Осциллограф для радиолюбительской практики

June 26, 2010 by admin Комментировать »

Осциллограф — это вещь почти незаменимая. Если вкратце, то это прибор, который позволяет увидеть на экране все, что происходит с напряжением в наших схемах. Мало того, во многих случаях он может заменить и мульти­метр. Но одновременно это будет и самое дорогое ваше приобретение.

clip_image002

Рис. 2.3. а) принцип работы осциллографической трубки: 1 — электронная пушка; 2 — электронный луч; 3 — горизонтальные отклоняющие пластины X; 4 — вертикальные отклоняющие пластины Y; 5 — экран с люминофором; б) форма напряжения развертки на пластинах X

Как работает простейший аналоговый осциллограф? Главная его деталь — электронно-лучевая трубка (CRT), аналогичная той, что используется в чер­но-белых телевизорах, только носящая специальное название «осциллогра­фической». Если не углубляться в физику, то принцип ее работы можно по­яснить картинкой, показанной на рис. 2.3. В узком конце трубки расположена т. н. электронная пушка, излучающая узкий поток электронов, разогнанных до большой скорости. Попадая на экран, покрытый изнутри люминофором, он образует маленькую светящуюся точку (в отличие от телевизионных тру­бок, где люминофор светится белым, здесь часто используется люминофор зеленого или, например, синего свечения, причем обычно с небольшим по­слесвечением— луч как бы оставляет за собой постепенно затухающий след). Пластины X служат для развертки луча по горизонтали — на них по­дается пульсирующее напряжение пилообразной формы (его график приве­ден на рис. 2.3, б). В результате в отсутствие напряжения на пластинах Y луч прочерчивает горизонтальную линию, начинающуюся у края экрана слева и заканчивающуюся у правого края.

Если теперь подать напряжение на пластину Y, связанную через регулируе­мый усилитель со входом осциллографа, то луч будет сдвигаться вверх или вниз, в зависимости от знака поданного напряжения, рисуя на экране график, соответствующий изменениям формы входного напряжения во времени. В про­стейшем случае, если на вход Y подано постоянное напряжение, отличаю­щееся от нуля, то линия просто сдвинется, но останется горизонтальной. По­верх экрана размещается координатная сетка, по которой можно узнать все характеристики видимого сигнала — его размах в вольтах и период измене­ния во времени (о периодах сигналов говорится в главе 4).

clip_image004

Рис. 2.4. Панель малогабаритного аналогового осциллографа С1-73

Основных управляющих ручек у простого аналогового осциллографа как минимум четыре (см. фото панели малогабаритного осциллографа С1-73 на рис. 2.4). Две ручки, обычно помеченные стрелочками вверх-вниз и вправо-влево (на рис. 2.4 сверху по обе стороны экрана), позволяют устанавливать линию развертки в отсутствие сигнала в нужное начальное положение — на­пример, по центру экрана. Для того чтобы при этом быть уверенным, что сигнала действительно нет, обычно имеется специальная кнопка или пере­ключатель, помеченная символом «земли», которая отключает вход Y от входной клеммы и замыкает его на корпус, соединенный с общим проводом («землей») прибора. На рис. 2.4 это переключатель слева внизу под надписью «Усиление» — в среднем положении он как раз и замыкает вход У на «землю».

Две другие ручки, представляющие собой переключатели с большим числом фиксированных положений, позволяют управлять временем развертки (на рис. 2.4 справа от экрана) и усилителем входного сигнала (слева от экрана), для того чтобы увидеть сигнал в удобном масштабе по обеим осям. У этих переключателей против каждого положения написаны значения времени (для развертки) и напряжения (для усилителя Y), которые соответствуют одному делению координатной сетки экрана. Таким образом осциллографом можно довольно точно измерять период (частоту) сигнала и его размах. Поверх этих переключателей выступают ручки, позволяющие плавно менять установлен­ную величину развертки или усиления вблизи установленного переключате­лями значения (точному установленному значению соответствует крайнее правое положение этих ручек).

Кроме этих основных управляющих элементов, обычно имеются еще вспо­могательные — для управления яркостью луча, его фокусировкой (то есть размерами пятна на экране), они видны на рис. 2.4 внизу. Часто есть специ­альная кнопка под названием «поиск луча» (в С1-73 она отсутствует) — дело в том, что луч запросто может уехать за пределы экрана, и вам по неопытно­сти даже сперва покажется, что все сломалось.

Заметки на полях

Отдельного разговора заслуживает также обязательно присутствующая регу­лировка синхронизации: на рис. 2.4 это две ручки с подписями «СТАВ.» (ста­бильность) и «УРОВЕНЬ», а также переключатель справа внизу с подписью «СИНХР.» (синхронизация). Дело в том, что на практике частота развертки ни­когда точно не кратна частоте сигнала, поэтому сигнал «бежит» по экрану, не давая как следует рассмотреть его форму и измерить параметры. Регулировка синхронизации служит для того, чтобы сигнал можно было «остановить» — при этом начало развертки (то есть начало хода луча от левого края экрана) будет всегда совпадать с каким-то характерным моментом в изменении повто­ряющегося сигнала — например, с переходом через ноль или максимум на­пряжения, по спаду или по фронту сигнала. Эти параметры и регулируются перечисленными элементами управления. Переключатель синхронизации вы­бирает форму сигнала (постоянный, переменный, по положительному или от­рицательному фронту), а для того, чтобы сигнал «остановить», обычно ис­пользуют такой прием: следует вывести ручку регулировки уровня в минимум, затем ручку регулировки стабильности установить в состояние полного пропа­дания сигнала и медленно поднимать уровень, пока сигнал опять не появится. Во многих простейших аналоговых осциллографах, подобных С1-73, синхро­низация работает плохо и установить ее — занятие, требующее большого практического опыта. Хорошо помогает в этом случае дополнительный вход для синхронизации от внешнего сигнала, который имеется в большинстве да­же самых простых моделей (в С1-73 он расположен сбоку корпуса).

Конечно, во многих моделях могут быть и другие органы управления — ска­жем, кнопка для переворота (инвертирования) сигнала, или «лупа» для выде­ления интересного участка, или клемма для подачи пилообразного напряже­ния развертки от внешнего источника, но вы с ними легко разберетесь по ходу дела.

Проверить осциллограф просто— надо схватиться рукой за щуп, и тогда вы увидите на экране наведенную помеху от бытовой электросети частотой 50 Гц. Если вы ее не видите, 99% за то, что вы забыли отключить заземление входа после настройки положения луча (такое часто случается).

С электрической точки зрения осциллограф представляет собой вольтметр, то есть имеет высокое входное сопротивление (стандартно — 1 МОм, хотя есть специальные высокочастотные осциллографы, которые имеют входное сопро­тивление 50 Ом, естественно, они для наших целей не годятся), поэтому навод­ка от сети и других помех может быть весьма значительна. Если такое входное сопротивление все же слишком мало (что бывает при исследовании схем с очень малыми токами), то следует использовать прилагаемый к осциллографу или приобретаемый отдельно щуп с делителем 1:10. При этом входное сопро­тивление возрастает соответственно до 10 МОм, а величину сигнала на экране нужно умножить на 10. Этим же щупом следует пользоваться, если требуется исследовать сигналы высокого напряжения, например, сетевого (220 В), так как обычно имеющейся шкалы не хватает, и большая часть сигнала сверху и снизу при использования простого щупа окажется за пределами экрана. Произ­водители не рекомендуют насиловать входной усилитель такими высокими напряжениями, и, хотя лично мне ни разу не удавалось сжечь вход осцилло­графа, все же к рекомендациям изготовителей нужно прислушиваться.

При подсоединении щупа к исследуемой схеме нужно помнить, что корпус осциллографа «заземлен», то есть соединен с общим проводом щупа, потому он не должен касаться корпусов источников питания и других приборов — довольно часто бывает, что нужно разглядеть сигнал не относительно общего провода схемы, а, скажем, относительно шины питания.

При исследовании узлов, напрямую связанных с бытовой сетью 220 В, нужно соблюдать особую осторожность — осциллограф обязательно должен стоять на сухом изолирующем основании, ни в коем случае не касаться каких-либо металлических предметов (скажем, корпуса стоящего рядом компьютера) и за его металлические части, включая элементы щупа, ни в коем случае нельзя браться руками! Если вам придется проводить подобные операции, то после­довательность их проведения такая:

? отключить питающее схему напряжение (обязательно оба сетевых провода);

? надежно подсоединить щуп к измеряемой схеме, используя зажимы-крокодилы и следя за тем, чтобы они не касались проводников и держались как можно прочнее;

? включить напряжение, держа руки подальше, и наблюдать сигнал;

? при необходимости изменения параметров развертки, усиления и синхрони­зации внимательно следить за тем, чтобы в ажиотаже не задеть крокодилы и не коснуться металлических частей корпуса;

? при необходимости перенести щупы в другое место схемы снова полностью выключить питание и повторить операции.

Все вышесказанное относилось к простейшим аналоговым осциллографам. Их функций вам будет хватать во всех случаях, приведенных в этой книге. В настоящее время выпускаются, однако, и более навороченные модели. Прежде всего это многоканальные и многолучевые осциллографы, которые позволяют увидеть одновременно два и более сигналов в разных точках схе­мы — фактически это несколько отдельных осциллографов в одном корпусе и с раздельным управлением, обычно за исключением синхронизации, кото­рая устанавливается по одному из входных каналов (по выбору). Это бывает очень удобно, если нужно, например, рассмотреть сдвиг по времени одного из сигналов относительно другого. Излишне говорить, что такие приборы значительно дороже обычных, причем многолучевые лучше многоканаль­ных, так как у них на самом деле несколько независимых лучей, в то время как многоканальные лишь имитируют независимость — у них просто разные входы по Y быстро-быстро переключаются между собой, управляя на самом деле одним и тем же лучом.

Еще более интересными являются запоминающие осциллографы, которые позволяют получить моментальный «снимок» одноразового процесса, ска­жем, всплеска напряжения в схеме. В настоящее время такие осциллографы исключительно цифровые, и функция запоминания у них — лишь одна из многих других. О цифровых осциллографах я здесь говорить не буду — если финансовые возможности вам позволяют, обязательно приобретите, так как они позволяют делать все то же, что и аналоговые, и умеют еще много тако­го, что аналоговым недоступно— например, показывать точное значение напряжения сигнала и времени от начала развертки в произвольной точке осциллограммы. Нет у них и никаких проблем с синхронизацией.

Если все же на приобретение цифрового прибора у вас денег не предвидит­ся— смело покупайте самый дешевый отечественный, причем как можно более малогабаритный и с минимальным количеством ручек управления, вроде показанного на рис. 2.4 С1-73, который выпускается без изменений уже третий десяток лет, необычайно прост в обращении и надежен. Единст­венное, что я не советую— приобретать переносной осциллограф с ЖК-экраном, так как экраны эти слепы, малоинформативны и обладают значи­тельной инерционностью. Минимально необходимые характеристики, кото­рые перекрывают большинство радиолюбительских потребностей (исключая высокочастотную технику), в сущности, включают лишь один критичный параметр: максимальную рабочую частоту. Желательно, чтобы она была не меньше 10—20 МГц, хотя и пятимегагерцовый тоже годится. Конечно, луч­ше, чтобы экран был побольше, но в погоне за его величиной следует учиты­вать также и общие габариты прибора.

Ну, а теперь перейдем к технологическому оснащению нашей домашней ла­боратории.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты