Генераторы развертки. Назначение. Схема. Синхронизация генераторов развертки

ПРОСТОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ

И. До лежи лек, М. Мунзар (ЧСФР)

Электронно-лучевой осциллограф, о котором пойдет речь в статье, предназначен для исследования постоянных и переменных сигналов частотой 0… 5 МГц. Его основные достоинства — калиброванные чувствительность усилителя вертикального отклонения луча и длительность развертки, позволяющие не только наблюдать сигнал, но и измерить его параметры, а также относительно небольшие размеры.

Технические характеристики осциллографа Канал вертикального отклонения луча

Для удобства работы с оциллографом численные значения коэффициентов отклонения канала вертикального отклонения (КВО) луча и длительности развертки выбраны кратными числам 1, 2 и 5. Предусмотрена возможность ступенчатого увеличения чувствительности канала горизонтального отклонения (КГО) в 10 раз («Временная лупа»), плавного регулирования уровня исследуемого сигнала и длительности развертки, запуска развертки в любой точке фронта или спада сигнала.

Функциональная схема осциллографа изображена на рис. 1. Исследуемый сигнал, поданный на входное гнездо XW1, через переключатель SA100 поступает на входной делитель А1, с помощью которого его ослабляют до необходимого уровня. Делитель рассчитан таким образом, что при всех коэффициентах деления его входное сопротивление неизменно. Это позволяет включать между контролируемым устройством и входом осциллографа выносной делитель, мало влияющий на исследуемые цепи.

Исследуемый сигнал усиливается усилителем КВО А2 и поступает на соответствующие отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) VL1, отклоняя луч в вертикальном направлении, на другой вход усилителя подается регулируемое переменным резистором R103 постоянное напряжение, уровень которого определяет положение осциллограммы на экране ЭЛТ по вертикали. С выхода одного из каскадов усилителя снимается синхронизирующее напряжение для внутреннего запуска временной развертки.

Прямоугольные импульсы амплитудой 1 В с частотой следования около 1 кГц, необходимые для контроля калибровки КВО и проверки частотной компенсации выносного делителя, вырабатывает генератор G1.

Для горизонтального откло;:’4;^ луча используется либо напряжение временной развертки, либо внешнее напряжение, если осциллограф работает как индикатор X—Υ.

Устройство временной развертки включает в себя генератор пилообразного напряжения и генератор запускающих импульсов. Первый из них выполнен в виде

интегратора Миллера, управляемого триггерами DD2 и U1, и может работать в ждущем и автоколебательном режимах. Интегратор образован инвертирующим усилителем А4, конденсатором обратной связи Ct и зарядным резистором Rt. Ступенчатое изменение длительности развертки осуществляется переключением цепей RtCt переключателем «Время/дел.», плавное — изменением зарядного тока интегратора переменным резистором Jft14. Пилообразное напряжение через разделительный усилитель А7 поступает на гнездо XS3 для использования, например, в генераторе качающейся частоты.

Импульсы с выхода триггера DD2 усиливаются разделительным усилителем А6 и через высоковольтный конденсатор (CI0+C11) поступают на модулятор ЭЛТ VL1 для засветки луча. Постоянная составляющая напряжения восстанавливается диодом VD16. К сожалению, этому схемному решению свойствен существенный недостаток: из-за наличия в цепи сигнала засветки конденсатора луч через некоторое время начинает светиться и без пилообразного напряжения. Однако этот недостаток проявляется только в отсутствие синхронизирующего сигнала в режиме ждущей развертки, когда в левой части ЭЛТ начинает светиться точка. Опыт авторов показал, что для примененной ЭЛТ это не опасно, тем не менее оставлять ее в таком состоянии длительное время не стоит.

Как видно из схемы, синхронизирующее напряжение на вход генератора запускающих импульсов может поступать через переключатель SB103 («Запуск») либо из усилителя А2 КВО («Внутр.»), либо с гнезда XS2 («Внеш.»). Компаратор АЗ и триггер Шмитта U2 формируют из этого напряжения запускающие импульсы, фронты которых переменным резистором R109 и переключателем

SA101 можно поместить в любую точку синхронизирующего сигнала, т. е. развертку можно запустить в любой точке временной кривой исследуемого сигнала.

Режим работы устройства временной развертки выбирают переключателем SB 102. При его положении «Ждут·» генератор пилообразного напряжения работает в ждущем режиме, в положении «Авт.»— в режиме автоколебаний (в этот режим его переводит детектор импульсов U3).

Если осциллограф используется в качестве индикатора X—Y, генератор пилообразного напряжения выключают. Его инвертирующий усилитель в этом случае выполняет функции предварительного усилителя внешнего отклоняющего напряжения, подводимого к гнезду XS2.

Отклоняющее напряжение (развертки или исследуемое) подается на вход усилителя А5 КГО, который усиливает его до уровня, необходимого для отклонения пластинами Χι, Хг ЭЛТ VLI. Выключатель SB101 служит для изменения коэффициента усиления усилителя А5 в 10 раз, переменный резистор R116— для смещения луча по горизонтали.

В осциллографе применена ЭЛТ с плоским экраном B10S3. Ее питание организовано таким образом, что напряжение на отклоняющих пластинах и на втором аноде (относительно общего провода) равно +100 В, а на катоде — около —1 160 В. Модулятор ЭЛТ подсоединен к движку переменного резистора R102 («Яркость»), благодаря чему напряжение на нем можно изменять от 0 до —40 В (относительно катода), что соответствует полному гашению луча.

Источник питания осциллографа вырабатывает стабилизированные напряжения + 5, +12 и —12 В и нестабилизированные +200 и —I 200 В. Питание ЭЛТ нестабилизированным напряжением приводит к тому, что при колебаниях напряжения сети размеры осциллограмм несколько изменяются, однако для простого осциллографа это можно считать допустимым.

Принципиальная схема входного делителя осциллографа показана на рис. 2. Делитель двухступенчатый, каждая ступень состоит из двух частотно скомпенсированных звеньев затухания с регулируемой входной емкостью. Звенья первой ступени ослабляют сигнал в 10 и 100 раз, второй — в 2 и 5 раз. Различными комбинациями звеньев с помощью переключателя SA100 создается девять кратных числам 1, 2 й 5 значений коэффициента передачи делителя от 1 до 0,002.

Калибратор амплитуды выполнен на микросхеме DD1. Три его элемента (DDI.1— DD1.3) использованы в генераторе прямоугольных импульсов, четвертый (DD1.4) — в качестве электронного ключа, шунтирующего делитель R2R3, с которого снимается калиброванное напряжение 1 В. Частота генерируемых колебаний зависит от емкости конденсатора С2 и сопротивления резистора RI.

Принципиальная схема усилителя вертикального отклонения луча изображена на рис. 3. Усилитель симметричный трехкаскадный, связь между каскадами гальваническая. Первый каскад собран по схеме истокового повторителя на полевых транзисторах VT1, VT2 и ослабляет влияние усилителя на входной делитель, второй каскад (VT3—VT6) выполняет функции инвертора и широкополосного усилителя с малым выходным сопротивлением, третий — оконечный

Рис. 3

(VT7, VT8)—усиливает сигнал до размаха, необходимого для отклонения луча пластинами Иа весь экран ЭЛТ Коэффициент усиления усилителя регулируют подстроечным резистором R16, в области низших частот его корректируют резистором R27, средних — резистором R28 В области высших частот АЧХ определяется постоянной времени цепи R29C4 Ток покоя транзисторов оконечного каскада устанавливают подстроечным резистором R24, луч в середину экрана (при среднем положении движка резистора R103) — подстроечным резистором R9.

Усиление рассматриваемого усилителя намеренно выбрано относительно небольшим (чувствительность осциллографа всего 20 мВ на деление, тогда как обычно этот параметр примерно в 10 раз лучше), что обусловлено неудовлетворительными характеристиками доступных полевых транзисторов, которые значительно и, главное, несогласованно изменяют свои параметры при колебаниях температуры.

В состав генератора запускающих импульсов (рис. 4) входят компаратор на транзисторах VT1—VT3, триггер Шмитта на элементах DD1.1, DD1.2, переключатель полярности на элементах DD1.3, DD1.4, DD2.1—DD2.4 и устройство автоматического запуска генератора пилообразного напряжения на транзисторе VT4 и элементах DD3.1, DD3.2.

Внутренний или внешний (с гнезда XS2) синхронизирующий сигнал ограничивается в компараторе уровнем, зависящим от напряжения (в пределах — 5… + 5 В), снимаемого с движка переменного резистора R109. Из выходного сигнала компаратора триггер Шмитта формирует прямоугольные колебания с уровнями, необходимыми для работы следующих за ним устройств на элементах ТТЛ. Нужную полярность запускающих импульсов выбирают переключателем SA102.

Выходные импульсы элемента DD2.2 инвертируются инверторами DD2.3 и DD2.4 и поступают с первого из них на вход детектора импульсов (VD1, VD2, VT4), а с второго — на дифференцирующую цепь C5R11. Сформированные ею узкие запускающие импульсы, соответствующие по времени нарастанию или спаду синхронизирующего сигнала (в зависимости от положения переключателя SAI02), поступают на один из входов элемента DD3.2. Другой его вход соединен с выходом детектора импульсов. При наличии синхронизирующего сигнала элемент DD3.2 независимо от положения переключателя SB 102 формирует узкие запускающие импульсы, которые подводятся к элементу совпадения DD4.1 триггера генератора пилообразного напряжения. Если же синхронизирующего сигнала нет, то в режиме «Авт.> на выходе элемента DD3.2 постоянно присутствует напряжение логической 1, а в режиме «Ждущ.»—логического 0.

Интегратор Миллера, формирующий пилообразное напряжение развертки, образован инвертирующим усилителем на транзисторах VT6, VT7 набором интегрирующих конденсаторов Ctl — Ct6 и зарядными резисторами R110—R113. Работой интегратора управляет RS-триггер на элементах DD4.2, DD4.3 и триггер Шмитта на транзисторе VT5 и элементах DD3.3 и DD4.4.

В исходном состоянии (луч в левой части экрана ЭЛТ) уровень напряжения на выходе RS-триггера (вывод 8 элемента DD4.3) соответствует логической 1. По этой причине диоды VD4 и VD100 открыты, подключенный к интегратору конденсатор замкнут накоротко, и напряжение на выходе устройства равно 0. С приходом запускающего импульса RS-триггер изменяет свое состояние, высокий уровень напряжения на его выходе сменяется низким, и напряжение на выходе интегратора начинает повышаться. Крутизна его нарастания зависит от емкости конденсатора Ct, сопротивления резистора Rt (R110— R112) и положения движка переменного резистора R114,

Одновременно через диод VD7 начинает заряжаться один из конденсаторов Ch. По достижении на нем напряжения заданного уровня триггер Шмитта срабатывает и RS-триггер возвращается в исходное состояние. В результате вновь открываются диоды VD4, VD100, и заряженный конденсатор Ct быстро разряжается. Одновременно, но несколько медленнее, разряжается через резисторы R15, R16 конденсатор Ch. И пока напряжение на нем не уменьшится до определенного уровня, ни триггер Шмитта, ни RS-триггер не изменяют своего состояния, поэтому никакой запускающий импульс не может нарушить нормальную работу генератора. Формирование следующего цикла нарастания напряжения начинается либо с приходом очередного запускающего импульса, либо (в отсутствие импульсов в режиме «Авт.») сразу после перехода RS-триггера в единичное состояние (низкий уровень на выходе элемента DD4.3).

Длительность развертки изменяют переключением конденсаторов Cti—Ct, Chi — Ch6 и резисторов R110—R112.

Пилообразное напряжение на выходное гнездо XS3 подается через эмиттерный повторитель на транзисторе VT8.

При использовании инвертирующего усилителя для усиления отклоняющего сигнала коэффициент усиления определяется сопротивлением резистора R107. Делитель R105R106 создает напряжение смещения, необходимое для установки луча в центре экрана ЭЛТ.

Усилительный каскад на транзисторе VT12 усиливает выходные импульсы

RS-триггера до амплитуды 30 В. Диод VD3 защищает транзистор от пробоя при повышении напряжения — 1 200 В.

Усилитель КГО состоит из каскада предварительного усиления на транзисторе VT9 и симметричного выходного каскада на транзисторах VT10, VT11. Ток покоя этих транзисторов устанавливают подстроечным резистором R39, чувствительность усилителя в целом — резистором R28, увеличения усиления точно в 10 раз при размыкании контактов выключателя SB101 добиваются резистором R33. Переменный резистор R116 служит для перемещения осциллограммы по горизонтали. Диоды VD5, VD6 препятствуют насыщению транзистора VT10, уменьшая, таким образом, задержку усилителем сигнала развертки.

Принцйпиальная схема источника питания осциллографа и цепей ЭЛТ показана на рис. 5. Напряжения +5, +12 и —12 В создаются с помощью выпрямления диодным мостом VD1—VD4 переменного напряжении обмоток II и III сетевого трансформатора Т1. Конденсаторы Cl, С2 уменьшают помехи радиовещательному приему в виде мультипликативного фона, возникающего при коммутации диодов в процессе выпрямления напряжения. С целью уменьшения пульсаций выходных напряжений в цепи питания стабилитронов VD9, VD10, VD15 включены П-образные RC-фильтры C5R1C7, C6R4C8 и C5R7C9.

Такие же фильтры применены и в источниках нестабилизированных напрян жений +200 и — 1 200 В. Резисторы Rl 1 и R12, R13 и RI4, R16—R18 выравнивают напряжения, приложенные к включенным последовательно оксидным конденсатов рам С11 и С12, С13 и С14, С15—С17. Конденсаторы СЗ,,С4 выполняют те же функции, что и конденсаторы Cl, С2.

Яркость изображения на экране ЭЛТ регулируют переменным резистором R102, луч фокусируют переменным резистором R101, наиболее круглой формы светящегося пятна добиваются подстроечным резистором R10.

Подстроечный конденсатор G100 компенсирует взаимную паразитную емкость пластин горизонтального и вертикального отклонений ЭЛТ.

Светодиод VD101—индикатор включения осциллографа в сеть.

Не зависящие от положения переключателя входного делителя выходные сопротивление и емкость осциллографа позволяют включать между ним и контролируемой цепью внешний делитель. Обычно коэффициент деления подобных устройств равен 1:10. Повышенное входное сопротивление делителя (10 МОм) при относительно небольшой входной емкости (около 15 пФ) дают возможность исследовать чувствительные к внешнему влиянию высокочастотные и импульсные цепи.

Принципиальная схема простого выносного делителя 1:10 для описываемого осциллографа (R„=l МОм, Сах=35 пФ) изображена на рис. 6. Делитель входного напряжения образуется из последовательной цепи резисторов R1—R3 и входного сопротивления осциллографа, шунтированных соответственно конденсатором CI и входной емкостью прибора. Изменяя емкость конденсатора С1, можно добиться того, что вносимое делителем ослабление практически не будет зависеть от частоты во всем рабочем диапазоне.

Возможный вариант конструкции выносного делителя показан на рис. 7. Его корпус состоит из латунных переднего (4) и заднего (9) колец и припаянных к ним крышек 8, согнутых в виде желобков из луженой жести толщиной 0,3 мм. Диаметр корпуса —15, длина —80 мм. После сборки на него натянута поливинилхлоридная

Рис. 5

трубка подходящего диаметра. С помощью изоляционной втулки 5 (стеклотекстолит» органическое стекло) в переднем кольце закреплен зажим типа «крокодил», в заднем — с помощью резинового кольца — коаксиальный кабель 10 с волновым сопротивлением 75 Ом, оканчивающийся вилкой коаксиального соединителя. Для того чтобы емкость конденсатора 1 (С1) получилась возможно меньшей, распределенная емкость кабеля должна быть возможно меньшей, а длина — не более 1 м. Оплетка кабеля и гибкий общий провод, оканчивающийся штепселем 2, припаяны к нижней (по рис. 7) крышке в одной точке.

Резисторы 6 (R1 — R3) с одной стороны припаяны к зажиму 3, с другой — к выводу приклеенного к крышке 8 подстроечного конденсатора 1 (С1). Суммарное сопротивление резисторов не должно выходить за пределы 9МОм±2%. Подстроечный конденсатор С1— керамический.

Наиболее сложный в конструктивном отношении узел осциллографа — входной делитель (см. рис. 2), так как в нем неблагоприятно проявляется паразитная емкость между деталями звеньев: она вызывает появление на исследуемых прямоугольных колебаниях выбросов, которые невозможно устранить компенсирующими конденсаторами. Поэтому конструкция делителя и, в частности, используемого в нем переключателя, должна прежде всего обеспечить достаточно хорошее экранирование критичных к образованию паразитных связей цепей.

Для коммутации звеньев авторы применили доработанный галетный переключатель WK 533 44 (схожую конструкцию имеют отечественные переключатели ПГ2-4. — Прим. ред,). Доработка заключается в установке экранирующей перегородки, изъятии лишних подвижных контактов из первых двух секций и введении дополнительных контактов в остальные с таким расчетом, чтобы получилась схема коммутации, изображенная на рис. 2. Делается это так. Переключатель разбирают, экранирующую перегородку (рис. 8, а), изготовленную из луженой жести толщиной 0,3 мм, устанавливают на место снабженного внутренними зубцами пластмассового кольца третьей секции. Ротор этой секции удаляют. Подвижные контакты I (рис. 8, б), вводимые дополнительно к контактам 3, вставляют вместе с пружинами в отверстия, просверленные в роторах 4 четвертой и пятой секций. Во избежание замыканий между пружинами контактов 1 и металлическими ножом переключателя о между ними помещают отрезки капроновой лески 2 диаметром 0,8 мм, для чего в ноже выпиливают выемки такой же глубины.

Рис. 8

При сборке добиваются соосности ножа и валика переключателя, после чего их соединяют пайкой. Резьбовые шпильки, крепящие секции переключателя к его корпусу, припаивают к металлической задней стенке, которую «заземляют».

Корпус входного делителя (рис. 9) состоит из П-образных основания 1 и крышки 7, согнутых из луженой жести толщиной 0,6 мм. Между собой они соединены винтами М2,5Х5, ввинченными в резьбовые стойки 5. Переключатель 3 закреплен на основании гайкой, их задние стенки соединены одна с другой коротким проводом. Экранирующая перегородка 2 припаяна к основанию и фольге общего провода печатной платы 6 (рис. 10; а — чертеж платы, 6 — расположение элементов на ней), изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. На полочках основания она закреплена теми же винтами, что и резьбовые стойки 5. Для крепления делителя к передней стенке осциллографа служат две гайки 4 (М2), припаянные к передней стенке основания с тыльной стороны.

Подстроечные конденсатора С2, СЗ, С5, С6 и т. д.— керамические диаметром 8 или 10 мм (можно использовать и любые другие керамические конденсаторы, важно лишь, чтобы они уместились в отведенных для них местах печатной платы.— (Прим, ред.).

Допускаемое отклонение сопротивлений резисторов R1—R8 от указанных на схеме номиналов не должно превышать ± 1 %. При невозможности подбора резисторов с такой точностью из имеющихся в распоряжении экземпляров, рекомендуется подогнать (с помощью, например, цифрового омметра) сопротивление металлизированных резисторов ближайших меньших номиналов. Для этого с резистора

аккуратно удаляют защитный лак, подсоединяют его выводы к омметру и твердой школьной резинкой осторожно стирают токопроводящий слой до тех пор, пока сопротивление не войдет в заданные пределы. Остается покрыть этот слой защитным лаком, и нужный резистор готов.

Этим же способом можно подогнать и сопротивления резисторов R2, R3 калибратора амплитуды, R1 усилителя КВО и R110—R112 устройства временной развертки (они тоже не должны отличаться от указанных на схеме более чем на ± 1 %). Практически с такой же точностью (Л…2 %) должны быть подобраны и конденсаторы, Ctl—Ct6, Chl—Ch6.

Конденсаторы C12 входного делителя, Cl—С5 усилителя КВО, С1, С2, С4, С12, С13, Ctl, Chl устройства временной развертки, Cl, С2 источника питания — керамические, С4, С7 входного делителя и СЮ, Cl 1 в цепи модулятора ЭЛТ — поли- стирольные. Переменные резисторы R101—R103, R109, R114, R116—группы А.

Следует учесть, что на каждом из выравнивающих резисторов R11—R14, R16—R18 падает напряжение более 200 В, поэтому использовать малогабаритные резисторы нельзя.

В устройстве развертки можно использовать переключатель и на меньшее число положений, например на двенадцать. В этом случае значения длительности развертки необходимо перерассчитать на кратные числам 1, 3, 16, 10 и расширить диапазон плавной регулировки переменным резистором R114, уменьшив сопротивление резистора R113.

Большинство деталей осциллографа смонтировано на печатных платах из фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы и расположение на ней деталей калибратора амплитуды показаны на рис. 11, усилителя КВО — на рис. 12, усилите-

Рис. 12

Рис. 13

Рис. 14

Рис. 15

ля КГО и узлов временной развертки — на рис. 13. Источник питания размещен на двух печатных платах: на одной из них (рис. 14) смонтированы источники напряжений + 5, +12, —12 и +200 В, на другой (рис. 15) — источника напряжения +1 200 В.

Транзисторы VT1, VT2 усилителя КВО и регулирующие транзисторы VT1 — VT3 стабилизаторов напряжения источника питания подключены с помощью панелек. В первом случае это обусловлено необходимостью подбора полевых транзисторов в уже собранном осциллографе, во втором — возможным выходом транзисторов из строя при налаживании, так как для упрощения источника питания авторы отказались от введения устройств защиты стабилизаторов от перегрузок. С помощью панелек подключены и все цифровые интегральные микросхемы.

Трансформатор питания Т1 намотан на магнитопроводе ΕΙ32Χ25 из ориентированных пермаллоевых пластин толщиной 0,Ю5 мм. Обмотка I содержит 1200 витков провода ПЭВ-1 0,28, обмотки II, III и IV — соответственно 80, 80 и 1200 витков провода ПЭВ-1 0,2, обмотка V —2550 витков ПЭВ-1 0,1, обмотка VI—25 витков ПЭВ-1 0,67. Электростатический экран между сетевой и остальными обмотками —1,5 витка медной фольги, обернутой лакотканью толщиной 0,2 мм. Между обмотками IV и V проложены три слоя такой же лакоткани, между остальными — один слой. Межслойная изоляция в обмотках — трансформаторная бумага толщиной 0,05 мм.

Для лучшего охлаждения резисторы R30, R31 усилителя КВО и R43, R44 усилителя КГО установлены на расстоянии 8 мм от печатных плат, а транзисторы Vi? ут8 перВ0Г0 из них и VT10, VT11 второго снабжены теплоотводами, согнутыми из дюралюминия или латуни, как показано на рис. 16. Зазоры между корпусами транзисторов и теплоотводами заполнены силиконовой смазкой.

Внешний вид осциллографа показан на рис. 17, устройство его корпуса и размещение деталей в нем — на рис. 18. Корпус состоит из дюралюминиевых передней (12) и задней (4) панелей, привинченных винтами 3 (М4Х 10) к четырем стяжкам 2 из такого же материала. К ним же прикреплена стенка 1, а к ней и передней панели 12— перегородка 16 (обе из твердого алюминиевого сплава), делящие нижнюю часть осциллографа на три экранированных отсека. Чертежи передней и задней панелей прибора показаны соответственно на рис. 19 и 20, стяжки 2— на рис. 21, стенки 1 и перегородки 16—соответственно на рис. 22 и 23.

Готовая передняя панель корпуса осциллографа отшлифована мелкозернистой наждачной бумагой, протравлена в щелочи и окрашена матовой черной краской. Надписи, поясняющие назначение органов управления и присоединения, выполнены переводным шрифтом (белым по черному и черным по белому).

Рис. 19

Днище и верхняя П-образная крышка изготовлены из твердого алюминиевого сплава толщиной 1,5 мм. Для охлаждения нагревающихся деталей осциллографа в днище просверлены вентиляционные отверстия, а для того чтобы между ней и плоскостью стола всегда было достаточное расстояние, привинчены резиновые ножки соответствующей высоты. Крышка оклеена искусственной кожей и снабжена ручкой для переноски осциллографа. Под ручкой вырезано вентиляционное отверстие размерами 100 X 60 мм, закрытое металлической сеткой. Днище и крышка привинчены винтами МЗХ5 к нижним стяжкам корпуса.

Рис. 20

Рис. 22

Рис. 23

Электроннолучевая трубка помещена в кожух 9, сваренный точечной сваркой из пермаллоя толщиной 0,5 мм с последующей термической обработкой. В переднюю (по рис. 18—правую) часть кожуха вклеено фетровое кольцо, в которое и вставлена прилежащая к экрану часть колбы ЭЛТ. Пластмассовый цоколь ЭЛТ удерживается стальным хомутиком, впаянным в заднюю часть кожуха и оклееным тонким фетром.

Кожух с ЭЛТ вставлен в корпус осциллографа сверху. Спереди он уложен на скобу 13, согнутую из стальной ленты толщиной 0,5 Мм и привинченную к верхним стяжкам, сзади, на стенку 1. К скобе кожух прижат пружиной из стальной проволоки, к стенке — кожаным ремнем 11, привинченным к закрепленным на ней по обе стороны резьбовым дюралюминиевым гойкам 10. Отверстие в задней панели для цоколя ЭЛТ закрыто пластмассовой крышкой, окно для ее экрана в передней панели — пластиной из прозрачного органического стекла толщиной 3 мм. Изнутри с помощью самоклеящейся ленты к пластине приклеен позитив с растром, показанным на рис. 24, накрытый зелено-голубой прозрачной пленкой, повышающей контрастность изображения. Над экраном в передней панели предусмотрены два резьбовых отверстия М3 под винты для подвешивания тубуса, защищающего экран от нежелательной боковой засветки.

Под кожухом ЭЛТ, слева от перегородки 16 (если смотреть на осциллограф спереди), размещены входной делитель 15, усилитель КВО и амплитудный калибратор 14, справа — устройство временной развертки с усилителем КГО. Выступы печатных плат усилителя КВО и устройства временной развертки с усилителем КГО вставлены в специальные U-образные держатели, закрепленные на перегородке, и могут поворачиваться на угол около 90°. В рабочем положении платы привинчены к резьбовым стойкам, которые также закреплены на перегородке. Расстояние между последней и платой усилителя КВО —11, между ней и платой устройства развертки —43 мм (здесь установлены фильтрующие конденсаторы С101, С102).

В нижней части заднего отсека корпуса установлен трансформатор питания 5, над ним — пластмассовые направляющие 7 П-образной формы, в которые вдвинуты печатные платы источника питания 6 и 8. Выше их, в отверстиях стенки 1, закреплены переменные резисторы R101, R102 (их втулки и гайки изолированы от нее) и кнопочный выключатель питания, а в отверстиях задней панели 4—держатель предохранителя и сетевой провод.

Выключатель питания соединен с кнопкой на передней панели штоком, изготовленным из металлического прутка диаметром 4 мм. Такой же диаметр имеют и текстолитовые валики-удлинители осей переменных резисторов R101, R102.

Светодиод VD101 с резистором RU7 смонтирован на миниатюрной (15Х 10 мм) печатной плате, закрепленной на передней панели 12с помощью винта и резьбовой стойки.

Переменные резисторы R103, R108, R114, R116 закреплены своими гайками непосредственно на передней панели, входной делитель и переключатель длительности развертки привинчены к ней винтами М2Х6 с потайной головкой. Ручки двух последних органов управления снабжены лимбами (рис. 25), изготовленными фотоспособом.

Кнопочный переключатель SB101—SB104 с независимой фиксацией кнопок прикреплен к передней панели с помощью винтов и резьбовых стоек, переключатель SA102 (миниатюрный тумблер) вклеен в дюралюминиевую призму, привинченную к панели сзади, переключатель SA100 (тумблер на три положения) закреплен с помощью кронштейна (при возможности его желательно заменить движковым переключателем). Коаксиальное гнездо XW1— марки ENC с волновым сопротивлением 50 Ом.

Длй подбора деталей и налаживания осциллографа достаточно моста RLC, генератора импульсов (подойдет и простейшее устройство на микросхемах TTL) и вольтметра с высоким входным сопротивлением. Естественно, при наличии хорошего осциллографа, цифрового мультиметра и цифрового измерителя емкости работа значительно ускорится.

Налаживание начинают с проверки источника питания. При исправных деталях и отсутствии ошибок в монтаже все выходные напряжения не должны отличаться от указанных на схеме более чем на ± 10 %. Убедившись в этом, проверяют работоспособность временной развертки, усилителей КВО и КГО, входного делителя и калибратора амплитуды.

Регулировка устройства временной развертки сводится к установке (подстроечным резистором R15) размаха пилообразного напряжения, равного 8 В. Если нет осциллографа, можно ограничиться приблизительной оценкой размаха измерением вольтметром с высоким входным сопротивлением напряжения на коллекторе транзистора VT7 при максимальной длительности развертки.

Для регулировки усилителя КГО переключатели SA101 и SB10I устанавливают соответственно в положение «1 мс» и «XI», переводят переменный резистор R114 в верхнее (по рис. 4) положение и, подав на входное гнездо XW1 переменное напряжение образцовой частоты 1 кГц, подстроечным резистором R28 добиваются того, чтобы период колебаний занял точно пять делений в середине экрана ЭЛТ. Затем переключатель SB101 переводят в положение «X 10», повышают частоту измерительного сигнала до 10 кГц и того же результата добиваются подстроечным резистором R33.

Ток покоя транзисторов оконечного каскада усилителя КГО устанавливают подстроечным резистором R39, стремясь к тому, чтобы линия развертки на экране ЭЛТ стала максимально длинной и не расширялась на краях.

В заключение необходимо добиться того, чтобы при размыкании контактов кнопки SB101 (переводе ее из положения «X 1» в положение «X 10») средняя точка линии развертки оставалась на месте. В положении кнопки «XI» ее сдвигают в центр экрана подстроечным резистором R37, в положении «ХЮ»— переменным резистором R116. При необходимости эти операции повторяют несколько раз. Это относится и ко всем остальным регулировкам: из-за непосредственной (гальванической) связи между узлами регулировки мбгут взаимно влиять, поэтому все описанные выше операции также необходимо повторить несколько раз.

Налаживание усилителя КВО начинают с подбора полевых транзисторов первого каскада. Для работы в усилителе отбирают вначале экземпляры с напряжением изи в пределах 0…3 В (измеряют между истоком транзистора и общим проводом), а из них — два таких, у которых это напряжение примерно одинаково (допускается различие не более 0,5 В). После этого определяют температурный дрейф — смещение луча (вернее, расфокусированного — во избежание прожога люминофора — пятна) за 30 мин, считая с момента включения осциллографа. Приемлемым можно считать смещение луча менее 10 мм.

Далее плату усилителя устанавливают на место, переводят переключатель SA100 и движок переменного резистора R103 в среднее положение и подстроечным резистором R9 перемещают луч в середину экрана ЭЛТ. Затем подстроечным резистором R24 устанавливают на коллекторах транзисторов VT7, VT8 напряжение 100 В и переходят к регулировке АЧХ. Для этого переключатели SA100 и SAI входного делителя переводят соответственно в положения «~» и «20 мВ/дел.», подают на входное гнездо XW1 прямоугольные импульсы с частотой следования 0,1… 1 МГц и попеременным поворотом движков резисторов R27 и R28 добиваются неискаженного изображения импульсов на экране (без выбросов и с возможно более крутыми фронтом и спадом).

Заканчивают налаживание усилителя КВО калибровкой, однако прежде калибруют выходное напряжение самого калибратора амплитуды. Для этого к выходу калибратора подключают вольтметр с относительным входным сопротивлением не менее 20 кОм/В и определяют разность его показаний при подаче на входы элемента DD1.1 напряжения -|-5 В и соединении их с общим проводом. Если эта разность не равна точно 1 В, подбирают сопротивление одного из резисторов R2, R3. Лучше всего это делать, шунтируя его резистором большего сопротивления.

Затем выход калибратора соединяют с гнездом XW1, входной делитель устанавливают в положение «200 мВ/дел.» и подстроечным резистором R16 добиваются того, чтобы амплитуда прямоугольных импульсов на экране ЭЛТ стала равной точно пяти делениям.

Последним регулируют входной делитель. Установив его переключатель в положение «50 мВ/дел.», подают на вход прямоугольные импульсы с частотой следования I кГц и подбирают такую емкость подстроечного конденсатора С8, при которой фронты и спады импульсов наименее искажены. Затем такого же результата добиваются, последовательно переводя переключатель в положения «100 мВ/дел.» (конденсатором СЮ), «0,2 В/дел.» (С2) и «2 В/дел.» (С5).

Далее выравнивают входную емкость осциллографа. Проще всего это сделать, непосредственно измеряя ее измерителем емкости. Задача в этом случае сводится к измерению входной емкости в положении «20 мВ/дел.» и последующей установке такого же значения в положениях «50 мВ/дел.» (подстроечным конденсатором С9), «100 мВ/дел.> (СП), «0,2 В/дел.» (СЗ) и «2 В/дел.» (С6). Следует учесть, что для этих измерений пригоден только прибор с прикладываемым к измеряемой емкости напряжением не более нескольких вольт. Если же такого прибора нет, то, установив переключатель входного делителя в положение «20 мВ/дел.», через выносной делитель 1:10 подают от генератора на вход осциллографа прямоугольные импульсы. Добившись подстроечным конденсатором выносного делителя минимальных искажений фронтов и спадов импульсов на экране ЭЛТ, последовательно переключают входной делитель в положения «50 мВ/дел», «100 мВ/дел.», «0,2 В/дел.», «2 В/дел.» и той же цели добиваются подстроечными конденсаторами С9, Cl 1, СЗ и С6. Частоту следования импульсов подбирают такой, чтобы искажения их формы до регулировки были хорошо видны.

В заключение добиваются максимально круглой формы луча ЭЛТ и компенсируют взаимную емкость пластин горизонтального и вертикального отклонений луча. Первую из этих регулировок выполняют подстроечным резистором R10 источника питания при несколько расфокусированном (с целью увеличения диаметра светящегося пятна) луче. Затем на вход осциллографа подают прямоугольное напряжение частотой 1 МГц и включает развертку нажатием на кнопку SB 104. В идеальном случае, т. е. при отсутствии паразитной емкости между названными пластинами, на экране ЭЛТ должен был бы наблюдаться отрезок прямой вертикальной линии. Однако, поскольку такая емкость существует, вместо прямой линии на экране обычно наблюдается некая фигура, напоминающая цифру 8. Задача заключается в том, чтобы насколько возможно уменьшить площадь этой фигуры подстроечным конденсатором С100.

При работе с осциллографом необходимо помнить, что чувствительность в вольтах на деление, устанавливаемая переключателем SA1, соответствует истинной (конечно, с учетом погрешности) только при подаче исследуемого сигнала непосредственно на его вход. Если же сигнал поступает через выносной делитель, значение чувствительности, установленное переключателем, необходимо умножить на 10.

Длительность развертки, установленная с помощью переключателя SA101, соответствует истинной только при нахождении движка переменного резистора R114 («Длительность развертки плавно») в крайнем верхнем (по схеме, показанной на рис. 4), а выключателя SB101— в нижнем (также по схеме) положениях. Перемещением движка резистора R114 в противоположную сторону длительность развертки можно уменьшить примерно в 3 раза.

Следует также помнить, что применение «временной лупы» (SB101) ограничено малой яркостью луча в этом режиме работы, а из-за недостаточно широкой полосы пропускания усилителя КГО пользование ею при длительности развертки менее 1…2 мкс на деление (практически, в первых двух положениях переключателя SA101) невозможно.

Источник: Конструкции советских и чехословацких радиолюбителей: Сб. статей/Состав.: А. В. Гороховский, В. В. Фролов— Кн. 4.— М.: Радио и связь, 1991.— 208 с.: ил.— (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1169).

Tweet Нравится

• Предыдущая запись: БЕСКОНТАКТНЫЙ ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК – СДЕЛАЙ САМ
• Следующая запись: Аппаратный модуль интерфейса COM-IR

Похожие посты:

• Чем отличается ток от напряжения? (2)
• Связь тока и напряжения (0)
• ПРЕДУСИЛИТЕЛЬ АУДИОСИГНАЛОВ C АРУ (2)
• ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОГО РАДИОПРИЕМНИКА (0)
• ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АККУМУЛЯТОРА (0)
• ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛИТИЙ-НОННОГО ЭЛЕМЕНТА КОНТРОЛЛЕР ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА (0)
• ОГРАНИЧИТЕЛЬ ЗАРЯДНОГО TOKA АККУМУЛЯТОРА (0)

Методика измерений

Осциллограф измеряет электрическое напряжение и формирует амплитудный график электрических колебаний. Цифровые приборы могут запоминать полученный график, возвращаться к нему.

Колебания отображаются на экране в двухмерной системе координат (напряжение – вертикальная ось, время – горизонтальная ось), формируя график — осциллограмму. Есть ещё третий компонент исследований – интенсивность сигнала (или яркость).

При отсутствии входных импульсов на экране горизонтальная линия – «нулевая», обозначающая отсутствие напряжения. Как только на вход (или входы) прибора подаётся напряжение, на экране становятся видны один или несколько графиков одновременно (зависит от количества измеряемых сигналов).

График электрических колебаний по форме может представлять собой:

• синусоиду;
• затухающую синусоиду;
• прямоугольник;
• меандр;
• треугольники;
• пилообразные колебания;
• импульс;
• перепад;
• комплексный сигнал.

Для получения стабильного графика колебаний в приборе стоит блок синхронизации. Получить цикличное отображение колебаний можно только после установки значения синхронизации. Оно принимается за «стартовое», служит отправной точкой графика. Все скачки отображаются по отношению к этой точке.

Как выбрать

Нужно представлять, в каких целях и как часто будет использоваться прибор, для изучения каких сигналов он предназначен. Учитывайте количество точек для одновременного измерения, одиночность или периодичность колебаний. Иногда используются устройства советского производства. Но получить точную настройку с их помощью трудно.

Количество каналов

По количеству каналов осциллографы могут быть одноканальными, простыми (2-4 канала), продвинутыми (до 16 каналов). Несколько каналов позволяют одновременно анализировать поступающие сигналы.

2.3. Режим сложения.

Алгебраическую сумму сигналов CH1 (Канал 1) и CH2 (Канал 2) можно наблюдать на экране, установив переключатель VERT MODE в положение ADD, разность сигналов, если CH2 INV выключатель нажат (CH1-CH2).

Для более точных вычислений, желательно чтобы чувствительность каждого из двух каналов была одинаковой, что можно сделать посредством VARIABLE кнопок. Вертикальное перемещение может быть сделано ручкой VERTICAL POSITION любого канала. Ввиду линейности вертикальных усилителей, поставьте обе кнопки в их средние положения.

2.1. Одноканальный режим.

Убедитесь перед включением прибора, что клемма заземления соединена с землей, органы управления осциллографом установлены в положениях, показано ниже:

После установки органов управления, как указано выше, подключите сетевой шнур к розетке, и затем, продолжите следующим образом:

1) Включите кнопку СЕТЬ и убедитесь, что загорается индикатор сети. В течении приблизительно 20 секунд, на экране должна появиться линия развертки. Если луч не появляется приблизительно в течении 60 секунд, проверьте правильность установки органов управления.

2) Установите желательную яркость и фокус изображения с помощью ручек ЯРКОСТЬ и ФОКУС.

3) Подайте на вход CH1 (Канал 1) сигнал

4) Установите переключатель AC-DC-GND в положение AC. На экране должно наблюдаться изображение сигнала.

5) Отрегулируйте четкость изображения ручкой ФОКУС

6) С помощью переключателей VOLTS/DIV и TIME/DIV установите желаемые размеры сигнала.

7) Совместите с помощью переключателей изображение сигнала с линиями шкалы, так чтобы можно было легко рассчитать амплитуду (Vp-p) и период (T).

Описанное выше–это основные положения работы с осциллографом при включении канала 1 (CH 1). При работе с каналом 2 следует поступать аналогично.

Формирование сигналов треугольной, прямоугольной и синусоидальной форм

1. Сначала выберите форму выходного сигнала (8), диапазон (7); вращая регулятор FREQUENCY (13), настроите нужную частоту (ее значение будет индицироваться на дисплее).

2. Подсоедините выход (22) к осциллографу или к другому устройству для наблюдения формы выходного сигнала.

3. Вращая ручку AMPL (12) установите необходимую амплитуду сигнала.

4. Если требуется ослабление сигнала, вытяните регулятор AMPL (12) для получения ослабления на 20дБ или нажмите регулятор (12а) для дополнительного ослабления на 20дБ.

5. Виды форм выходного сигнала и соотношение фаз показаны на рис.4:

Рис. 4 Рис. 5

2.2. Двухканальный режим работы.

Установите переключатель VERT MODE в положение DUAL. На экране кроме сигнала с канала 1 будет наблюдаться прямая линия канала 2 (органы управления должны быть установлены, как описано выше).

Подайте сигнал на второй канал. Переключатель AC-DC-GND установите в положение AC. Установите изображение с помощью ручек В/ДЕЛ и ВРЕМЯ/ДЕЛ.

При использовании двухканального режима (DUAL или ADD режим), сигнал канала 1 или канала 2 может быть засинхронизирован посредством переключения выключателя SOURCE. Если и CH1 (Канал 1) и CH2 (Канал 2) сигналы эквивалентны, то они могут быть стабильно отображены одновременно;

Если нет, то только сигнал канала, выбранный переключателем SOURCE может быть отображен стационарно. Если нажать кнопку TRIG. ALT, то возможно стабильное наблюдение двух сигналов. (Не используйте «CHOP» и «ALT» переключатель в то же самое время). Переключение между CHOP режимом, и ALT режимом автоматически происходит путём изменения положения переключателя TIME/DIV..

2.4. Синхронизация.

Выбор синхронизации необходим для эффективных действий с осциллографом. Пользователь должен быть полностью знаком с функциями переключателей режимов и источников синхронизации.

(1) Назначение переключателя MODE:

AUTO (автоматический)

Выбор автоматического режима работы развертки осуществляется установкой переключателя в положение AUTO. Генератор развертки работает в автоколебательном режиме без сигнала синхронизации. Как только появится сигнал синхронизации генератор развертки будет работать синхронно с входным сигналом. Режим AUTO удобно использовать при включении прибора для наблюдения луча и входного сигнала и последующего включения других режимов работы прибора. При установке органов управления в необходимые положения можно вернуться в режим NORM. Режим AUTO должен использоваться при исследовании постоянных напряжений и сигналов с малыми амплитудами когда нет синхронизации развертки.

NORM (ждущий)

Генератор развертки не будет запускаться до тех пор пока не будет установлен необходимый уровень запуска развертки ручкой «УРОВЕНЬ». Генератор развертки формирует только один ход луча и в дальнейшем активируется только при поступлении другого сигнала синхронизации. В режиме NORM на экране не будет отображения луча, до тех пор пока не будет синхронизации. В режиме сложения сигнала от канала 1 и 2 и режиме синхронизации NORM не будет отображения ни одного канала до тех пор, пока не будет синхронизации.

Режимы TV-V и TV-Н в лабораторных работах не используются.

(2) Функции переключателя SOURCE:

Переключатель SOURCE используется для выбора источника синхронизации.

CH 1: сигнал усилителя CH1, который используется, как сигнал синхронизации наиболее часто.

CH 2: сигнал усилителя CH2 используется как сигнал синхронизации.

LINE: сигнал с частотой сети переменного тока используется как сигнал синхронизации. Этот метод эффективен, когда измеряемый сигнал имеет временное соотношение с частотой сети.

EXT. Развёртка запускается внешним сигналом, который подаётся на внешний вход. Так как развёртка синхронизируется одним и тем же сигналом это позволяет исследовать сигналы различной амплитуды, частоты и формы без перестройки регулировок синхронизации.

(3) Выбор уровня запуска и полярности:

Запуск развертки осуществляется при установке определенного уровня соответствующей ручкой запуска ‘LEVEL’. Вращение ручки приводит к изменению начальной точки запуска генератора развертки. При вращении ручки в область «+» запуск будет происходить положительной полуволной, при вращении ручки в область «-» запуск будет происходить отрицательной полуволной, когда ручка находится в центральном положении запуск развертки будет осуществляться с нулевой линии.

Вращая ручку TRIG LEVEL, установите необходимый уровень запуска. При исследовании синусоидального сигнала начальная фаза может быть изменена. Вращением ручки TRIG LEVEL можно добиться синхронизации сигнала от пика до пика.

Когда переключатель TRIG SLOPE находится в положении «+», развёртка запускается положительной частью синхронизирующего сигнала.

Когда переключатель TRIG SLOPE находится в положении «-» ,развёртка запускается отрицательной частью синхронизирующего сигнала. Выбор полярности сигнала показан на рис.

(4) Синхронизация суммарным сигналом (кнопка TRIG ALT):

Кнопка TRIG ALT используется для выбора различных источников синхронизации в двухканальном режиме (выбирается переключателем VERT MODE). В этом режиме запуск развертки осуществляется поочередно сигналом от канала 1 или канала 2. Это необходимо при исследовании сигналов с разной частотой или периодами. В этом режиме оба сигнала засинхронизированы и изображение на экране осциллографа неподвижно. Этот режим нельзя использовать при измерении разности фаз между сигналами канала 1 и канала 2.

2.6. Растяжка сигнала.

Используйте кнопку X10 МAG, чтобы рассмотреть маленькие части сигнала, как которые расположены далеко от момента запуска развертки, чтобы изучить их используя, ручку TIME/DIV. Чтобы включить режим MAG, выполните следующие операции.

1. Установите ручкой TIME/DIV самый большой коэффициент развертки, который позволяет изучить эту часть сигнала.

2. Вращением ручки HORIZONTAL POSITION, установите сигнал так, чтобы этот участок сигнала был в центре экрана.

3. Нажать кнопку x10 MAG, до включения индикатора. При выполнении выше указанных процедур, необходимая часть сигнала будет увеличенной в 10 раз вправо.

(Развертка в положении в/дел ´ 1/10)

Таким образом, нерастянутая максимальная скорость развертки (0.1 мкс/дел) может быть увеличена следующим образом:

0,1 мксек/дел ´ 1/10=10 нсек/дел

Когда развёртка увеличена и скорость развёртки — более чем 0.1 мкс/дел, яркость луча может уменьшиться.

Формирование прямоугольного сигнала

1. Нажмите клавишу (П) поля выбора формы сигнала (8); затем выберите частотный диапазон (7) и вращая регулятор FREQUENCY (13) установите нужную частоту.

2. Соедините гнездо выхода (22) с осциллографом для наблюдения формы выходного сигнала.

3. Вытяните и вращайте регулятор DUTY (9) для установки скважности импульсного сигнала.

4. Вращая регулятор AMPL (12) установите амплитуду импульса.

5. Вытяните регулятор AMPL (12) для получения ослабления выходного сигнала на 20дБ.