Question

求电路高手，帮我分析一下，下面电路图是怎么实现示波器的功能。

第一图，我知道首先是电阻电容分压，然后电压跟随器，然后电压比较器与8选一的通道，然后加法器，不知道我理解的对不对，可是我想知道这个是怎么实现示波器功能的呢？
第二个图。是为了得到负1.5V的电压，但是为什么需要用到两个运放呢？正1。5V电压连接到负输入端，输出不就是正的吗？为什么需要两个呢？

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Answer 1

这是单片机应用的实验线路，没有实用价值。这是模拟信号输入处理部分，单片机控制模拟开关 （CD4051）选择放大器的放大倍数，输入信号反相了，所以最后一级是 1:1 反相放大器，把相位纠正，单片机的模数转换器（A/D）是单极性的，零点是 3.3/2 V ，电平要移动。

追问

一开始的1M的电阻，是为了分压还是为了提高输入电阻？射极跟随器不是三极管组成的吗？这里的跟随器是提高输入电阻，降低输出电阻的吗？最后的一个电平平移，后面接了一个0到3.3V的过压保护。电平平移到0V以下，经过过压保护电路，那不是又变成正数了吗？

追答

1MΩ 是示波器行业的标准输入电阻，适当分压可以提高信噪比。运放的放大倍数极高，做跟随器最理想，Ri ≈ ∞，Ro ≈ 0 。电平移动是把输入电压范围从 -5V ~ +5V 移动到 0 ~ 3.3V 之间。

追问

要是分压的话，那不是输入的波形的电压不是变了吗？-5~+5这怎么平移到0到3。3V的？？？我看平移电压是-1.5V啊，

追答

后级电路还有放大，最终数据处理是单片机，测量校准很简单。
- 1.5V 如果输入到运放的正输入端，输出是负的，即波形下移；现在是输入到负输入端，输出是反相，自然是上移。

追问

你看看我的提问下面还有一个图，为什么需要两个运放？一个运放不就可以得到负电压吗？加法器和电压并联有什么区别咧？

追答

"第一图，电压比较器与8选一的通道"?
我已经回答了：“单片机控制模拟开关 （CD4051）选择放大器的放大倍数，”在图上我也标注了：“数控电阻 Rf ”！ Rf 是什么？单片机选择放大倍数怎么会是电压比较器呢？！你如果基本的运放知识都没有掌握，CD4051 的功能表也不仔细分析，怎么能一步到位分析复杂的电路？我的回答你就这么马马虎虎地浏览一遍，能正确掌握知识吗？

“第二个图。是为了得到负1.5V的电压，但是为什么需要用到两个运放呢？正1。5V电压连接到负输入端，输出不就是正的吗？为什么需要两个呢？"
这个问题我也回答了：“运放的放大倍数极高，做跟随器最理想，Ri ≈ ∞，Ro ≈ 0 。”跟随器不吸收信号源的功率，作为阻抗变换用，使 1.5V 信号源变成理想电压源。一片 TL084 是4个运放，闲着也是浪费资源。
电子整机电路就是教材上的基本功能电路组合成的整体，自己补补课吧。

“这是模拟信号输入处理部分”，测量靠的是带 A/D 的单片机！整个系统才是数字化示波器的雏形，还要完成波形再生、校准、分析，软件至少占 60 % 的分量。

追问

嗯，第一个图，看了你的分析，后来我看懂了。主要是没有看出来CD4051是就是为了选择RF用的。我还是有一点没有明白，就是电平平移的地方，要是输入信号是-5~+5V，经过1.5V的平移电压，输出范围应该是-3.5~6.5V啊，怎么能平移到0到3.3V呢？我知道这个是模拟信号处理部分，单片机的波形再生，校准，分析的变成是不是要根据前面的电路来？

追答

你为什么不自己计算一下呢？设 1MΩ 电阻上的电压是 +5V 、-5V 。

追问

是的，是的，是我算错了，我把分压搞反了，嘿嘿。我想问你一下啊，你是怎么学模电的啊？

追答

教材已经很精炼了，里面的基础知识认真学好即可。

追问

刚刚那个电路输入电压是不是正负不能超过7.5伏呀…输入经过一个分压只剩下五分之一，然后平移电平是1.5，就是1.5×5等于7.5。这样算对不对

追答

是的 。
CD4051 选择 X0 时，Rf = 100kΩ ，U6B 没有放大信号，三级运放构成直通电路，以 A/D 入口电压范围是 0 ~ 3V 计算，输入电压最大值：
1.5V / Ui_max = 200k / 1M
Ui_max = 1.5 * 10 / 2
= 7.5 V

追问

谢谢啦…你这模电真实厉害…对了，我还想问一下，加法器和并联电压相加在最终结果上面是不是没有什么区别？

追答

加法器等于输入电压串联相加。

追问

电路里面同时使用运放方法和三极管放大有什么作用？什么时候用三极管放大，什么时候用运放放大咧

追答

运放唯一的弱点是输出电流小，在没有合适的功率芯片的情况下，用三极管做输出级，除此之外我找不到用分立元件的理由。

Answer 2

回答第二个问题吧。U9D是跟随器，输出电压与12脚输入电压是一样的。不过仪表首先的要求就是输入电阻必须趋近于无穷大。如果直接使用反相放大电路，输入电阻比较小，会导致输入信号被损失。而跟随器就是一个输入电阻无穷大的玩意，他可以防止输入信号被损失掉