ТРАНЗИСТОРНЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ

November 24, 2011 by admin Комментировать »

А. Балаба

Транзисторный осциллограф предназначен для наблюдения за формой сигналов в диапазоне частот от постоянного тока до 3 МГц и исследования их.

Прибор имеет следующие параметры. Полоса пропускания усилителя вертикального отклонения 0—3 МГц при неравномерности частотной характеристики 3 дБ, полоса пропускания усилителя горизонтального отклонения 0—2 МГц при той же неравномерности.

Входная емкость усилителя вертикального отклонения 15 пФ, входное сопротивление 1 МОм (с выносным пробником). Максимальная амплитуда входного напряжения 120 В с выносным делителем 300 В. Рабочая часть экрана 50X30 мм (10 делений по горизонтали и 6 по вертикали). Чувствительность усилителя вертикального отклонения 2 мВ/мм — 4 В/мм, а усилителя горизонтального отклонения 0,2 В/мм.

Генератор развертки может работать в двух режимах — ждущем и автоколебательном. Диапазон длительностей развертки 50 мс/дел — 0,5 мкс/дел разбит на 11 поддиапазонов. В осциллографе имеется возможность пятикратного амплитудного растяжения центрального участка изображения развертки, при этом достигается длительность развертки до 0,1 мкс/дел. Точность измерения амплитуды и длительности исследуемых сигналов не хуже ±15%.

Синхронизация развертки только внутренняя, устойчиво работает в диапазоне частот до 5 МГц при синусоидальном сигнале.

Питается прибор от сети переменного тока напряжением 220 В. Потребляемая мощность не превышает 40 В • А. Время прогрева осциллографа 15 мин.

Конструктивно прибор выполнен в виде двух блоков: собственно осциллографа и блока питания. Габариты осциллографа 240X210X110 мм, блока питания 220x130x90 мм; общая масса около 8 кг.

Осциллограф состоит из входного аттенюатора, усилителя вертикального отклонения, канала синхронизации, генератора развертки, каскада бланкирующих импульсов, усилителя горизонтального отклонения и блока питания.

Канал вертикального отклонения луча. Исследуемый сигнал через входное гнездо 1111, конденсатор С1 (при закрытом входе осциллографа) или контакты переключателя В1 (при открытом входе) поступает на входной аттенюатор (рис. 1).

Входной аттенюатор (резисторы R1—R7 и конденсаторы С2—С9) представляет собой частотно-компенсированный делитель напряжения, который обеспечивает деление входного сигнала в 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 раз или не изменяет его вовсе. Выносной делитель имеет коэффициент деления 1 : 10. Резисторы аттенюатора выбраны так, что входное сопротивление осциллографа не зависит от коэффициента деления.

С выхода аттенюатора исследуемый сигнал поступает на входной каскад усилителя вертикального отклонения. Для обеспечения большого входного сопротивления и малой входной емкости усилителя во входном каскаде применен катодный повторитель, выполненный на одной части триода J11.

В цепь управляющей сетки лампы включена цепочка R14C15, которая при перегрузках ограничивает сеточный ток и создает дополнительное смещение, предохраняющее лампу от повреждения.

Усилитель вертикального отклонения выполнен по схеме усилителя постоянного тока. Для уменьшения дрейфа нуля выбрана симметричная балансная схема. Входной каскад второго плеча представляет собой также катодный повторитель. Переменным резистором R15 производят балансировку усилителя вертикального отклонения.

Эмиттерные повторители на транзисторах 77, Т2 служат для согласования катодных повторителей с каскадом на транзисторах ТЗ, Т4. Диод Д1 предотвращает выход из строя транзистора Т1 при больших входных положительных напряжениях. При больших отрицательных напряжениях на входе закрывается лампа J11.

Каскад на транзисторах ТЗ, Т4 выполнен по фазоинверсной схеме с эмиттерной связью. Резистором R30 плавно регулируют усиление каскада. Резистором R31 калибруют усиление в процессе налаживания прибора. Конденсатор С18 в цепи эмиттеров транзисторов ТЗ, Т4 устраняет зависимость полосы пропускания от сопротивлений резисторов R30 и R31.

Рис. 1. Принципиальная схема канала кального отклонения

верти-

Для улучшения частотной характеристики усилителя между фазоинвертором и следующим усилительным каскадом включены эмиттерные повторители на транзисторах Т5, Т6. Второй усилительный каскад на транзисторах 77, Т8 выполнен по двухтактной схеме.

Для коррекции частотной характеристики в области высоких и средних частот использована отрицательная обратная связь (резисторы R39, R40 и конденсаторы С20, С21).

С эмиттера транзистора Т9 подается сигнал в канал синхронизации.

Выходной каскад усилителя вертикального отклонения выполнен на транзисторах 772, Т13 по фазоинверсной схеме с эмит- терной связью. Эмиттерный повторитель (транзистор 77/) служит для согласования каскадов. Улучшение частотной характеристики каскада происходит благодаря отрицательной обратной связи через элементы R54—R56, С23—С25. С коллекторных нагрузок выходного каскада (резисторы R50, R53) сигнал поступает на вер- тикально-отклоняющие пластины ЭЛТ.

Перемещение изображения на экране ЭЛТ но вертикали осуществляется путем изменения потенциала на базе транзистора 77/ резистором R43.

Канал синхронизации (рис. 2) выполнен на транзисторах Т14—Т18.

Входной усилитель на транзисторе 774, включенном по схеме с общим эмиттером, увеличивает входное сопротивление усилителя синхронизации. Переключателем ВЗ выбирают вход канала синхронизации (закрытый или открытый).

Усилитель синхронизации собран на транзисторах 775 и 776. При помощи переключателя запуска В4 сигнал синхронизации подается либо на базу транзистора 775, либо на базу 776. В положении переключателя «-1-» сигнал поступает на базу транзистора 775, и усилитель работает без поворота фазы сигнала. Развертка при этом синхронизируется в фазе с исследуемым сигналом. В положении « —» сигнал синхронизации поступает на базу транзистора 776, и усилитель изменяет фазу сигнала запуска на 180°.

Формирующий каскад (транзисторы 777, TI8) представляет собой триггер Шмитта. Он необходим для получения положительных прямоугольных импульсов с частотой повторения запускающего сигнала. Уровень срабатывания триггера определяется положением движка переменного резистора R71. В левом по схеме положении переключателя В4 база транзистора 776, а в правом положении база транзистора 775 подключается через резистор R68 к источнику постоянного напряжения. Изменяя смещение на базе одного из этих транзисторов, можно регулировать момент срабатывания триггера и запуска развертки.

Генератор развертки выполнен на транзисторах Г19Т21, Т23, Т25, Т26, Т29.

На транзисторах 779, Т21 собран триггер управления разверткой. В исходном состоянии транзистор 779 закрыт, а Т21 от-

Рис. 2 Принципиальная схема канала горизонтального отклонения и синхронизации

крыт. Положительные импульсы, вырабатываемые узлом синхронизации, дифференцируются и запускают триггер управления. При этом закрывается транзистор Т21, повышается напряжение на его коллекторе, а следовательно, на базе и эмиттере транзистора Т23, работающего в ключевом режиме. При. повышении потенциала на эмиттере транзистора Т23 закрывается диод Д5, который исключает шунтирующее действие транзистора Т23у и начинается заряд одного из времязадающих конденсаторов С40—С45. Отрицательный импульс для возвращения триггера в его исходное состояние подается с генератора пилообразного напряжения, когда заканчивается рабочий ход развертки.

Генератор пилообразного напряжения включает в себя транзисторы Т25, Т26, Т29, времязадающие элементы R90—R92 и С40—С45.

При закрывании диода Д5 начинается заряд времязадающего конденсатора от источника 45 В. Это приводит к увеличению напряжения на базе транзистора Т25, а следовательно, и на базе транзистора Т26. Увеличение потенциала базы вызывает уменьшение потенциала коллектора транзистора Т26, которое через эмиттерный повторитель на транзисторе Т29 и времязадающий конденсатор передается на базу транзистора Т26. Благодаря наличию такой связи напряжение на базе Т26 поддерживается постоянным и ток через времязадающие резисторы остается постоянным, поэтому конденсатор заряжается с постоянной скоростью. Отклонение от линейного изменения напряжения на коллекторе транзистора Т26 и на эмиттере транзистора Т29 вызовет изменение базового напряжения транзистора Т26у которое изменит коллекторное напряжение на величину, компенсирующую возникшую нелинейность.

Времязадающие конденсатор и резистор выбираются переключателем В5. Переменным резистором R90 плавно регулируют скорость развертки. В крайнем правом по схеме положении движка резистора развертка калибрована по длительности. Резистором R99 регулируют линейность развертки на нижних диапазонах.

Для возвращения триггера управления разверткой в исходное состояние на базу транзистора Т20 подают отрицательное напряжение пилообразной формы с части нагрузки эмиттерного повторителя на транзисторе Т29. Величину напряжения регулируют резистором R110, изменяя амплитуду пилообразного напряжения, вырабатываемого генератором.

Устройство блокировки состоит из эмиттерного повторителя на транзисторе Т20, нагрузкой которого является резистор R83, зашунтированный одним из конденсаторов С34—С38. Во время прямого хода один из них заряжается пилообразным напряжением. В начале обратного хода развертки конденсатор начинает разряжаться через резистор R83. Постоянная времени этой цепи выбирается такой, чтобы обеспечить в течение обратного хода развертки и времени восстановления такой потенциал на базе транзистора 779, при котором он будет закрыт и импульсы синхронизации не смогут переключить триггер управления разверткой до тех пор, пока конденсатор не разрядится до напряжения, определяемого положением движка переменного резистора R78. При этом влияние устройства блокировки устраняется и триггер возвращается в исходное состояние, в котором его можно запустить синхронизирующими импульсами или постоянным напряжением.

Каскад гасящих импульсов (транзисторы Т22, Т24) предназначен для запирания луча во время обратного хода развертки. Вход каскада соединен с триггером управления разверткой. С коллектора транзистора Т24 через разделительный конденсатор С26 гасящий импульс подается на модулятор ЭЛТ, обеспечивая запирание луча ЭЛТ во время обратного хода развертки и подсвет во время прямого хода.

В осциллографе применена электронно-лучевая трубка 7Л055И, что позволило получить малые габариты осциллографа при достаточно приемлемых размерах экрана. Рабочие режимы ЭЛТ по сравнению с паспортными занижены. Это позволило получить более высокую чувствительность, фокусировка и яркость изображения на экране при этом остались вполне удовлетворительными.

Питание ЭЛТ осуществляется от двух симметричных источников + 800 и —800 В. Напряжение на электроды ЭЛТ снимается с делителя R60—R64 (см. рис. 1). Резистор R61 служит для фокусировки луча. Резистором R64 регулируют яркость изображения. Переменный резистор R64 находится под высоким потенциалом относительно корпуса ( — 800 В). Для предотвращения пробоя изоляции он установлен на изолирующем кронштейне, а ось управления изолирована от ручки управления изоляционной насадкой.

Для устранения астигматизма резистором R59 устанавливают потенциал на втором аноде ЭЛТ, близким к потенциалу на отклоняющих пластинах.

Усилитель горизонтального отклонения (см. рис. 2) состоит из двух эмиттерных повторителей на транзисторах Т27, Т28 и фа- зоинверсного усилительного каскада с эмиттерной связью на транзисторах ТЗО, Т31.

С помощью переключателя В6 отрицательное пилообразное напряжение с выхода генератора развертки подают через частотно-компенсированный делитель на эмиттерный повторитель Т27 усилителя горизонтального отклонения.

Луч по горизонтали перемещают резистором /?//5, напряжение с которого подается на эмиттерный повторитель (транзистор Т28). Чувствительность усилителя горизонтального отклонения устанавливают резистором R127.

В левом по схеме положении переключателя В6 эмиттерный повторитель подключается к разъему Ш2 «Вход X». В правом положении переключателя резйстор R127 отключается контактами реле Р1 и усиление определяется резисторами R124 и RI26.

Усилитель конструктивно выполнен на печатной плате размером 90×75 мм. Транзисторы ТЗО, Т31 обязательно снабжаются теплоотводами.

Блок питания (рис. 3) состоит из силового трансформатора 77?/, выпрямителя с фильтром, стабилизатора 12 В, преобразователя напряжения с задающим генератором и восьми выпрямителей с фильтрами.

Выпрямитель стабилизатора собран по мостовой схеме. В качестве диодов Д35—Д36 использованы коллекторные переходы транзисторов типа П214, что позволило при токе нагрузки 2—2,5 А получить достаточно малые габариты выпрямителя.

Стабилизатор выполнен на транзисторах Т5—Т8 и обеспечи-. вает на выходе напряжение 12 В при токе нагрузки 2—2,5 А. Транзистор 77 установлен на радиаторе. Его выходное напряжение изменяют резистором R12.

Преобразователь собран по схеме с задающим генератором, что позволило получить больший КПД преобразователя по сравнению с аналогичными преобразователями, но выполненными по схемам с самовозбуждением. Задающий генератор собран на транзисторах 77, Т2 и трансформаторе Тр2. Задающий генератор обеспечивает раскачку транзисторов ТЗ, Т4, работающих в режиме усиления мощности. Рабочая частота преобразователя около 2 кГц, форма выходного напряжения прямоугольная.

Напряжения со вторичных обмоток трансформатора ТрЗ выпрямляются и фильтруются. Высоковольтный выпрямитель ±800 В собран по схеме удвоения напряжения, остальные выпрямители — по мостовой схеме.

В блоке питания применяется несколько необычный способ включения, позволяющий включать блок непосредственно с передней панели осциллографа, но в то же время исключающий подачу переменных напряжений в осциллограф после включения. Для этой цели служат реле PI—РЗ и диоды Д1—ДЗ. В начальный момент контакты реле Р2, РЗ замкнуты. При замыкании контактов выключателя в осциллографе реле Р1 срабатывает и подает напряжение на трансформатор Tplt выпрямитель и стабилизатор. При этом срабатывают реле Р2, РЗ и одновременно открывается диод ДЗ и блокирует питание реле Р1. Контакты Р2/1 и РЗ/1 размыкаются, и на реле Р1 через диод ДЗ подается напряжение со стабилизатора. Контакты выключателя при этом оказываются отключенными от сети, и по ним протекает постоянный ток.

Вентилятор М1 служит для охлаждения блока питания. Элементы Др1, Др2, С4 и С5 устраняют помехи, возникающие от искрения щеток электродвигателя.

Конструкция и детали. Осциллограф смонтирован на шасси размером 210x200x100 мм, которое изготовлено из листового алюминиевого сплава толщиной 2,5 мм. На задней стенке установлен разъем для подключения кабеля блока питания. На передней панели размещены все органы управления осциллографом и закреплен экран с ЭЛТ.

 

Экран выполнен по форме ЭЛТ из листовой жести толщиной 0,5 мм и пропаян. Внутренняя поверхность экрана обклеена тонким поролоном (толщиной 3 мм). В широкой части экрана имеется отверстие для обеспечения доступа к выводу третьего анода ЭЛТ.

Передняя панель закрыта фальшпанелью с гравировкой и тубусом прямоугольной формы. Тубус несколько больше, чем рабочая часть экрана ЭЛТ. Фальшпанель и тубус изготовлены из тонкого листового алюминиевого сплава и склеены эпоксидной смолой. Внутренняя поверхность тубуса окрашена черной нитроэмалью.

Между панелью и фальшпанелью размещены оргстекло, закрывающее экран ЭЛТ, и лампа подсвета (СМ-36 со снятым цоколем).

По обе стороны ЭЛТ смонтированы каналы вертикального и горизонтального отклонения.

В осциллографе использованы резисторы типа МЛТ, СП1 или СПШ, электролитические конденсаторы К50-6, ЭТО (конденсатор С58 — К50-7), тумблеры МТ-1, МТ-3.

В аттенюаторе использованы керамические конденсаторы КТ-1, КПК-М, в генераторе развертки — бумажные конденсаторы с допуском ±10%. Остальные конденсаторы типа КЛСГ КМ.

Конструктивно входной аттенюатор оформлен в виде отдельного узла на переключателе В2.

В аттенюаторе применен малогабаритный галетный переключатель типа ПГМ-11П4Н, переделанный следующим образом: между каждой платой переключателя помещен экран из луженой медной фольги толщиной 0,3—0,5 мм. В экранах предварительно проделаны отверстия для монтажа межплатных соединений. Все элементы аттенюатора распаяны между экранами и на выводах переключателя. Собранный таким образом аттенюатор заключается в экран из меди. Такая конструкция обеспечивает хорошую экранировку и исключает возможность передачи сигнала с первой платы на последнюю за счет паразитных наводок.

Для обеспечения нормального теплового режима транзисторы 772, Т13 снабжены радиаторами, установленными непосредственно на плате усилителя вертикального отклонения.

Трансформатор Тр1 в блоке питания — от радиоприемника «Стрела» (используется только сетевая обмотка; вторичную наматывают проводом ПЭВ 1,2).

Трансформатор Тр2 намотан на кольцевом пермаллоевом сердечнике ОЛ-Ю/16-4 (материал 50НП). Обмотка 1-2-3 содержит 84 + 84 витка провода ПЭЛШО, 0,12; обмотка 4-5-6— 15+15 витков провода ПЭЛШО 0,35, обмотка 7-8-9 — 4 + 4 витка такого же провода.

Трансформатор ТрЗ выполнен на кольцевом пермаллоевом сердечнике ОЛ-25/40-10 (материал 50НП). Его намоточные данные приведены в таблице.

Обмотка

Число витков

Провод

1-2

24

ПЭВ-2 1,0

2—3

24

ПЭВ-2 1,0

4-5

1600

ПЭЛШО 0,1

6—7

400

ПЭЛШО 0,16

8-9

12,5

ПЭЛШО 0,67

10—11

12,5

ПЭЛШО 0,47

12- 13

90

ПЭЛШО 0,2

14- 15

90

ПЭЛШО 0,2

16- 17

20

ПЭЛШО 0,2

18-19

20

ПЭЛШО 0,12

Обмотки 1-2 и 2-3 наматывают в последнюю очередь и, увеличивая или уменьшая число витков в обмотке, 1-2 подбирают номинальные напряжения на выходе выпрямителей преобразователя при номинальных нагрузках. При намотке высоковольтной обмотки необходимо обратить внимание на надежность и качество изоляции слоев; между слоями необходимо проложить слой лако- ткани.

Налаживание прибора начинают с блока питания. Отключив предварительно цепи питания преобразователя, проверяют работу стабилизатора на эквиваленте нагрузки, устанавливают напряжение —12 В.

Затем необходимо подключить к блоку питания эквиваленты нагрузок (работа блока питания на холостом ходу может привести к пробою высоковольтной обмотки). После этого подключают питание к преобразователю, проверяют запуск и устойчивую работу задающего генератора и усилителя мощности.

Подбирая резисторы в RC фильтрах и изменяя в небольших пределах выходное напряжение стабилизатора, на эквивалентах нагрузок устанавливают номинальные напряжения.

Затем подключают разъем питания к осциллографу. Правильно собранный прибор обычно начинает работать сразу. Задача налаживания сводится к достижению необходимых параметров.

При налаживании желательно воспользоваться осциллографом с аналогичными параметрами и генератором сигналов или звуковым генератором.

Сначала проверяют режимы работы ЭЛТ, пределы регулировок яркости и фокусировки луча. Если они недостаточны, то, подбирая резисторы делителя, добиваются нормальной фокусировки и яркости луча ЭЛТ.

Затем, переключив тумблер В6 в положение «Усилитель», измеряют напряжения на коллекторах транзисторов ТЗО, Т31 — они должны быть приблизительно равны половине напряжения питания ( + 100 В). Вращая ось резистора R115, проверяют смещение луча по горизонтали. При переключении тумблера В6 в положение «Развертка» луч должен сместиться к началу экрана, точку смещения можно подстроить подбором резистора R117.

Генератор развертки обычно начинает работать сразу. Ручками «Уровень» и «Стабильность» добиваются непрерывной развертки. Подстроечным резистором R110 устанавливают среднее значение амплитуды напряжения генератора развертки. Затем, подав на вход канала вертикального отклонения сигнал с генератора, проверяют работу канала и работу узла синхронизации и генератора развертки в режиме синхронизации. Ручками «Уровень» и «Стабильность» добиваются устойчивой синхронизации, резистором R110 устанавливают максимальный размер развертки при сохранении устойчивой синхронизации. Подавая с генератора сигналы с известными временными параметрами, измеряют эти параметры по сетке осциллографа (ручка «Длительность плавно» должна быть установлена в крайнее правое положение). Резисторами R124 и R126 при различных положениях тумблера В7 добиваются соответствия измеренных параметров истинным. В случае, если на каком-либо поддиапазоне наблюдаются большие отклонения, необходимо подобрать конденсаторы С40—С45.

Для настройки чувствительности усилителя вертикального отклонения необходимо подать на вход усилителя калиброванный сигнал амплитудой 10 мВ, ручку «Чувствительность» установить в крайнее правое положение и резистором R31 добиться отклонения луча на деление шкалы экрана.

Аттенюатор настраивают, подавая с калибратора осциллографа напряжение прямоугольной формы с достаточно крутыми фронтами, но без выбросов. Устанавливая ручку аттенюатора в различные положения и подстраивая подстроечные конденсаторы, добиваются на экране ЭЛТ изображения напряжения прямоугольной формы, близкой к идеальной — без выбросов и без завалов переднего фронта.

Источник: Лучшие конструкции 27-й выставки творчества радиолюбителей. Сборник. М., ДОСААФ, 1977. 287 с. с ил. На конц. пол.: сост. А. В. Гороховский.

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