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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Calibratore dell'oscilloscopio. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Dispositivo di calibrazione dell'amplificatore verticale e orizzontale dell'oscilloscopio La maggior parte degli oscilloscopi non include un generatore di segnali di riferimento integrato. Naturalmente, alcuni modelli più vecchi hanno un'uscita di calibrazione a pieno amplificatore da 1 V, ma questa uscita è limitata a 50 Hz e non è sufficientemente precisa per effettuare regolazioni. Ulteriori opzioni di personalizzazione sono fornite dallo speciale calibratore per oscilloscopio descritto in questo articolo. Questo blocco produce un segnale a onda quadra da 1 Vp-p, 1 kHz che può essere utilizzato per impostare gli amplificatori verticali e orizzontali dell'oscilloscopio. Questo dispositivo può essere utilizzato anche per tagliare gli elementi di compensazione di una sonda dell'oscilloscopio o come sorgente di segnale per misurare i transitori negli amplificatori audio. Questo dispositivo funziona a batteria per essere trasportato. Il circuito del dispositivo è insensibile alle variazioni della tensione di alimentazione: la frequenza di uscita rimane costante quando la tensione della batteria passa da 7.7 a 9.8 V. Inoltre, il basso consumo di corrente - circa 2 mA - può prolungare notevolmente la durata della batteria. Descrizione del circuito In fig. 1 mostra un diagramma schematico del calibratore. La parte oscillatoria contiene due delle sei sezioni dell'inverter CMOS 4049 (DD2.1 e DD2.2), nonché i componenti di temporizzazione C2, R7, R8 e R9. Gli elementi di questa parte del circuito determinano la frequenza di uscita. Il valore esatto della frequenza può essere calcolato utilizzando la formula:
f=2,2(C2)(R7R8). Supponiamo che l'ingresso DD2.2 (pin 5) sia inizialmente in uno stato basso, quindi l'uscita DD2.2 (pin 4) sarà alta. Poiché anche l'ingresso DD2.1 (pin 3) sarà in uno stato alto, verrà visualizzato un segnale di livello basso sull'uscita DD2.1 (pin 2). L'alta tensione dall'uscita di DD2.2 caricherà il condensatore da C2 a R7 e R8. Quando la tensione ai capi del condensatore C2 raggiunge il valore di soglia, l'uscita dell'elemento DD2.2 e l'ingresso dell'inverter DD2.1 saranno in uno stato basso. Per questo motivo, l'uscita DD2.1 passerà allo stato di alto livello. Poiché la tensione ai capi del condensatore C2 non può cambiare istantaneamente, la tensione all'ingresso di DD2.2 aumenterà in modo significativo e raggiungerà circa il 150% della tensione di alimentazione. Questo circuito di feedback positivo commuta i livelli logici alla frequenza più alta che può essere raggiunta su un elemento CMOS. Quando il livello logico è invertito su DD2.1 e DD2.2, C2 si ricarica nell'altra direzione e la tensione al pin 5 inizia a diminuire. Quando viene raggiunto il livello di soglia sul pin 5, l'uscita DD2.2 e l'ingresso DD2.1 passeranno allo stato di livello alto e l'uscita DD2.1, rispettivamente, passerà allo stato di livello basso. Anche in questo caso, la tensione su C2 non può cambiare istantaneamente e la tensione all'ingresso di DD2.2 scenderà a circa il 50% al di sotto della tensione di alimentazione. Questo, a sua volta, inverte i livelli logici alle uscite degli elementi specificati. Il resistore R9 limita la corrente all'ingresso di DD2.2 quando la tensione in C2 supera la tensione di alimentazione, proteggendo così i diodi di ingresso dalla distruzione. Questo resistore impedisce la scarica del circuito RC di temporizzazione attraverso i diodi di protezione interni. In caso contrario, si tende a restringere i fronti del segnale. Di conseguenza, la forma di un'onda quadra con riempimento del 50% dipende relativamente poco dalla tensione dell'alimentatore. Un segnale a onda quadra dall'uscita di DD2.1 viene inviato agli ingressi collegati in parallelo dei quattro inverter rimanenti della custodia 4049, le cui uscite sono anche collegate in parallelo. Nel momento in cui la tensione su queste uscite si abbassa, il riferimento di tensione LM2.5Z (DD336) a 1 V viene attivato tramite il resistore R1 e il diodo D1. A questo punto la tensione di uscita del calibratore diventa alta. La capacità di carico combinata dei quattro inverter da DD2.3 a DD2.6 supera 14 mA. Il circuito utilizza solo 2 mA di questa corrente, fornendo fronti ripidi all'uscita dell'onda quadra. Per fornire un'ampiezza della tensione di calibrazione in uscita di 1 V, viene utilizzato un gruppo resistore R2-R6 con una precisione del 2%. I resistori in questo gruppo hanno una resistenza di 470 ohm e sono sezionati per fornire il 40% dell'ampiezza di 2,5 V del segnale ad onda quadra, che corrisponde a 1 V sul pin L (uscita del calibratore). Il pin J2 viene utilizzato come "Comune". Quando un impulso di tensione di uscita appare all'uscita degli inverter, la tensione sul diodo D1 non supera 0,5 V. In questo caso, è chiuso e la corrente di uscita non scorre attraverso R1 e DD1. A questo punto, il segnale di calibrazione in uscita è zero. La limitazione bilaterale del segnale di uscita è assicurata, da un lato, da una resistenza dinamica di circa 0.2 Ohm LM336Z nello stato aperto e, dall'altro, da una corrente completamente disattivata nel momento in cui è presente una tensione di alto livello all'uscita degli inverter DD2.3-DD2.6. La precisione dell'ampiezza del segnale di calibrazione viene mantenuta da DD1 entro un intervallo fino all'1%. Anche se il gruppo resistivo ha una precisione dichiarata del 2%, le deviazioni di resistenza tra i singoli resistori sono molto più piccole. L'impedenza di uscita di questo circuito è di circa 1000 ohm. L'onda quadra di uscita dipende principalmente dalla corrente attraverso R2-R6, quindi non è necessario un grande condensatore di filtro per la batteria da 9 V B1. Il condensatore C1 è necessario solo per attenuare i picchi di corrente al momento della commutazione dell'inverter DD1. disegno Il prototipo dell'autore è stato assemblato su una breadboard speciale. La disposizione dei componenti di questo dispositivo non è fondamentale, quindi puoi utilizzare qualsiasi opzione conveniente per te. Per chi volesse realizzare questo dispositivo su un circuito stampato, in Fig. 2 è mostrato uno schema elettrico, in Fig. 3 mostra il posizionamento dei componenti.
Secondo la corretta sequenza di montaggio, i componenti meno sensibili devono essere installati per primi. Saldare i fili della scatola della batteria, il blocco DD2, l'interruttore, quindi il potenziometro e il connettore di uscita. Quindi installa il resto degli elementi passivi: prima i resistori, poi i condensatori. Per ottenere una deriva di frequenza minima del segnale di uscita, il condensatore C2 deve essere una pellicola, un resistore di ossido di metallo R7 con un errore del 2% ed è desiderabile utilizzare un potenziometro a filo multigiro come R8. Infine, è necessario installare D1, DD1 e DD2.
Controlla attentamente l'orientamento dei componenti polarizzati e, se non hai utilizzato un PCB, controlla il cablaggio. A seconda della sensibilità dell'oscilloscopio, potrebbe essere necessaria un'ampiezza di uscita diversa. In tal caso, è possibile rifare lo stadio di uscita del circuito come segue: collegare due LM336Z in serie e ridurre la resistenza di R1 per mantenere il divisore e l'LM1Z a circa 336 mA. Ciò fornirà il doppio della tensione di uscita. Configurazione e calibrazione La tensione di uscita del calibratore può essere controllata con qualsiasi buon multimetro digitale. Cortocircuitare temporaneamente a terra il punto di connessione di R1 e D1. Questo imposterà l'uscita del dispositivo su 1 V CC Controllare e verificare che sia così. È possibile utilizzare un contatore di frequenza digitale per controllare la frequenza di uscita. Tuttavia, esiste un altro metodo esatto che può essere utilizzato se si dispone di un CD di prova. Accendere il disco di prova per riprodurre una frequenza sinusoidale di 1 kHz e collegarlo a un canale di un amplificatore stereo. Collega il calibratore dell'oscilloscopio all'altro canale. Ruotare il potenziometro R8 per regolare la frequenza di uscita del calibratore in modo da ottenere zero battiti della frequenza audio. Questo processo di bilanciamento sonoro è simile a come vengono solitamente accordati un pianoforte o una chitarra. Utilizzo del calibratore L'amplificatore di deflessione verticale di un oscilloscopio può essere testato collegando un calibratore e confrontando l'onda quadra picco-picco sullo schermo dell'oscilloscopio con i contrassegni sul tubo a raggi catodici. Il generatore di spazzata viene verificato impostando la manopola di scansione sulla posizione 1 ms e confrontando i bordi del segnale rettangolari con i contrassegni verticali del tubo. Inoltre, utilizzando questo calibratore, è possibile controllare la sonda del divisore di ingresso dell'oscilloscopio (x10, x100). Poiché i bordi dell'onda quadra generata dal calibratore sono piuttosto ripidi, qualsiasi distorsione nella sua forma diventa molto evidente. Se la sonda remota incorpora elementi di sintonia, regolandoli, è possibile ripristinare la forma rettangolare originale del segnale di calibrazione che passa attraverso il divisore. Componenti a stato solido: DD1 - Riferimento di tensione di precisione LM336Z (Jameco 23771 o equivalente) DD2 - 4049 sei inverter CMOS D1 - 1 diodo al silicio N4148 Componenti passivi:
Autore: Charles Hansen. Traduzione e editing di Vladimir Volkov; Pubblicazione: radioradar.net
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