实验题目：示波器通道扩展电路的设计与实现

1. 课程简要信息

课程名称：电子电路课程设计；学时：48 学时（2 周实训周）；专业：电子科学与技术、通信工程、自动化等专业课题；开课时间：三年级上学期。

2. 实验内容与任务（限 500 字）

示波器通道扩展电路的主要功能是利用示波器原有的两个通道，通过设计转换电路将示波器的测试通道扩展为可同时测量 4个被测信号的4通道示波器。

1．基本任务

1）通过 CH1 通道作为 4 路被测信号的输入，CH2 通道作为 4 路被测信号的直流位移输入，在屏幕上能均匀稳定显示 4路输入信号波形。

2）输入电压范围 10mVpp~1Vpp。
3）4路信号的负载阻抗≧ $1 0 0 \boldsymbol { \mathrm { k } } \Omega$ 。
4）被测信号的频率范围 1kHz~1MHz。

I1.扩展任务

只用双踪示波器的一个通道实现单综/四综的转换。

3. 实验过程及要求（限 300 字）

1）了解示波器通道扩展电路的工作方式和工作原理；
2）根据指标要求结合整体电路考虑，合理选择电阻、运放、计数器或触发器、模拟开关等元件，设计量程放大器电路和节拍产生电路；
3）根据示波器通道扩展电路整体结构要求，设计整体电路，并仿真该电路；
4）撰写预习报告，分组讨论设计难点和疑点，比较各种设计方案特点，确定具体设计电路；
5）根据设计，合理布线，在面包板上实现整体电路功能；
6）考虑只用双踪示波器的一个通道实现单综/四综的转换方法，并进行仿真与实现；
7）撰写设计总结报告，交流实现情况，总结设计心得。

4. 相关知识及背景（限 150 字）

本设计是一个工程中的实用案例，需要有一定的模拟电路和数字电路理论知识基础，用到节拍电路、量程放大器及参数设定等相关知识和实验技术方法。并涉及一些芯片选择、参数误差及电路抗干扰等工程概念和方法。

5. 教学目标与目的（限 100 字）

实验中经过查阅资料、选择设计方案、绘制电路、仿真、实现和设计报告撰写的完整过程，运用正确的测试方法对项目做出技术评价，提高工程能力。

6. 教学设计与引导

本实验是一个比较完整的内容，需提前给学生一些设计思路的引导，设计过程中适当进行指导，实验完成后帮助学生作出总结和改进。教学过程中主要在以下几个方面加强指导：

1）引导学生主动去了解一些关于示波器通道显示的工作过程。

$\diamondsuit$ 为了能在整个设计过程中对电路进行调测，提示学生需要预先搭建一个 4 路信号产生电路，用于电路功能的测试。

$\diamondsuit$ 如何设计 4 路被测信号的直流位移输入，怎样在屏幕上能均匀稳定显示 4 路输入信号波形。

输入电压范围和 4 路被测信号的直流位移输入的关系？

4路信号的负载阻抗的要求和设计电路的关系？

被测信号的频率范围与设计电路的关联有哪些？

2）在电路设计、搭建和调试过程中，充分利用仿真工具，用标准的仪器设备和合理正确的测试方法进行调测。

整个实验过程中注意学生设计的规范性，包括设计方法、电路绘制、电路搭建和调测等方面；注意方式方法的指导，引导学生观察工作电源、元件参数等对系统指标的影响，对电路稳定性和可靠性的影响。

7. 实验原理及方案

1）系统结构

2）实现方案

设被测信号送双踪示波器的 CH1。其垂直偏转置 0.1V/div，水平偏转置 0.1ms/div。横坐标调整到屏幕坐标片的底线。耦合方式为直流。

双四路模拟开关 CD4052 管脚图

1）CP1由信号发生器提供一路16kHz 的TTL数字信号，供产生4路被测信号。

2）一路分四路

用一片 74161 计数器产生四路 TTL 数字信号。分别为 8kHz、4kHz、2kHz、1kHz。

3）电子开关A四选一电子开关A分时依次选择四路信号

4）分压衰减电路

为了简化电路，利用电阻和电位器分压，并通过调整电位器得到 10mVpp~1Vpp 范围内的四路信号，以满足输入电压范围的要求。

5）可变增益放大电路

为了在示波器屏幕上显示高度各为 1 大格不变的四路信号，当输入信号幅度分别为0.01V、0.1V、1V 时，需将输入信号分别放大 10 倍、1 倍、0.1 倍。这由反向比例放大器实现。

6）电子开关 C

配合反向比例放大器，选择不同的反馈电阻实现不同的电压增益

7）手动选择开关

两个自锁型双向开关，手动提供“00”、 “01”、 “10”、 “11”地址信号，控制

四选一电子开关 C，为放大电路选择不同的反馈电阻，实现不同的增益要求。

8）CP2

使用 NE555 搭建一个振荡电路，为电子开关控制电路提供 CP 信号。教材 P135 有NE555 的设计参考资料。CP2的周期应大于等于 1ms。

9）电子开关控制电路

为四选一电子开关 A 和 B 提供自动循环的“00”、 “01”、 “10”、 “11”地址信号。电子开关 A和B应同步工作。

10）电子开关 B

为四路信号选择不同的直流偏置电压，与对应的信号叠加后，使得四路信号显示在屏幕的不同高度位置。

11）直流偏置分压电路

由电阻分压电路获得不同的直流偏置电压，供电子开关 B 选择。有-0.6V、-0.4V、-0.2V、-0V 四档。

12）电压跟随器

由增益为1的反向加法器组成，将可变增益放大器的输出信号与直流偏置电压叠加求和后送示波器 CH1通道。

8. 教学实施进程

9. 实验报告要求

实验报告需要反映以下工作：

1）课题概述
2）整体方案论证
3）电路设计与参数选择
4）电路调测过程
5）实验数据记录
6）数据处理分析
7）实验结果总结

10.考核要求与方法（限 300 字）

1）实验预习：实验方案的选择和论证，实验电路初稿绘制。
2）实验操作：电路搭建和调测的规范性，仪器仪表的使用，调测方法的正确性。
3）实物质量：电路摆布的合理性，搭建质量。
4）实物验收：功能与性能指标的完成程度，完成时间。
5）自主创新：功能构思、电路设计的创新性，自主思考与独立实践能力。
6）实验报告：实验报告的规范性与完整性，测试数据和测量误差。

11.项目特色或创新（可空缺，限 150 字）

示波器通道扩展是仪器仪表中的基本电路，原理简单，但实现方法多样，涉及到较多的相关模拟电路和数字电路知识。对于学生来说设计思路明确，容易理解。对于教学来说，也可以方便的进行变化，根据学生的能力强弱确定不同的实现要求，适应不同的教学要求。

实验案例信息表