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TEKTRONIX 5A22N 差分放大器
时间: 2025-11-18浏览次数：
TEKTRONIX 5A22N 差分放大器
TEKTRONIX 5A22N 差分放大器
操作说明（SECTION 1）
1. 仪器描述
定位：高增益差分放大器插件单元，用于 5100 系列示波器，可直接耦合输入以实现高灵敏度。
核心特性：
带宽：最大DC 至 1MHz，可通过 HF-3dB（高频）和 LF-3dB（低频）开关限制带宽以提升信噪比；
偏转系数：旋钮裙边发光显示，支持 10X 编码探头自动缩放；
其他：高共模抑制比（CMRR）、可变 DC 偏移，适用于小信号在大 DC 电平上的显示。
2. 面板控件与接口（关键功能）
控件 / 接口 功能描述
DISPLAY 开关插件工作状态（仅垂直舱有效），开启时旋钮裙边灯亮
POSITION 调节屏幕上的轨迹位置
HF -3dB / LF -3dB - HF-3dB：1-3-10 序列 7 档（0.1kHz-1MHz），降低上限带宽提升信噪比
- LF-3dB：1-10-100 序列 7 档（DC-10kHz），AC 耦合时限制为 2Hz；DC OFFSET 档位下可调节 DC 偏移
VOLTS/DIV - 校准档：18 档 1-2-5 序列，10μV/Div 至 5V/Div（精度 2%）
- 可变档：非校准连续调节，范围延伸至12.5V/Div
DC OFFSET（COARSE/FINE） 需 LF-3dB 置于 DC OFFSET 档，实现小信号在大 DC 电平上的显示调节
STEP ATTEN DC BAL 平衡输入放大器，减少 VOLTS/DIV 切换时的轨迹偏移
输入耦合按钮（AC/DC/GND/PRE CHG） - AC：电容耦合（阻断 DC）；DC：直接耦合
- GND：输入接地（断开信号）；PRE CHG：AC+GND 按下，预充电耦合电容至信号 DC 电平
+/- 输入接口 BNC 接口，+ 端正信号向上偏转，- 端正信号向下偏转；带 10X 编码探头环
3. 基础操作步骤
安装与开机：
插入：对齐插件导轨与 5100 系列模块舱（优先垂直舱：中心 / 左侧；X-Y 操作可插水平舱），面板需与示波器齐平；
开机：示波器亮度调至最低→开机→预设时基（2ms/Div）与触发（自动触发）。
初始设置：
DISPLAY 设为 ON，+/- 输入耦合设为 DC+GND，POSITION、STEP ATTEN BAL 调至中值，HF/LF-3dB 设为全带宽，VOLTS/DIV 设为 50mV/Div，可变档拧至 CAL（顺时针到底）。
预热与轨迹调整：
预热：短期 DC 测量 5 分钟，长期 DC 测量 15 分钟；
调亮度至正常，轨迹应在刻度中心附近，用 POSITION 将轨迹移至中心线下 2 格。
信号测量示例：
单端 DC 耦合：+ 输入接 400mV 峰峰值校准信号→释放 + GND→显示 4 格方波（底部对齐步骤 3 参考线）；
单端 AC 耦合：POSITION 移轨迹底部至中心→按下 AC→轨迹向下偏移约 2 格（至平均值）；
差分 AC 耦合：+/- 输入接双输入电缆→- 输入设为 AC→显示直线（共模信号被抑制）。
4. 关键注意事项
输入保护：输入 FET 栅极最大电压 ±12V（二极管钳位），信号源电流超过 1/16A 时输入保险丝会熔断；
预充电（PRE CHG）：测量含 DC 分量的 AC 信号时，先按 AC+GND 接信号→等待 1 秒充电→释放 GND，避免耦合电容充电电流损坏信号源；
高阻抗输入：VOLTS/DIV 在 50mV-10μV 档时，移除电路板跳线可断开 1MΩ 接地电阻，实现高阻抗输入（需信号源提供 FET 栅极电流 DC 通路）。
5. 电气特性（核心参数）
特性 具体参数
带宽（-3dB） - DC 耦合：DC 至≥1MHz（与偏转系数无关）
- AC 耦合：2Hz 至≥1MHz
共模抑制比（CMRR） - DC 耦合：10μV/Div-0.1mV/Div 档≥100dB（DC-30kHz，20Vp-p 正弦波）；0.1V/Div-5V/Div 档≥50dB（100Vp-p 正弦波）
- AC 耦合：5kHz 及以上≥80dB，10Hz 时降至 50dB
DC 偏移范围 - 10μV/Div-50mV/Div 档：±0.5V
- 100mV/Div-5V/Div 档：±50V
输入 RC 1MΩ（±0.1%）并联约 47pF
最大输入电压 - DC 耦合：10V (DC + 峰 AC)（10μV-50mV 档）；350V (DC + 峰 AC)（100mV-5V 档）
- AC 耦合：350VDC+10V 峰 AC（10μV-50mV 档，预充电后）；350V (DC + 峰 AC)（100mV-5V 档）
噪声 全带宽（DC-1MHz）下≤20μV（25Ω 源电阻，切线测量）
工作原理（SECTION 2）
1. 整体框图路径
信号→输入耦合（AC/DC/GND）→输入衰减器（1X/100X，频率补偿）→前置放大器（差分结构，浮地电源）→低频限制电路（LF-3dB 切换）→增益切换级（VOLTS/DIV 控制）→偏移发生器（DC OFFSET）→隔离级（射极跟随器）→输出放大器（推挽结构，POSITION 调节）→触发信号放大器（输出至时基插件，0.25V / 显示格）。
2. 核心电路模块解析
输入衰减器：
衰减比：VOLTS/DIV 0.1V-5V 档 100X 衰减，10μV-50mV 档 1X 衰减；
特性：频率补偿，维持 1MΩ//47pF 输入特性，通过 R132（ATTEN DC CMR）平衡共模信号。
前置放大器：
结构：两个相同运放组成差分电路（Q150A/B、Q190A/B、Q200A/B）；
浮地电源：由 Q170/Q176（恒流源）、VR173/175/176（齐纳管）组成，随共模信号变化，维持放大器件工作点稳定，提升 CMRR；
栅极电流补偿：R121/R127 调节，抵消 FET 栅极漏电流（≤100pA），避免高灵敏度档偏移（如 10μV/Div 档 100pA×1MΩ=100μV 偏移，可能导致轨迹偏移屏幕）。
DC 偏移发生器：
结构：Q240/Q244/Q246A/B 组成电压比较器，VR251（齐纳管）提供参考电压；
功能：通过 COARSE（R260）和 FINE（R268）调节，产生偏移电流抵消输入信号 DC 分量，最大抵消 0.5V。
输出放大器：
结构：推挽放大器 Q348/Q352，R351（GAIN）调节总增益以匹配主机需求；
位置调节：Q360/Q362（定位电流驱动），R360（POSITION）改变电流，调节 CRT 光束静态位置。
校准（SECTION 3）
1. 校准前提与准备
适用场景：仪器维修后、长期使用（组件老化）导致精度超差；
环境要求：温度 20-30℃，预热 20 分钟；
设备拆卸：移除 5A22N 左侧保护盖和 5100 系列示波器左侧面板（或用插件扩展器 067-0645-00）；
初始设置：5A22N 控件设为 POSITION 中值、LF-3dB=1Hz、HF-3dB=1MHz、VOLTS/DIV=50mV、可变档 = CAL、+/- 输入 = DC+GND、STEP ATTEN BAL 中值；5B10N 时基设为自动触发、+ 斜率、AC 耦合。
2. 所需测试设备（含配件）
设备类型 具体要求 / 型号示例
示波器系统 5100 系列（含 5B10N 时基插件）
恒幅正弦波发生器 频率 2Hz-1MHz，输出 0.5V-40Vp-p（如 General Radio 1310-B）
标准幅度校准器 1kHz 方波，输出 5mV-50V，精度 ±0.25%（推荐 067-0502-01）
配件 - 同轴线：50Ω，42 英寸，BNC（012-0057-01）
- 双输入电缆：匹配信号路径，BNC（067-0525-00）
- 1000:1 分压器：精度 ±0.2%（067-0529-00）
- 输入 RC 归一化器：1MΩ×47pF（067-0541-00）
- 串联终端：50Ω，精度 ±2%（011-0049-01）
3. 关键校准步骤（核心 8 步）
步进衰减器平衡：
调 R292（AC STEP ATTEN BAL）：切换 VOLTS/DIV 50mV-0.1V，轨迹偏移最小；
调 R318（VAR BAL）：可变档从 CLOCKWISE 拧至 COUNTERCLOCKWISE，轨迹偏移最小；
调 R250（COARSE DC BAL）：LF-3dB 设为 DC，切换 VOLTS/DIV 50mV-0.1V，轨迹偏移最小。
栅极电流调节：
+ 输入接 50Ω 终端→LF-3dB=DC→释放 + GND→切换 + AC，调 R121（+GATE CURRENT），轨迹偏移最小；
- 输入接 50Ω 终端→按下 + GND→释放 - GND→切换 - AC，调 R127（-GATE CURRENT），轨迹偏移最小。
衰减器 DC 共模抑制：
释放 +/-GND→VOLTS/DIV=0.1V→+/- 输入通过双电缆接 50V 方波（校准器）→调 R132（ATT DC CMR），显示幅度最小。
输入补偿：
-GND 按下→VOLTS/DIV=50mV→+ 输入接 0.5V 方波（经 RC 归一化器）→调 C118（ATTEN TIME CONSTANT），方波前沿最佳；
同理，- 输入调 C148、C145、C142。
放大器增益校准：
VOLTS/DIV=10mV→+ 输入接 50mV 方波→调 R351（GAIN），显示幅度恰好 5 格；
可变档拧至 COUNTERCLOCKWISE，显示幅度需 < 2 格，再拧回 CAL。
VOLTS/DIV 精度检查：
VOLTS/DIV=5V→+ 输入接 20V 方波（经 1000:1 分压器 X1 档）→逐档下调 VOLTS/DIV，同步调节校准器输出，确保显示 4-5 格，精度 ±2%；
VOLTS/DIV=5mV 档→分压器设 X1000→校准器输出 20V→HF-3dB=10kHz→重复上述检查。
共模抑制比（CMRR）校准：
释放 - GND→VOLTS/DIV=10mV→+/- 输入接 20Vp-p、50kHz 正弦波→调 C160（CMR 2），显示最小；
VOLTS/DIV=50μV→时基 = 10μs/Div→调 C220（CMR 1），显示最小；
LF-3dB=0.1kHz→调 C210（CMR 3），显示最小，重复至无交互影响。
带宽校准：
-GND 按下→VOLTS/DIV=1mV→LF-3dB=DC→时基 = 1ms/Div→+ 输入接 1kHz、8 格正弦波→发生器输出 1MHz→调 C330，显示幅度降至 5.6 格（-3dB 点）。
图纸与零件清单（SECTION 4）
1. 符号与参考标识规则
元件符号：遵循 ANSI Y32.2-1970 标准，逻辑符号遵循 MIL-STD-806B（正逻辑）；
参考标识前缀：C = 电容、R = 电阻、Q = 晶体管、CR = 二极管、F = 保险丝、J = 固定连接器、S = 开关、VR = 稳压管（齐纳管）等。
2. 核心零件清单（示例）
零件类型 参考标识 Tektronix 零件号 规格描述
电容 C103 283-0002-00 0.01pF，陶瓷，500V
电容 C133 283-0626-00 1800pF，云母，5%
电阻 R120 322-0481-07 1MΩ，1/4W，1/10%
电阻 R121 311-1223-00 250Ω，可变
晶体管 Q150A/B 151-1027-00 硅 FET，可替换为 D/2N4394 或 FD1392
晶体管 Q103/Q105 151-0347-00 硅 NPN，可替换为 2N5551
二极管 VR138 152-0520-00 齐纳管，1W，12V，可替换为 UZ8712 或 HW12B
开关 S210（LF-3dB） 105-0310-00 凸轮开关
开关 S280（VOLTS/DIV） 105-0309-00 凸轮开关
电路板 A1 670-1894-00 主电路板组件
