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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Scansione ritardata in un oscilloscopio. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione L'autore dell'articolo continua l'argomento del miglioramento dell'accuratezza delle misurazioni oscillografiche che ha toccato in precedenza. Il semplice dispositivo che consiglia consente di migliorare un oscilloscopio industriale fatto in casa o semplice a un livello che solo gli oscilloscopi con un dispositivo di ritardo del segnale o uno sweep digitale possono fornire. Nel canale di deflessione verticale dell'oscilloscopio viene eseguito il ritardo temporale del segnale in esame, necessario per osservarne la sezione iniziale. Questo di solito è ottenuto da una linea di ritardo (DL). Un radioamatore che decide di introdurre un ritardo nel proprio oscilloscopio può incontrare delle difficoltà: è praticamente molto difficile calcolare e realizzare autonomamente un LZ con i parametri necessari. Sarebbe possibile utilizzare un LZ di produzione industriale, ma in vendita, di norma, non ce ne sono di adatti per un oscilloscopio a banda larga. In particolare, le LZ con parametri concentrati, nonostante la loro notevole diversità, sono ancora inadatte al funzionamento in banda larga: hanno un lungo tempo di salita in uscita [1]. LZ con parametri distribuiti, realizzati con cavi delay speciali, hanno parametri migliori [2], ma sono troppo ingombranti. Quindi, la LZ dell'oscilloscopio a banda larga C1-79 ha dimensioni di 160x180x30 mm e un peso di 600 g, che di solito è un po' troppo per un oscilloscopio amatoriale di piccole dimensioni. Inoltre, è anche abbastanza difficile fabbricare e configurare una tale LZ. È vero, per i modelli industriali di oscilloscopi, i metodi di microelettronica [1, 3] producono DL di piccole dimensioni moderni di alta qualità, ma è impossibile acquistarli nei negozi. Eppure la situazione non è così disperata. Per i segnali ripetuti periodicamente utilizzati dai radioamatori durante la misurazione dei parametri, con l'ausilio di uno sweep ritardato, il problema è completamente risolvibile anche senza LZ. Supponiamo, per semplicità, di esaminare una sequenza di impulsi. Puoi ritardare non l'impulso in esame, ma il tempo in cui questo impulso attiva il generatore di scansione. L'ora di inizio viene scelta in modo che l'inizio dell'impulso successivo cada nella sezione di scansione visibile sullo schermo. Modificando la durata del ritardo di trigger, è possibile spostare l'immagine del segnale studiato sullo schermo dell'oscilloscopio ed esaminare in dettaglio tutti i suoi dettagli. E poiché anche la durata degli impulsi di tensione a variazione lineare (LIN) può essere modificata, questo dettaglio viene esaminato, per così dire, al microscopio con ingrandimento, cioè con un ampio allungamento temporale. Nessuna LZ offrirà tale opportunità. Naturalmente, questo non significa che un oscilloscopio a scansione ritardata non ne abbia bisogno. È meglio installarlo. Ciò amplierà le capacità dell'oscilloscopio. È solo auspicabile che la linea di ritardo possa essere disattivata quando non è necessaria, poiché qualsiasi LZ introduce distorsioni. Il dispositivo di scansione ritardata contiene due vibratori singoli, la cui durata dell'impulso può essere modificata indipendentemente l'uno dall'altro, un flip-flop RS, un trigger di Schmitt (TS) e uno shaper LIN. Il diagramma schematico del generatore di sweep è relativamente semplice (Fig. 1). In assenza di impulsi di sincronizzazione, il generatore funziona in modalità autooscillante. Dopo aver attivato la tensione di alimentazione all'uscita 6 del flip-flop RS DD1.1, DD1.2, e quindi all'ingresso A del DD2.1 one-shot (OB1), viene impostato il livello di log. 1, all'uscita Q - log 0. All'uscita Q del singolo vibratore DD2.2 (OB2) opera anche il livello log. 0. Di conseguenza, i diodi VD2, VD3 e il transistor di commutazione VT2 sono chiusi, mentre il condensatore Cτ viene caricato dalla corrente che scorre attraverso il resistore Rτ, ovvero inizia la formazione di LIN. Quando la tensione nel punto di giunzione dei resistori R12 e R13 raggiunge il livello di trigger TSh DD1.3, DD1.4, commuta e un registro appare alla sua uscita 11. 1, che viene trasmesso all'ingresso B DD2.2. L'OB viene attivato, 1 appare alla sua uscita Q, il diodo VD2 e il transistor VT2 si aprono, il condensatore Cτ viene scaricato e la formazione di LIN si interrompe. TS ritorna al suo stato originale. Al termine dell'impulso OB2, la cui durata è ti = 0.45C7R8, il transistor VT2 si chiude e inizia la formazione di un nuovo impulso LIN. La differenza di livello da 1 a 0 all'uscita 8 DD1.3, alimentata all'ingresso 5 del flip-flop RS, non può cambiare il suo stato e interrompere il processo di autooscillazione, poiché il livello logaritmico è stato impostato all'ingresso 4 poiché la potenza era acceso. 0.
Con l'arrivo dell'impulso di sincronizzazione, poiché il momento del suo arrivo è casuale, sono possibili due situazioni. Supponiamo che l'impulso di sincronizzazione sia arrivato durante la formazione del LIN. Viene invertito e amplificato dal transistor VT1 e va all'ingresso 2 del flip-flop RS, che commuta, e al suo pin 6 e all'ingresso A DD2.1 il livello di tensione scende dal log. da 1 a 0. L'uscita Q DD2.1 è impostata su una tensione a livello singolo. Questa tensione attraverso il diodo VD3 apre il transistor VT2 e interrompe la formazione dell'impulso LIN. Gli impulsi di clock che arrivano più tardi non cambiano lo stato degli elementi attivi del circuito, poiché arrivano allo stesso ingresso 2 del flip-flop RS. Inizia il conto alla rovescia del tempo di ritardo per l'inizio della formazione del LIN. Il tempo di ritardo è uguale alla durata dell'impulso all'uscita Q DD2.1, determinata dalla costante di tempo (R6 + R7) C, dove C - C4 - C6. Lo stato di OV2 non influisce sul circuito di base del transistor VT2 e non carica l'uscita 0V1, poiché è separato da essi da un diodo chiuso VD2. Al termine dell'impulso di ritardo, il transistor VT2 si chiude e inizia la formazione di LIN. Quando termina, il TS viene attivato, l'impulso dalla sua uscita 8 viene inviato all'ingresso 5 del flip-flop RS e lo riporta allo stato originale. Il generatore è pronto a ricevere un nuovo impulso di sincronizzazione. I diagrammi delle tensioni nei punti del circuito per questo caso sono mostrati in fig. 2. Tutte le tensioni tranne Usync corrispondono ai livelli TTL.
Nel caso in cui l'impulso di sincronismo arrivi all'ingresso del generatore al momento di una pausa tra gli impulsi LIN, OB1 è in procinto di generare un impulso con livello logaritmico. 1 sull'uscita Q. Un impulso dal pin 6 RS del flip-flop riavvia OB1. I successivi impulsi di sincronismo non possono riavviare OB1 perché il suo ingresso è bloccato dal flip-flop RS attivato al primo impulso di sincronismo. L'impulso dall'uscita inversa DD2.1 interrompe l'azione sull'uscita Q DD2.2 dell'impulso che, attraverso il diodo VD2, ha mantenuto aperto il transistor VT2. Ma il transistor non si chiude, poiché poco prima è arrivato un impulso dall'uscita Q DD3 attraverso il diodo VD2.1. Con questo impulso, il diodo VD2 si chiude. Pertanto, i diodi VD2 e VD3 eliminano l'influenza dei singoli vibratori l'uno sull'altro. Il transistor VT2 continua a rimanere aperto, ma da quel momento in poi conta già il tempo di ritardo per l'avvio del LIN shaper, determinato dalla durata dell'impulso all'uscita di OB1 dopo il riavvio. Quindi tutto accade come nel primo caso. Il lavoro dello shaper LIN non è considerato qui. L'intervallo di ritardo dello sweep è suddiviso in tre sottointervalli. Se ripetuti, i radioamatori possono sceglierli come desiderano. Sulla fig. La Figura 3 mostra la dipendenza del tempo di ritardo dall'angolo di rotazione del cursore del resistore R6 per i valori di capacità dei condensatori C4 - C6 mostrati nella figura. Il condensatore C3 è la somma delle capacità del chip e del montaggio. In questa posizione di SA1 e nella posizione inferiore dello slider del resistore R6, il generatore funziona praticamente senza ritardo, poiché la durata dell'impulso OB1 non supera alcuni centesimi di microsecondo. Se questa capacità non è sufficiente, è possibile aggiungere un condensatore esterno 5...10 pF.
Sulla fig. 1, l'interruttore di sottobanda di durata della scansione SA2 non è mostrato. Viene eseguito in modo simile all'interruttore del tempo di scansione mostrato in [4, Fig. 2]. Qui vengono forniti anche i parametri principali del generatore e altri dati necessari per ripetere il dispositivo. Gli elementi del circuito del generatore si trovano su un circuito stampato con un connettore MPH-14-1 Gli interruttori SA1 e SA2 sono posizionati all'esterno della scheda. Sono realizzati utilizzando interruttori reed. Una descrizione dettagliata dei principi di funzionamento e progettazione di tali interruttori è data in [5]. I tipi e i valori di resistori e condensatori con tolleranze sono descritti in [4]. Resistenza variabile R6 - SPZ-9g con una caratteristica funzionale di tipo B. I transistor KT316B sono intercambiabili con KT316A o qualsiasi altro transistor a microonde con un tempo di dissipazione non superiore a 4 ns. È consentito sostituire il transistor KT326B con KT326A o KT363A, B e il transistor KP303A con altri della serie KP303 con una tensione di interruzione di circa 0,5 V. Invece dei diodi KD512A, utilizzare KD513A o KD514A e invece di KR1533 microcircuiti serie - serie MS K155 e K555. La velocità dello scanner in questo caso diminuirà, ma nella maggior parte dei casi sarà sufficiente; in questo caso sono adatti transistor e diodi ad alta frequenza convenzionali. Quando si montano i microcircuiti, si consiglia di collegare gli ingressi liberi a + Upit tramite un resistore da 1 kΩ. Ad esso sono collegati diversi ingressi [6]. L'impostazione del generatore di sweep è descritta in [4]. L'ampiezza dell'impulso LIN non deve essere impostata su più di 5 V. Quando questo valore viene superato, la non linearità LIN aumenta bruscamente, anche se questo non è visivamente evidente. Stabilire la linearità dello sweep "a occhio" è il più semplice, ma non del tutto logico, poiché il generatore consente di ottenere uno sweep con una non linearità non superiore a pochi centesimi di percento. Per utilizzare questa possibilità, sono necessari metodi speciali per misurare la non linearità. Sono semplici, ma richiedono una descrizione separata [7]. Qualcosa sul miglioramento del funzionamento del generatore di spazzate. Nonostante la buona linearità dello sweep, non può essere definito un dispositivo di alta precisione, poiché l'ampiezza e la durata degli impulsi LIN dipendono dalla temperatura. Di per sé, il driver LIN è molto stabile grazie all'uso di un source follower con tracking feedback sui transistor VT3 e VT4. A causa della parziale compensazione dell'instabilità dei transistor ad effetto di campo e bipolari e del profondo feedback, i parametri di questo follower dipendono molto poco dalla temperatura [8]. Con elementi termicamente stabili Ct e Rt, l'angolo di inclinazione del LIN praticamente non cambia. La dipendenza dalla temperatura del LIN è spiegata da un cambiamento nella soglia di funzionamento del TS. La dipendenza della soglia dalla temperatura non è lineare, come con i termistori a semiconduttore, il che rende relativamente facile ottenere una buona compensazione termica. Lo schema del circuito correttivo è riportato in fig. 4. Il posizionamento dei termistori vicino alla custodia del microcircuito ha ridotto l'instabilità dell'ampiezza e della durata degli impulsi LIN dalla temperatura di oltre 10 volte, nell'intervallo di temperatura di 20 ... 50 ° C non supera lo 0,7%. Nel circuito di correzione viene utilizzato il resistore MMT-1 che ha una resistenza di 20 Ohm a T=1660°C. Resistori R4 e R5 - C2-29 con una potenza di 0,125 W con una deviazione dal valore nominale non superiore a + 0,25%.
Dopo l'introduzione della correzione, l'ampiezza LIN aumenta di 0,8 V, ma non è necessario sforzarsi di ripristinare l'ampiezza precedente: ciò può portare a una violazione della correzione termica. È più semplice modificare il guadagno dell'amplificatore di deflessione orizzontale. A differenza degli oscilloscopi a doppia scansione, che hanno due generatori LIN e due tipi di sincronizzazione, il blocco a scansione ritardata contiene un solo generatore LIN sincronizzato. Questo generatore è più facile da usare. Oltre alla normale manipolazione dei controlli dell'oscilloscopio, molto spesso è necessario utilizzare solo la manopola "Sweep Delay" (R6) e, in rari casi, l'interruttore di selezione del sottointervallo (SA1). La maggior parte delle misurazioni effettuate da un oscilloscopio a doppia scansione può essere effettuata con uno strumento dotato della scansione ritardata proposta. L'eccezione è la modalità "B highlight. A": in questa posizione dell'interruttore "Sweep type" viene evidenziata l'area che deve essere esaminata con l'ingrandimento. Ma la procedura qui è piuttosto complicata e non c'è bisogno di illuminazione speciale, poiché l'area desiderata può essere trovata senza di essa. La somiglianza fondamentale tra i due dispositivi in esame è che la sincronizzazione dello sweep viene effettuata non dal segnale visibile sullo schermo, ma da un altro. In questo modo è possibile visualizzare fronti di impulso e segnali la cui ampiezza non è sufficiente per attivare il trigger. Non è consigliabile utilizzare il generatore in un semplice oscilloscopio economico, poiché in questo caso non si realizza la sua elevata precisione. Naturalmente, questa è una questione di gusti e capacità dell'utente, ma è meglio integrarli con un buon oscilloscopio accurato che non abbia uno sweep ritardato. Può anche essere realizzato come unità autoalimentata separata. Quindi l'uscita del generatore è collegata all'ingresso "X" dell'oscilloscopio. Il generatore è sincronizzato sia da un segnale esterno che da impulsi di clock provenienti da uno dei canali di deflessione verticale, le cui uscite sono disponibili in ciascun oscilloscopio. È inoltre possibile utilizzare l'uscita di tensione a dente di sega dell'oscilloscopio per questo. Quindi, nella console, dovrai installare un interruttore di tipo di sincronizzazione e un partitore di tensione, se necessario. Letteratura
Autore: M. Dorofeev, Mosca
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