CN103323765A - 一种电子管特性曲线图示仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子管特性曲线图示仪，其包括：单片机控制单元，阳极电源，第一栅极电源，第二栅极电源，输出选择单元，灯丝电源，其中单片机控制单元对阳极电源和第二栅极电源发送相应PWM信号。本发明可以使阳极电源，第一栅极电源和第二栅极电源的对外输出端输出正弦半波电压，阶梯波电压以及直流电压，以便为被测电子管的阳极，第一栅极和第二栅极提供所需的波形电压，实现对被测电子管特性曲线的测量，对于作为示波器X轴变量的电极电压、被测电子管其它电极所加的恒定电压以及作为阶梯变量的电极电压，本发明可以在图示仪的液晶显示屏上加以显示。

Description

一种电子管特性曲线图示仪

技术领域

本发明涉及一种特性曲线图示仪，尤其涉及一种电子管特性曲线图示仪。

背景技术

GT-2型电子管特性曲线图示仪是国内生产的一种用来测量电子管特性曲线簇的图示仪。它可以测量Ua-Ia、Ua-Ig₂、Ua-Ig₁、Ug₁-Ia、Ug₁-Ig₂、Ug₁-Ig₁特性曲线簇，但存在无法同时显示一簇不同阳极电压或不同第二栅极电压下的Ug₁-Ia曲线、Ug₁-Ig₂曲线；及无法测量所有以Ug₂为X轴变量的曲线的缺陷；另外，该种图示仪还存在特性曲线簇的重复频率较低、频闪现象显著不适于人眼观看等缺点。

发明内容

针对现有图示仪的不足，本发明提出了一种电子管特性曲线图示仪，该图示仪的阳极电源，第一栅极电源和第二栅极电源均能输出正弦半波电压，阶梯波电压以及直流电压，用于实现电子管的特性曲线的测量。

为实现上述目的，本发明提供了一种电子管特性曲线图示仪，该图示仪包括单片机控制单元，包括：

输入装置，用于供操作者输入关于被测电子管阳极，第一栅极和第二栅极的电压信息，其中，电压信息为被测电子管各电极所需电压的波形，周期和幅值，所述各电极的电压的波形均包括正弦半波电压、阶梯波电压和直流电压三种；以及，

单片机，用于接收所述电压信息以及来自Y轴系统的反馈输入信号，并将就阳极的电压信息所形成的电压波形信号与第一反馈输入信号相加，形成第一PWM信号，通过第一PWM信号输出端对阳极电源输出该第一PWM信号，将就第二栅极的电压信息所形成的电压波形信号与第二反馈输入信号相加，形成第二PWM信号，通过第二PWM信号输出端对第二栅极电源输出该第二PWM信号，及将就第一栅极的电压信息所形成的电压波形信号通过D/A转换对第一栅极电源输出模拟电压波形信号；

阳极电源，用于接收所述第一PWM信号，及为被测电子管的阳极提供与阳极的电压信息相对应的波形电压，以供X轴系统和Y轴系统选择；

第一栅极电源，用于接收所述模拟电压波形信号，及为被测电子管的第一栅极提供与第一栅极的电压信息相对应的波形电压，以供X轴系统和Y轴系统选择；

第二栅极电源，用于接收所述第二PWM信号，及为被测电子管的第二栅极提供与第二栅极的电压信息相对应的波形电压，以供X轴系统和Y轴系统选择；

灯丝电源，用于为被测电子管内的灯丝供电；

X轴系统，用于选择被测电子管的阳极、第一栅极和第二栅极中的一个电极作为X轴电压变量并将此电压处理后送入示波器X输入端；

Y轴系统，用于选择被测电子管的阳极、第一栅极和第二栅极中的一个电极作为Y轴电流变量并对该电流进行处理，将处理后得到的电压送入示波器Y输入端。

本发明的该方案的有益效果在于本发明所涉及的图示仪解决了现有电子管特性曲线图示仪不能测量某些特性曲线与某些特性曲线簇的问题，在几乎不增加功耗的前提下得到了高压、大功率的阳极电源与第二栅极电源；采用脉宽调制输出级供给所需功率较大的阳极、第二栅极阶梯电压与正弦半波电压，与线性放大功率输出级相比，大大降低了能量损耗，输出管负荷较轻，可显著降低仪器的发热，有利于延长仪器使用寿命，使提高正弦半波电压的频率成为可能，完全解决了图示仪显示特性曲线簇的频闪现象，方便读取测量结果；采用单片机作控制器件，使生成波形的质量大大提高，电路简单易于装置，调试容易，一次调准后无需定期检查，仪器的工作状态大部分通过单片机进行设置，简化了操作，降低了操作失误的可能；该仪器不仅可测电子管特性曲线，还可用于N沟道场效应管等多种元件特性曲线的测试。

优选的是，单片机控制单元还包括液晶显示屏，所述液晶显示屏用于接收来自单片机的控制信号，显示作为示波器X轴变量的电极电压、被测电子管其它电极所加的恒定电压以及作为阶梯变量的电极电压信息，本方案用于解决对于示波器显示屏上无法反映的电压值，如固定的直流电压，可以通过上述液晶显示屏直接读出，且准确度较高。

优选的是，阳极电源和第二栅极电源的电路结构完全相同，其中阳极电源包括变压器，第一桥式整流电路，第二桥式整流电路，第一稳压电路，第二稳压电路，第三稳压电路，光电耦合器，匹配放大器，驱动芯片电路，输出级电路和低通滤波器：

变压器，用于将外接电源的交流电压变换成适合阳极电源的交流电压，并将变换后的第一交流电压送至第一桥式整流电路，将变换后的第二交流电压送至第二桥式整流电路；

第一桥式整流电路，用于将来自变压器第一次级线圈的第一交流电压进行整流，将整流后的第一直流电压送至第一稳压电路；

第二桥式整流电路，用于将来自变压器第二次级线圈的第二交流电压进行整流，将整流后的第二直流电压送至第二稳压电路；

第一稳压电路，用于接收来自第一桥式整流电路的第一直流电压进行稳压，为输出级电路提供所需直流电压；

第二稳压电路，用于接收来自第二桥式整流电路的第二直流电压进行稳压，为第三稳压电路提供输入电压，并且为匹配放大器和驱动芯片电路提供电压；

第三稳压电路，用于接收来自第二稳压电路的电压，并为光电耦合器提供电压；

光电耦合器，由第三稳压电路供电，用于接收来自单片机控制单元第一PWM信号输出端的第一PWM信号，并为匹配放大器提供输入电压；

匹配放大器，由第二稳压电路供电，用于接收来自光电耦合器的电压，并为驱动芯片电路提供输入电压；

驱动芯片电路，由第二稳压电路供电，用于接收来自匹配放大器的电压，并为输出级电路提供输入电压；

输出级电路，由第一稳压电路供电，用于接收来自驱动芯片电路的电压，根据第一PWM信号来调解输出波形的占空比，输出相应的电压到低通滤波器；

低通滤波器，用于接收来自输出级电路的电压，并对该电压进行滤波，输出与被测电子管阳极的电压信息相对应的波形电压，以便供X轴系统和Y轴系统选择。

优选的是，第一栅极电源包括变压器，第一桥式整流电路，第二桥式整流电路，双路稳压电源电路，稳压电路，第一放大器，第二放大器，第三放大器和扩展放大电路：

变压器，用于将外接电源的交流电压变换成适合第一栅极电源的交流电压，并将变换后的第一交流电压通过第一次级线圈送至第一桥式整流电路，将变换后的第二交流电压通过第二次级线圈送至第二桥式整流电路，并且变压器的第一次级线圈和第二次级线圈均有中心抽头，将第一次级线圈的中心抽头及第二次级线圈的中心抽头相接，作为双路稳压电源电路与稳压电路的参考电位点；

第一桥式整流电路，用于将来自变压器第一次级线圈的第一交流电压进行整流，将整流后的正向直流电压和负向直流电压发送至双路稳压电源电路；

第二桥式整流电路，用于将来自变压器第二次级线圈的第二交流电压进行整流，将整流后的正向直流电压和负向直流电压发送至稳压电路；

双路稳压电源电路，用于接收来自第一桥式整流电路的正向直流电压和负向直流电压进行稳压，为扩展放大电路提供稳压后的正向直流电压，负向直流电压以及参考电位点；

稳压电路，用于接收来自第二桥式整流电路的正向直流电压和负向直流电压进行稳压，为第三放大器提供供电电压与参考电位点；

第一放大器，作为电压跟随器由外接±15V电源供电，其同相输入端接收来自Y轴系统的第三反馈输入信号，第一放大器的输出电压经分压器分压后为第二放大器反相输入端提供输入电压；

第二放大器，作为减法器由外接±15V电源供电，第二放大器的同相输入端接收来自单片机控制单元经D/A转换器进行数模转换后的模拟电压波形信号，第二放大器的反相输入端接收来自第一放大器的电压，将上述两个电压进行相关相减运算后为第三放大器提供输入电压；

第三放大器，用于接收来自稳压电路稳压后的正向直流电压和负向直流电压作为供电电压，第三放大器的同相输入端分为两路，第一路经电阻接至第一栅极电源地，第二路接收来自扩展放大电路输出端反馈回来的电压，第三放大器的反相输入端接收来自第二放大器发送来的电压信号，其输出端输出放大后的电压至扩展放大电路；

扩展放大电路，用于与上述第三放大器进行组合，组合后的电路等效成一个运算放大器，等效的运算放大器的同相输入端即为上述第三放大器的反向输入端，等效的运算放大器的反相输入端即为上述第三放大器的同向输入端，等效的运算放大器的输出端为扩展放大电路的输出端，上述等效运算放大器的放大倍数为x，上述等效的运算放大器用于对第二放大器发送来的的电压进行放大，输出与被测电子管第一栅极的电压信息相对应的波形电压，以便供X轴系统和Y轴系统选择。

优选的是，当第一放大器分压器的分压比为1:（1-1/x）时，上述等效的运算放大器的输出端对整机地的电压与单片机控制单元对第一栅极电源中第二放大器的同相输入端输出的模拟电压波形信号成正比，完全消除了第一栅极电流流过电流采样电阻时产生的压降对第一栅极电源电压的影响。

优选的是，X轴系统包括X轴采样选择开关，含有第一衰减器的对称式电压采样分压器和X轴放大器：

X轴采样选择开关，用于选择被测电子管的阳极、第一栅极和第二栅极中的一个电极作为X轴电压变量；

含有第一衰减器的对称式电压采样分压器，用于防止电流采样电阻上的压降干扰电压采样以及防止通过电压采样分压器的电流流过电流采样电阻干扰电流测试；

X轴放大器，用于将来自对称式电压采样分压器的电压进行放大，并将放大后的电压送至示波器X输入端。

优选的是，Y轴系统包括Y轴采样选择开关，电流采样电阻，第二衰减器和Y轴放大器：

Y轴采样选择开关，用于选择被测电子管的阳极、第一栅极和第二栅极中的一个电极作为Y轴电流变量；

电流采样电阻，用于获得与流过电流采样电阻的电流成正比的电压，所述电流采样电阻接于整机地与电源地之间；

第二衰减器，用于对电流采样电阻两端的电压进行衰减；

Y轴放大器，用于将来自第二衰减器的电压通过Y轴放大器放大后送至示波器的Y轴输入端。

附图说明

图1示出了电子管特性曲线图示仪的整机结构框图。

图2示出了单片机控制单元框图。

图3示出了阳极电源及第二栅极电源的电路图。

图4示出了第一栅极电源的电路图。

图5示出了输出选择单元框图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明：

如图1所示，依照本发明的实施方式的图示仪涉及单片机控制单元10，阳极电源20，第一栅极电源30，第二栅极电源40，输出选择单元50，灯丝电源60。

单片机控制单元10通过内置的2路A/D转换器接收来自输出选择单元50中的Y轴系统的反馈输入信号，并且对阳极电源20和第二栅极电源40分别发送第一PWM信号和第二PWM信号，对第一栅极电源30发送模拟电压波形信号。阳极电源20接收所述第一PWM信号，对该第一PWM信号进行处理后，输出与被测电子管阳极的电压信息相对应的波形电压，并且将该波形电压的两个电压输出端子“A”和“D”提供至输出选择单元50供其选择。第一栅极电源30接收所述模拟电压波形信号，对该模拟电压波形信号进行处理后，输出与被测电子管第一栅极的电压信息相对应的波形电压，并且将该波形电压的两个电压输出端子“C”和“F”提供至输出选择单元50供其选择。第二栅极电源40接收所述第二PWM信号，对该第二PWM信号进行处理后，输出与被测电子管第二栅极的电压信息相对应的波形电压，并且将该波形电压的两个电压输出端子“B”和“E”提供至输出选择单元50供其选择。输出选择单元50中的Y轴系统为单片机控制单元10发送2路反馈输入信号，其中第一反馈输入信号通过电压输出端子“D”反馈给单片机控制单元10，第二反馈输入信号通过电压输出端子“E”反馈给单片机控制单元10，利用输出选择单元50中的X轴采样选择开关选择被测电子管的阳极、第一栅极或者第二栅极作为X轴电压变量并将此电压处理后发送至示波器X输入端，利用输出选择单元50中的Y轴采样选择开关选择被测电子管的阳极、第一栅极或者第二栅极作为Y轴电流变量并对该电流进行处理，将处理后得到的电压发送至示波器Y输入端。灯丝电源60与被测电子管的灯丝相连，为被测电子管内的灯丝供电。

下面对电子管特性曲线图示仪的各部分作进一步的说明：

本发明中将与机壳相接且等电位的节点称作“整机地”，即图1至图5中所示的接地符号；将与阳极电源20输出参考端，即电压输出端子“D”，相接且等电位的节点称作“阳极电源地”；将与第二栅极电源40输出参考端，即电压输出端子“E”，相接且等电位的节点称作“第二栅极电源地”；将与第一栅极电源30输出参考端，即电压输出端子“F”，相接且等电位的节点称作“第一栅极电源地”；在不致混淆时，“阳极电源地”、“第二栅极电源地”、“第一栅极电源地”也可统称为“电源地”。在本发明中，由于Y轴采样选择开关504的接入，“整机地”总会与某两个“电源地”的电位相等，而与另一个“电源地”的电位不等，它们之间的电位差是电流采样电阻505的电压降。

如图2所示，单片机控制单元10包括4*4矩阵键盘101，单片机芯片102，D/A转换器103和液晶显示屏104。

4*4矩阵键盘101向单片机芯片102发送由操作者设置好的关于被测电子管阳极、第一栅极和第二栅极的电压信息，其中，电压信息为被测电子管各电极所需电压的波形，周期和幅值，所述各电极的电压的波形均包括正弦半波电压、阶梯波电压和直流电压三种，单片机芯片102接收来自4*4矩阵键盘101的电压信息，以及通过第一A/D转换器102C接收来自输出选择单元50中的Y轴系统的第一反馈输入信号，通过第二A/D转换器102D接收来自输出选择单元50中的Y轴系统的第二反馈输入信号，通过单片机芯片102中的内部程序的控制，将就阳极的电压信息所形成的电压波形信号与第一反馈输入信号相加，形成第一PWM信号，通过第一PWM信号输出端102A对阳极电源输出该第一PWM信号，将就第二栅极的电压信息所形成的电压波形信号与第二反馈输入信号相加，形成第二PWM信号，通过第二PWM信号输出端102B对第二栅极电源输出该第二PWM信号，将就第一栅极的电压信息所形成的电压波形信号，通过单片机芯片102内部程序的控制发送至D/A转换器103进行数模转换，D/A转换器103对第一栅极电源输出数模转换后的模拟电压波形信号，并且单片机芯片102对液晶显示屏104发送控制信号，控制液晶显示屏104显示作为示波器X轴变量的电极电压、被测电子管其它电极所加的恒定电压以及作为阶梯变量的电极电压信息。

如图3所示，阳极电源20包括变压器201，第一桥式整流电路202A，第二桥式整流电路202B，第一稳压电路203A，第二稳压电路203B，第三稳压电路203C，光电耦合器204，匹配放大器205，驱动芯片电路206，输出级电路207和低通滤波器208。

变压器201包括一个初级线圈和两个次级线圈，第一次级线圈201A发送经变压器201变换后的第一交流电压到第一桥式整流电路202A，第一桥式整流电路202A接收该第一交流电压进行整流，对第一稳压电路203A发送整流后的第一直流电压，第一稳压电路203A接收来自第一桥式整流电路202A未经稳压的第一直流电压进行稳压，对输出级电路207发送稳压后的直流电压，变压器201的第二次级线圈201B发送经变压器201变换后的第二交流电压到第二桥式整流电路202B，第二桥式整流电路202B接收该第二交流电压进行整流，对第二稳压电路203B发送整流后的第二直流电压，第二稳压电路203B接收来自第二桥式整流电路202B未经稳压的第二直流电压进行稳压，将稳压后的直流电压分成三路，第一路发送至第三稳压电路203C，第二路发送至匹配放大器205，第三路发送至驱动芯片电路206，第三稳压电路203C接收来自第二稳压电路203B稳压后的直流电压进行二次稳压，对光电耦合器204发送二次稳压后的直流电压，光电耦合器204接收来自单片机控制单元10第一PWM信号输出端102A发送来的第一PWM信号，以及接收来自第三稳压电路203C的二次稳压后的直流电压，对匹配放大器205发送电压信号，匹配放大器205包括第一电阻2R1，第二电阻2R2，第一MOS管2Q1和第二MOS管2Q2，第一电阻2R1是第一MOS管2Q1的上拉电阻，第二电阻2R2是第二MOS管2Q2的上拉电阻，第一MOS管2Q1的栅极接收来自光电耦合器204的电压信号，上述两个上拉电阻接收来自第二稳压电路203B的稳压后的直流电压，第二MOS管2Q2的栅极受第一MOS管2Q1的漏极电压驱动，将第一MOS管2Q1的漏极输出电压和第二MOS管2Q2的漏极输出电压发送至驱动芯片电路206，驱动芯片电路206接收来自第二稳压电路203B的稳压后的直流电压以及来自匹配放大器205的电压信号，对输出级电路207发送驱动电压并将驱动芯片电路206中的一个特定端口接至输出级电路207的输出端，输出级电路207包括第三MOS管2Q3和第四MOS管2Q4，输出级电路207接收来自第一稳压电路203A的稳压后的直流电压以及来自驱动芯片电路206的驱动电压，根据第一PWM信号来调解输出波形的占空比，从输出端，即，第三MOS管2Q3的源极和第四MOS管2Q4的漏极的接点处输出电压信号给低通滤波器208，低通滤波器208包括电感2L1和电容2C1，低通滤波器208接收来自输出级电路207的电压信号进行滤波，输出与被测电子管阳极的电压信息相对应的波形电压，并且将该波形电压的两个电压输出端子“A”和“D”提供至输出选择单元50供其选择。

第二栅极电源40的电路结构与阳极电源20的电路结构完全相同，最终输出与被测电子管第二栅极的电压信息相对应的波形电压，并且将该波形电压的两个电压输出端子“B”和“E”提供至输出选择单元50供其选择。

如图4所示，第一栅极电源30包括变压器301，第一桥式整流电路302A，第二桥式整流电路302B，双路稳压电源电路303，稳压电路304，第一放大器305A，第二放大器305B，第三放大器305C和扩展放大电路306。

变压器301用于将外接电源的交流电压变换成适合第一栅极电源30的交流电压，并将变换后的第一交流电压通过第一次级线圈301A送至第一桥式整流电路302A，将变换后的第二交流电压通过第二次级线圈301B送至第二桥式整流电路302B，变压器301的第一次级线圈301A和第二次级线圈301B均有中心抽头，将第一次级线圈301A的中心抽头及第二次级线圈301B的中心抽头相接，作为双路稳压电源电路303与稳压电路304的参考电位点，即图4所示的电压输出端子“F”，也就是“第一栅极电源地”，第一桥式整流电路302A接收来自第一次级线圈301A的第一交流电压进行整流，分别对双路稳压电源电路303发送整流后的正向直流电压和负向直流电压，双路稳压电源电路303接收来自第一桥式整流电路302A未经稳压的正向直流电压和负向直流电压进行稳压，对扩展放大电路306发送稳压后的正向直流电压，负向直流电压以及参考电位点，即图4所示的电压输出端子“F”，也就是“第一栅极电源地”，第二桥式整流电路302B接收来自第二次级线圈301B的第二交流电压进行整流，将整流后的正向直流电压和负向直流电压发送到稳压电路304，稳压电路304接收来自第二桥式整流电路302B未经稳压的正向直流电压和负向直流电压进行稳压，稳压电路304对第三放大器305C发送稳压后的正向直流电压，负向直流电压以及参考电位点，即图4所示的电压输出端子“F”，也就是“第一栅极电源地”。

第一放大器305A外接±15V电源供电，此“±15V”供电电压是以“整机地”为零电位参考点的，所以上述第一放大器305A的输入、输出参考点是“整机地”，上述第一放大器305A接成电压跟随器，其同相输入端接至第一栅极电源30的电压输出端子“F”，并且来自输出选择单元50中Y轴系统的第三反馈输入信号通过端子“F”反馈给第一放大器305A，第一放大器305A的输出端经滑动变阻器3R1进行分压，为第二放大器305B的反相输入端提供输入电压，第二放大器305B外接±15V电源供电，此“±15V”供电电压是以“整机地”为零电位参考点的，所以上述第二放大器305B的输入、输出参考点是“整机地”，上述第二放大器305B接成减法器，第二放大器305B的同相输入端接收来自单片机控制单元10经D/A转换器103进行数模转换后的模拟电压波形信号，第二放大器305B的反相输入端接收来自第一放大器305A的电压，第二放大器305B对第三放大器305C发送运算后的相应电压信号。第三放大器305C接收来自稳压电路304稳压后的正向直流电压和负向直流电压作为供电电压，因为稳压电路的输出参考点是“第一栅极电源地”，所以该第三放大器305C的输入、输出参考电位点也是“第一栅极电源地”。第三放大器305C的同相输入端分为两路，第一路经第六电阻3R5接至“第一栅极电源地”，第二路接收来自扩展放大电路306输出端反馈回来的电压，第三放大器305C的反相输入端接收来自第二放大器305B发送来的电压信号。第三放大器305C对扩展放大电路306发送放大后的电压，扩展放大电路306包括第三电阻3R2，第四电阻3R3，第一二极管3D1，第二二极管3D2，NPN型第一三极管3Q1，NPN型第三三极管3Q3，NPN型第四三极管3Q4，PNP型第二三极管3Q2和PNP型第五三极管3Q5，第一三极管3Q1的发射极与第二三极管3Q2的发射极相连，第三电阻3R2是第一三极管3Q1的上拉电阻，第一三极管3Q1的基极接收来自第三放大器305C的电压，并通过第一三极管3Q1的发射极将它的输出电压发送至第二三极管3Q2的发射极。第二三极管3Q2工作于共基极状态，处于这种工作状态的晶体管的基极在电路中应接到放大器的参考点上，也就是应该接到双路稳压电源电路303电压参考点“第一栅极电源地”上；而用发射级来接收上一级送来的信号，通过集电极将它的输出信号发送至下一级。第二三极管3Q2的集电极连至第三三极管3Q3的基极，第三电阻3R2，第四电阻3R3和第四三极管3Q4的集电极同时接收来自双路稳压电源电路303稳压后的正向直流电压，来自双路稳压电源电路303稳压后的正向直流电压经过第四电阻3R3后，对第四三极管3Q4的基极以及第一二极管3D1提供电压，第一二极管3D1和第二二极管3D2相连，将第二二极管3D2输出接至第三三极管3Q3的集电极以及第五三极管3Q5的基极，第三三极管3Q3的发射极以及第五三极管3Q5的集电极接收来自双路稳压电源电路303稳压后的负向直流电压，将第四三极管3Q4的发射极与第五三极管3Q5的发射极相连，该发射极的连接点作为扩展放大电路306的输出端，输出与被测电子管第一栅极的电压信息相对应的波形电压，并且将该波形电压的两个电压输出端子“C”和“F”提供至输出选择单元50供其选择。

如图5所示，输出选择单元50包括X轴采样选择开关501，含有第一衰减器502A的对称式电压采样分压器502，X轴放大器503，Y轴采样选择开关504，电流采样电阻505，第二衰减器506和Y轴放大器507。其中X轴采样选择开关501，含有第一衰减器502A的对称式电压采样分压器502，X轴放大器503组成了X轴系统；Y轴采样选择开关504，电流采样电阻505，第二衰减器506和Y轴放大器507组成了Y轴系统。

X轴采样选择开关501包括两个选择开关，选择“A”和“D”，“B”和“E”，“C”和“F”中的一组电压输出端子，将X轴采样选择开关501选择进来的电压信号连接到含有第一衰减器502A的对称式电压采样分压器502进行分压处理，从对称式电压采样分压器502输出的电压信号发送至X轴放大器503进行放大，并将放大后的电压发送到示波器的X输入端；Y轴采样选择开关504包括三个选择开关，电压输出端子“D”，“E”和“F”连接至Y轴采样选择开关504的每一个选择开关供其选择，Y轴采样选择开关504中的选择被测电子管的阳极、第一栅极或第二栅极作为Y轴电流变量的选择开关接入电流采样电阻505，其余两个选择开关接“整机地”，电流采样电阻505获得了与流过电流采样电阻505的电流成正比的电压，将该电压发送到第二衰减器506，将第二衰减器506选择合适的档位，对流过电流采样电阻505的电压进行衰减，从第二衰减器506输出的电压信号发送到Y轴放大器507进行放大，最终将Y轴放大器507的输出电压接入示波器的Y输入端。

在实际的测量中，例如当Ug₁作为阶梯变量时，测量Ua-Ig₂的特性曲线，其中Ug₁指被测电子管第一栅极与阴极之间的电压，Ua指被测电子管阳极与阴极之间的电压，Ig₂指被测电子管第二栅极电流。将被测电子管的各个电极与本发明设计的图示仪中对应的接线柱连接，先利用灯丝电源60为被测电子管的灯丝供给适当的电压，由于测量时需要向作为X轴变量的电极接入正弦半波电压，作为阶梯变量的电极接入阶梯波电压，对于作为Y轴变量的电极可以接入正弦半波电压，阶梯波电压或是直流电压，因此采用单片机控制单元10的4*4矩阵键盘101设置输入被测电子管阳极的电压信息中的电压波形为正弦半波电压，被测电子管第一栅极的电压信息中的电压波形为阶梯波电压，以及被测电子管第二栅极的电压信息中的电压波形为直流电压。将4*4矩阵键盘101中设置的电压信息传送到单片机芯片102，单片机芯片102利用内置的第一A/D转换器102C通过电压输出端子“D”采集来自输出选择单元50的第一反馈信号是0V，利用第二A/D转换器102D通过电压输出端子“E”采集来自输出选择单元50的第二反馈信号是电流采样电阻505的压降。将4*4矩阵键盘101中就阳极电源20的电压信息所形成的电压波形信号与第一反馈信号0V相加形成第一PWM信号，通过第一PWM信号输出端102A对阳极电源20输出该第一PWM信号，该第一PWM信号是周期相同，占空比按|sin x|规律变化的矩形波信号。将4*4矩阵键盘101中就第二栅极电源40的电压信息所形成的电压波形信号与第二反馈信号电流采样电阻505的压降相加形成第二PWM信号，通过第二PWM信号输出端102B对第二栅极电源40输出该第二PWM信号，该第二PWM信号是周期相同，占空比近似为恒定的矩形波信号。将4*4矩阵键盘101中就第一栅极电源30的电压信息所形成的电压波形信号发送至D/A转换器103进行数模转换，对第一栅极电源30输出阶梯波电压。液晶显示屏104采用的是12864液晶显示屏，显示的是被测电子管第一栅极的阶梯波电压、阳极的正弦半波电压以及第二栅极的直流电压信息。为了消除频闪现象，在编写程序时将正弦半波的频率设置成500Hz，当显示10条曲线时，每条曲线的显示间隔时间仅为0.02s，完全消除了人眼可以察觉的频闪现象。

阳极电源20的第二稳压电路203B中包括稳压芯片78L15，第三稳压电路203C中包括稳压芯片78L05，光电耦合器204采用的是PS9614，驱动芯片电路206采用的是IR2213型驱动芯片。稳压芯片78L15的1脚是输入端，接收来自第二桥式整流电路202B的第二直流电压，2脚是接地端，接“阳极电源地”，3脚是输出端，对稳压芯片78L05的1脚，驱动芯片电路206IR2213的VDD端，VCC端以及匹配放大器205输出稳压后的直流电压。稳压芯片78L05的1脚是输入端，接收来自第二稳压电路203B稳压后的直流电压，2脚是接地端，接“阳极电源地”，3脚是输出端，对光电耦合器204的8脚提供二次稳压后的直流电压。光电耦合器204的2脚是发光二极管正极，接收来自第一PWM信号输出端102A的第一PWM信号，3脚是发光二极管的负极，接“整机地”，5脚是“地”端，这里接本电源的“阳极电源地”，6脚是输出端，对匹配放大器205的第一MOS管2Q1的栅极发送相应的信号，8脚是供电端，接收来自第三稳压电路203C二次稳压后的直流电压，其余的管脚为空脚。单片机控制单元10输出的PWM信号都以“整机地”为零电位点，匹配放大器205的输入端有时以电流采样电阻505不接地端，即“电源地”，为零电位点，如果直接将PWM信号接入匹配放大器205势必影响电流采样，因此采用光电耦合器204将单片机控制单元10的输出端与匹配放大器205的输入端加以隔离。匹配放大器205对光电耦合器204发送来的信号在幅值上进行放大，且第一MOS管2Q1输出的信号与来自光电耦合器204的信号极性相反，第二MOS管2Q2输出的信号与来自光电耦合器204的信号极性相同。匹配放大器205匹配单片机控制单元10的输出端与驱动芯片电路206的输入端。驱动芯片电路206的信号侧电源正端VDD端和驱动端的电源正端VCC端由来自第二稳压电路203B稳压后的直流电压供电，VSS端为信号侧的地端，这里接“阳极电源地”，HIN端为输出级电路207第三MOS管2Q3的驱动信号输入端，接收来自匹配放大器205的第一MOS管2Q1的漏极电压，LIN端为输出级电路207第四MOS管2Q4的驱动信号输入端，接收来自匹配放大器205的第二MOS管2Q2的漏极电压，HO端为输出级电路207第三MOS管2Q3的驱动信号输出端，接至第三MOS管2Q3的栅极，LO端为输出级电路207第四MOS管2Q4的驱动信号输出端，接至第四MOS管2Q4的栅极，COM端为驱动端的电源负端，接至“阳极电源地”，VB端接自举电容一端，VS端接至输出级电路207第三MOS管2Q3的源极与第四MOS管2Q4的漏极的连接点。驱动芯片电路206驱动输出级电路207，采用IR2213型驱动芯片，允许电压高达1200V，完全可以满足本发明图示仪的要求。当匹配放大器205的第一MOS管2Q1截止时，第二MOS管2Q2导通，以致输出级电路207中的第三MOS管2Q3导通，第四MOS管2Q4截止，输出级电路207的输出端，即第三MOS管2Q3的源极与第四MOS管2Q4的漏极的连接处，输出与单片机控制单元10发送来的第一PWM信号波形形状完全相同的信号，但是在幅值上，高电平变为第一稳压电路203A提供的稳压后的直流电压，低电平近似为0V。低通滤波器208将输出级电路207发送来的幅值发生变化的第一PWM信号进行滤波，最终输出与被测电子管阳极的电压信息相对应的正弦半波电压。

第二栅极电源40与阳极电源20的电路结构完全相同，不过第二栅极电源40接收来自单片机控制单元10第二PWM信号输出端102B发送来的第二PWM信号，最终输出与被测电子管第二栅极的电压信息相对应的直流电压。阳极电源20和第二栅极电源40的各部分电路结构能够用实现相同功能的其他电路结构代替。

第一栅极电源30的稳压电路304包括稳压芯片78L15和稳压芯片79L15，第一放大器305A，第二放大器305B和第三放大器305C全部采用CA3140AE。稳压芯片78L15的1脚是输入端，接收来自第二桥式整流电路302B的正向直流电压，2脚是接地端，接至“第一栅极电源地”，3脚是输出端，输出稳压后的正向直流电压到第三放大器305C的4脚以及为接至第三放大器305C1脚和5脚上的滑动变阻器供电。稳压芯片79L15的1脚是输入端，接收来自第二桥式整流电路302B的负向直流电压，2脚是接地端，接至“第一栅极电源地”，3脚是输出端，输出稳压后的负向直流电压到第三放大器305C的7脚。第一放大器305A作为电压跟随器，其4脚和7脚由外接±15V电源供电，连接在1脚和5脚上的滑动变阻器由外接-15V电源供电，2脚为反相输入端，接收6脚反馈回来的信号，3脚为同相输入端，接收来自输出选择单元50的第三反馈信号0V，6脚为输出端，输出0V电压。第二放大器305B作为减法器，其4脚和7脚由外接±15V电源供电，连接在1脚和5脚上的滑动变阻器由外接-15V电源供电，2脚为反相输入端，接收来自第一放大器305A输出的电压，3脚为同相输入端，接收来自单片机控制单元10经D/A转换器103进行数模转换后的阶梯波电压，该电压以“整机地”为参考点，6脚为输出端，输出上述两个电压进行相关相减运算后的电压。第三放大器305C的4脚和7脚分别接收来自稳压电路304的正向直流电压和负向直流电压作为供电电压，连接在1脚和5脚上的滑动变阻器由来自稳压电路304的正向直流电压供电，2脚为反相输入端，接收来自第二放大器305B的电压，3脚为同相输入端，第一路经第六电阻3R5接至“第一栅极电源地”，第二路接收来自扩展放大电路306输出端反馈回来的电压，第五电阻3R4和第六电阻3R5相当于一个分压器，扩展放大电路306输出端的电压经他们分压后送入同相输入端，6脚为输出端，输出放大后的电压。扩展放大电路306的第一三极管3Q1工作于共集电极状态，第二三极管3Q2工作于共基极状态，第三三极管3Q3工作于共发射极状态，第四三极管3Q4工作于共集电极状态，第五三极管3Q5工作于共集电极状态，这5个三极管均工作在放大区，对第三放大器305C发送来的电压信号进行扩展放大，扩展放大电路306输出端输出的波形与来自单片机控制单元10经D/A转换器103进行数模转换后的阶梯波电压波形形状完全相同，仅在幅值上被放大。第三放大器305C与扩展放大电路306组合而成的电路可等效为一个具有较大输出功率的运算放大器，等效的运算放大器的同相输入端为第三放大器305C的反向输入端，等效的运算放大器的反相输入端为第三放大器305C的同向输入端，等效的运算放大器的输出端为扩展放大电路306的输出端，等效的运算放大器的输入、输出参考电位点为“第一栅极电源地”，假设该等效运算放大器的放大倍数为x。单片机控制单元10经D/A转换器103进行数模转换后的阶梯波电压以“整机地”为参考点，第一栅极电源30的等效的运算放大器输入端有时以电流采样电阻505不接地端（即“电源地”）为参考点，为避免电流采样电阻505压降对第一栅极电源30与“整机地”间电压的影响，采用了上述补偿式第一栅极电源放大电路。并且当第一放大器305A分压器的分压比为1:（1-1/x）时，等效的运算放大器输出端对“整机地”电压与单片机控制单元10经D/A转换器103进行数模转换后的阶梯波电压（也以“整机地”为参考点）成正比，完全消除了电流采样电阻505压降对第一栅极电源30与“整机地”间电压的影响。第一栅极电源30最终输出与被测电子管第一栅极的电压信息相对应的阶梯波电压。第一栅极电源30的各部分电路结构能够用实现相同功能的其他电路结构代替。

对于第一栅极电源30输出的阶梯波电压的每一级阶梯的持续时间应该与阳极电源20输出的正弦半波电压的每个正弦半波的持续时间相等，并且阶梯上升或者下降的时刻应当与正弦半波过零时刻同步。

输出选择单元50的X轴采样选择开关501选择“A”和“D”两个电压输出端子，即，“阳极电压”档，将来自阳极电源20的正弦半波电压接入至对称式电压采样分压器502中进行分压，第一衰减器502A采用的是伏/格选择开关，将伏/格选择开关置于合适的档位，对称式电压采样分压器502用于防止电流采样电阻505上的压降干扰电压采样以及防止通过电压采样分压器的电流流过电流采样电阻505干扰电流测试，X轴放大器503采用的是高输入阻抗X轴放大器，其2脚和3脚接至伏/格选择开关，1脚接“整机地”，0脚接至示波器X输入端，对示波器X输入端发送处理后的正弦半波电压。输出选择单元50的Y轴采样选择开关504选择电压输出端子“E”，即，“第二栅极电流”档，将电压输出端子“D”和“F”接“整机地”，第二衰减器506采用的是毫安/格选择开关，将毫安/格选择开关置于合适的档位，以便将流过电流采样电阻505的电压进行衰减，Y轴放大器507采用的是高输入阻抗Y轴放大器，其2脚接至毫安/格选择开关，1脚和3脚接“整机地”，0脚接至示波器Y输入端，对示波器Y输入端发送处理后的直流电压。输出选择单元50的各部分电路结构能够用实现相同功能的其他电路结构代替。

将示波器的输入灵敏度开关置于1V/格，工作方式开关置于X-Y档，即可在示波器屏幕上显示被测电子管的Ua-Ig₂曲线，被测电子管的阳极电压和第二栅极电流可以从示波器屏幕上借助屏幕的刻度读出，被测电子管第一栅极电压和第二栅极电压与阳极电压峰值可以从图示仪中液晶显示屏104上读出。

Claims (7)

1.一种电子管特性曲线图示仪，其特征在于：

单片机控制单元，包括：

输入装置，用于供操作者输入关于被测电子管阳极，第一栅极和第二栅极的电压信息，其中，电压信息为被测电子管各电极所需电压的波形，周期和幅值，所述各电极的电压的波形均包括正弦半波电压、阶梯波电压和直流电压三种；以及，

单片机，用于接收所述电压信息以及来自Y轴系统的反馈输入信号，并将就阳极的电压信息所形成的电压波形信号与第一反馈输入信号相加，形成第一PWM信号，通过第一PWM信号输出端对阳极电源输出该第一PWM信号，将就第二栅极的电压信息所形成的电压波形信号与第二反馈输入信号相加，形成第二PWM信号，通过第二PWM信号输出端对第二栅极电源输出该第二PWM信号，及将就第一栅极的电压信息所形成的电压波形信号通过D/A转换对第一栅极电源输出模拟电压波形信号；

阳极电源，用于接收所述第一PWM信号，及为被测电子管的阳极提供与阳极的电压信息相对应的波形电压，以供X轴系统和Y轴系统选择；

第一栅极电源，用于接收所述模拟电压波形信号，及为被测电子管的第一栅极提供与第一栅极的电压信息相对应的波形电压，以供X轴系统和Y轴系统选择；

第二栅极电源，用于接收所述第二PWM信号，及为被测电子管的第二栅极提供与第二栅极的电压信息相对应的波形电压，以供X轴系统和Y轴系统选择；

灯丝电源，用于为被测电子管内的灯丝供电；

X轴系统，用于选择被测电子管的阳极、第一栅极和第二栅极中的一个电极作为X轴电压变量并将此电压处理后送入示波器X输入端；

Y轴系统，用于选择被测电子管的阳极、第一栅极和第二栅极中的一个电极作为Y轴电流变量并对该电流进行处理，将处理后得到的电压送入示波器Y输入端。

2.根据权利要求1所述的图示仪，其特征在于：单片机控制单元还包括液晶显示屏，所述液晶显示屏用于接收来自单片机的控制信号，显示作为示波器X轴变量的电极电压、被测电子管其它电极所加的恒定电压以及作为阶梯变量的电极电压信息。

3.根据权利要求1或2所述的图示仪，其特征在于：阳极电源和第二栅极电源的电路结构完全相同，其中阳极电源包括变压器，第一桥式整流电路，第二桥式整流电路，第一稳压电路，第二稳压电路，第三稳压电路，光电耦合器，匹配放大器，驱动芯片电路，输出级电路和低通滤波器：

变压器，用于将外接电源的交流电压变换成适合阳极电源的交流电压，并将变换后的第一交流电压送至第一桥式整流电路，将变换后的第二交流电压送至第二桥式整流电路；

第一桥式整流电路，用于将来自变压器第一次级线圈的第一交流电压进行整流，将整流后的第一直流电压送至第一稳压电路；

第二桥式整流电路，用于将来自变压器第二次级线圈的第二交流电压进行整流，将整流后的第二直流电压送至第二稳压电路；

第一稳压电路，用于接收来自第一桥式整流电路的第一直流电压进行稳压，为输出级电路提供所需直流电压；

第二稳压电路，用于接收来自第二桥式整流电路的第二直流电压进行稳压，为第三稳压电路提供输入电压，并且为匹配放大器和驱动芯片电路提供电压；

第三稳压电路，用于接收来自第二稳压电路的电压，并为光电耦合器提供电压；

光电耦合器，由第三稳压电路供电，用于接收来自单片机控制单元第一PWM信号输出端的第一PWM信号，并为匹配放大器提供输入电压；

匹配放大器，由第二稳压电路供电，用于接收来自光电耦合器的电压，并为驱动芯片电路提供输入电压；

驱动芯片电路，由第二稳压电路供电，用于接收来自匹配放大器的电压，并为输出级电路提供输入电压；

输出级电路，由第一稳压电路供电，用于接收来自驱动芯片电路的电压，根据第一PWM信号来调解输出波形的占空比，输出相应的电压到低通滤波器；

低通滤波器，用于接收来自输出级电路的电压，并对该电压进行滤波，输出与被测电子管阳极的电压信息相对应的波形电压，以便供X轴系统和Y轴系统选择。

4.根据权利要求1所述的图示仪，其特征在于：第一栅极电源包括变压器，第一桥式整流电路，第二桥式整流电路，双路稳压电源电路，稳压电路，第一放大器，第二放大器，第三放大器和扩展放大电路：

变压器，用于将外接电源的交流电压变换成适合第一栅极电源的交流电压，并将变换后的第一交流电压通过第一次级线圈送至第一桥式整流电路，将变换后的第二交流电压通过第二次级线圈送至第二桥式整流电路，并且变压器的第一次级线圈和第二次级线圈均有中心抽头，将第一次级线圈的中心抽头及第二次级线圈的中心抽头相接，作为双路稳压电源电路与稳压电路的参考电位点；

第一桥式整流电路，用于将来自变压器第一次级线圈的第一交流电压进行整流，将整流后的正向直流电压和负向直流电压发送至双路稳压电源电路；

第二桥式整流电路，用于将来自变压器第二次级线圈的第二交流电压进行整流，将整流后的正向直流电压和负向直流电压发送至稳压电路；

双路稳压电源电路，用于接收来自第一桥式整流电路的正向直流电压和负向直流电压进行稳压，为扩展放大电路提供稳压后的正向直流电压，负向直流电压以及参考电位点；

稳压电路，用于接收来自第二桥式整流电路的正向直流电压和负向直流电压进行稳压，为第三放大器提供供电电压与参考电位点；

第一放大器，作为电压跟随器由外接±15V电源供电，其同相输入端接收来自Y轴系统的第三反馈输入信号，第一放大器的输出电压经分压器分压后为第二放大器反相输入端提供输入电压；

第二放大器，作为减法器由外接±15V电源供电，第二放大器的同相输入端接收来自单片机控制单元经D/A转换器进行数模转换后的模拟电压波形信号，第二放大器的反相输入端接收来自第一放大器的电压，将上述两个电压进行相关相减运算后为第三放大器提供输入电压；

第三放大器，用于接收来自稳压电路稳压后的正向直流电压和负向直流电压作为供电电压，第三放大器的同相输入端分为两路，第一路经电阻接至第一栅极电源地，第二路接收来自扩展放大电路输出端反馈回来的电压，第三放大器的反相输入端接收来自第二放大器发送来的电压信号，其输出端输出放大后的电压至扩展放大电路；

扩展放大电路，用于与上述第三放大器进行组合，组合后的电路等效成一个运算放大器，等效的运算放大器的同相输入端即为上述第三放大器的反向输入端，等效的运算放大器的反相输入端即为上述第三放大器的同向输入端，等效的运算放大器的输出端为扩展放大电路的输出端，上述等效运算放大器的放大倍数为x，上述等效的运算放大器用于对第二放大器发送来的的电压进行放大，输出与被测电子管第一栅极的电压信息相对应的波形电压，以便供X轴系统和Y轴系统选择。

5.根据权利要求4所述的图示仪，其特征在于：当第一放大器分压器的分压比为1:（1-1/x）时，上述等效的运算放大器的输出端对整机地的电压与单片机控制单元对第一栅极电源中第二放大器的同相输入端输出的模拟电压波形信号成正比。

6.根据权利要求1所述的图示仪，其特征在于：X轴系统包括X轴采样选择开关，含有第一衰减器的对称式电压采样分压器和X轴放大器：

X轴采样选择开关，用于选择被测电子管的阳极、第一栅极和第二栅极中的一个电极作为X轴电压变量；

含有第一衰减器的对称式电压采样分压器，用于防止电流采样电阻上的压降干扰电压采样以及防止通过电压采样分压器的电流流过电流采样电阻干扰电流测试；

X轴放大器，用于将来自对称式电压采样分压器的电压进行放大，并将放大后的电压送至示波器X输入端。

7.根据权利要求1所述的图示仪，其特征在于：Y轴系统包括Y轴采样选择开关，电流采样电阻，第二衰减器和Y轴放大器：

Y轴采样选择开关，用于选择被测电子管的阳极、第一栅极和第二栅极中的一个电极作为Y轴电流变量；

电流采样电阻，用于获得与流过电流采样电阻的电流成正比的电压，所述电流采样电阻接于整机地与电源地之间；

第二衰减器，用于对电流采样电阻两端的电压进行衰减；

Y轴放大器，用于将来自第二衰减器的电压通过Y轴放大器放大后送至示波器的Y轴输入端。

Images