-Y放大器，1.5-Y末级放大器；2.1-触发脉冲形成电路，2.2-扫描环路，2.2.1-扫描闸门，2.2.2-积分器，2.2.3-释抑电路；2.3-X末级放大器；4.1-工频电源整流，4.2-振荡与能量转换，4.2.1-过流保护，4.2.2-开关元件，4.2.3-过压保护，4.2.4-高频变压器，4.3-高频整流与稳压，4.3.1-高频整流，4.3.2-反馈电路。
图2为显示装置的电路图(图2.1、图2.2、图2.3为分图)。
由图1、图2可知，本实用新型由垂直系统1、水平系统2、示波管3、及开关电源4组成。
①垂直系统1由探头1.1、衰减器1.2、缓冲器1.3、Y放大器1.4、Y末级放大器1.5组成，并依次电连接。输入信号经探头1.1接入装置，衰减器1.2和放大器1.4对信号幅度进行调节，缓冲器1.3用于阻抗变换，Y末级放大器1.5的输出端与示波管的Y偏转板相连接，提供偏转板所需的大信号输出。Y末级放大器输出端连接的推挽型跟随器T1-T4，可有效改善末级放大器的频率响应。
②水平系统2由脉冲形成电路2.1、扫描环电路2.2、放大器2.3组成，并依次电连接。扫描环路2.2由扫描闸门2.2.1、积分器2.2.2和释抑电路2.2.3组成，并依次闭环电连接。脉冲形成电路2.1与Y放大器1.4电连接；从Y放大器1.4取出一部分信号，经脉冲形成电路变为触发尖脉冲。又经扫描环路2.2，得到与输入信号同步的负向锯齿波，X末级放大器2.3的输出端与示波管的X偏转板相连接，提供放大后的锯齿波。
在触发脉冲形成电路(2.1)中，U1输出端连接的微分电感L5可提高触发脉冲的幅度和陡度；从扫描闸门(2.2.1)的U2输出端至U1连接的箝位电路R17和D3，禁止正扫期间的触发脉冲；X末级放大器(2.3)的输出端连接有推挽型跟随器T12-T15，改善末级放大器的频率响应。
③上述垂直系统1和水平系统2的主要电路部分采用集成电路设计，不采用分离元件，以缩小体积并且保证性能。
④开关电源4为无工频变压器开关电源，提供整机所需的各种工作电源。其中，±12V为各级集成电路电源，+140V为X、Y末级放大器电源，-500V和6.3V为示波管高压和灯丝电源。
开关电源4由工频电源整流4.1，振荡与能量转换4.2，高频整流与稳压4.3组成。其中，高频整流与能量转换4.2由过压保护4.2.1、开关元件4.2.2、过流保护4.2.3、高频变压器4.2.4组成；高频整流与稳压由高频整流4.3.1和反馈电路4.3.2组成。
开关电源工作原理如下
工频电源整流4.1将220V的电网电压直接整流，提供一个约260V的直流高压作为开关电源的工作电源。振荡与能量转换4.2的晶体管T19依靠其集电极线圈Np和基极线圈Nb的耦合，产生自激振荡，以50KHZ的速率导通和截止，其导通和截止的时间之比决定了高频变压器B1中存贮的能量大小。过压保护4.2.1和过流保护4.2.3限制T19的集电极电压和射极电流。高频变压器B1的次级在T19截止期间输出能量，各个次级绕组的输出电压与匝数成正比。高频整流电路4.3.1将脉冲电压转换为平稳的直流电压，其中+15V电压的输出端接有反馈电路4.3.2，将输出电压的波动反映到振荡与能量转换部分4.2，以控制T19的占空比。对于要求较高的+12V和-12V电压进行了进一步稳压。
在开关电源中接有抗扰电容C24，确保电源稳定工作。
图3为显示装置面板图，其中M1-亮度1，M2-聚焦2，M3-辅焦3，M4-Y衰减4，M5-Y衰减5，M6-X扫描6，M7-X扫描7，M8-X扫描微调8，M9-耦合方式9，M10-显示屏。由图可知，亮度旋钮1调节显示波形的亮度，聚焦旋钮2和辅焦旋钮3调节波形清析度，Y衰减开关4和Y衰减开关5定量调节输入信号的幅度，耦合方式开关9选择输入信号为DC或AC耦合方式，X扫速开关6和X扫速开关7切换X轴扫描速度。
图4为显示装置结构布局图，其中J1-聚焦，J2-Y位移，J3-X位移，J4-XY末级放大器，J5-电源开关，J6-示波管，J7-扫描，J8-Y衰减及前置放大板/X扫描板，J9-开关电源板。J10-电源输入，J11-信号输入。结构布局主要考虑紧凑、避免干扰、散热。
本实用新型具有以下优点①凡需现场测量、调试和检修的场合，均可方便地使用本产品。
②本实用新型涉及的产品由于体积很小，也可制成嵌入式结构，安装在各种测量仪器上，增加仪器的功能，提高仪器测量的准确度。
③由于本产品包括了典型示波器的结构和功能，并且具有高的性能价格比，因此在教学、科学普及、家庭应用等方面，也具有很好的应用前景。
权利要求1.一种超小型波形显示装置，由垂直系统、水平系统、示波管和电源组成，其特征在于①垂直系统(1)和水平系统(2)均由高速集成电路构成；②电源为无工频变压器开关电源(4)。
2.按权利要求1所述的一种超小型波形显示装置，其特征在于垂直系统由探头(1.1)、衰减器(1.2)、缓冲器(1.3)、Y放大器(1.4)、Y末级放大器(1.5)组成，并依次电连接；其中，Y末级放大器(1.5)的输出端连接有推挽型跟随器T1-T4。
3.按权利要求1所述的一种超小型波形显示装置，其特征在于水平系统由触发脉冲形成电路(2.1)、扫描环路(2.2)、X末级放大器(2.3)组成并依次电连接；扫描环路(2.2)由扫描闸门(2.2.1)、积分器(2.2.2)、释抑电路(2.2.3)组成并依次团环电连接；在触发脉冲形成电路(2.1)中，U1输出端连接有微分电感L5；从扫描闸门(2.2.1)的U2输出端至U1连接有箝位电路R17和D3；X末级放大器(2.3)的输出端连接有推挽型跟随器T12-T15。
4.按权利要求1所述的一种超小型波形显示装置，其特征在于开关电源(4)由工频整流电路(4.1)、开关元件(4.2.2)、过压保护电路(4.2.1)、过流保护电路(4.2.3)、高频变压器(4.2.4)、高频整流(4.3.1)、反馈电路(4.3.2)组成，其连接关系是工频整流(4.1)→开关元件(4.2.2)→高频变压器(4.2.4)→高频整流电路(4.3.1)→反馈电路(4.3.2)→开关元件(4.2.2)；过压保护(4.2.1)→开关元件(4.2.2)；过流保护(4.2.3)→开关元件(4.2.2)；在工频整流电路(4.1)中接有抗扰电容C24。
专利摘要本实用新型公开了一种超小型波形显示装置,涉及一种示波器。本实用新型的目的在于缩小装置的体积和重量,并且保证性能指标,因此装置的主要电路部分均采用了集成电路设计,电源部分引进了无工频变压器开关电源技术,解决了电源干扰问题。本实用新型主要由垂直系统、水平系统、示波管和超小型开关电源组成,其主要技术指标为:体积80x40x120mm,重量0.25kg。适用于现场工况的波形观测和设备调试。
文档编号G01R13/22GK2432589SQ00230438
公开日2001年5月30日 申请日期2000年7月21日 优先权日2000年7月21日
发明者陈一新 申请人:武汉水利电力大学