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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Oscilloscopio. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Un oscilloscopio è uno dei dispositivi più necessari nella pratica di un radioamatore dopo un multimetro. No, non mancano i design industriali. Tuttavia, quanti lettori hanno un tale dispositivo? Probabilmente no - è costoso. E invitiamo tutti a prestare attenzione alla descrizione del dispositivo presente in questo articolo. Il dispositivo, che non è difficile da fabbricare e configurare, sarà di grande aiuto nella creazione di prodotti di apparecchiature radioelettroniche a bassa frequenza: amplificatori, dispositivi di registrazione del suono magnetico e vari tipi di dispositivi domestici automatici. Nella rivista "Radio", 2000, n. 9, p. 56 L'articolo di A. Piltakyan "Mini-laboratorio di misurazione". In questo dispositivo, insieme ad altri dispositivi, è stato presentato all'attenzione dei lettori un oscilloscopio. La differenza tra l'oscilloscopio proposto in questo articolo sta nelle proprietà di frequenza più elevata del generatore di sweep e nella capacità di studiare i processi non solo nei circuiti CA, ma anche CC. La frequenza minima del generatore di sweep è 25 Hz, la massima è 25 kHz. , scansione verticale e orizzontale dei televisori, nonché per il monitoraggio dei transitori in vari circuiti di commutazione. Il diagramma schematico dell'oscilloscopio è mostrato in fig. 1. Lo studio della tensione continua è diventato possibile grazie all'uso di un tubo radio come amplificatore di deflessione verticale (Ingresso "V"). Come si può vedere dallo schema, non c'è tensione sulla griglia del triodo destro della lampada rispetto al corpo dell'apparecchio, questo permette di collegare l'amplificatore direttamente all'apparecchio in esame senza l'utilizzo di un condensatore di separazione. La tensione di offset del punto di lavoro di -1,5 V, necessaria per il funzionamento della cascata, esiste ancora. Sono la caduta di tensione attraverso il LED HL3 collegato in serie con il triodo e il suo carico. Questa tensione viene fornita alla griglia di controllo della lampada attraverso resistori nel circuito della griglia - R37 e R18, la cui resistenza è significativamente piccola rispetto alla resistenza di ingresso della lampada.La tensione di polarizzazione sulla griglia rispetto al catodo sarà negativa, che è solo necessaria per il funzionamento del tubo radio. In questo caso il LED funge anche da stabilizzatore di tensione.
Questa opzione per costruire una cascata non è stata scelta per caso. Il modo classico per generare l'auto-polarizzazione utilizzando un resistore nel circuito del catodo della lampada provoca la comparsa di un feedback negativo (NFB). Lo stesso NFB è utile, in quanto migliora le caratteristiche di frequenza della cascata, ma in questo caso dovrà essere eliminato. Ciò è dovuto alla necessità di costruire una cascata secondo il circuito dell'amplificatore CC (UCA). L'inclusione dei triodi della lampada degli amplificatori delle deviazioni orizzontali (a sinistra secondo lo schema) e verticali è la stessa. L'unica differenza è che l'amplificatore a scansione orizzontale ha una tensione al catodo leggermente superiore, pari a circa 2,8 V. I LED HL1 e HL2 in questa cascata svolgono anche il ruolo di stabilizzazione dell'auto-polarizzazione, che è pari alla somma dei valori di tensione sui LED e sul diodo VD1. Il ruolo del resistore di griglia in questo caso è svolto dal diodo VD1 e dalla resistenza tra l'emettitore e il collettore del transistor di uscita dell'elemento logico DD1.4. Pertanto, la modalità di funzionamento delle lampade per corrente continua in questo dispositivo viene impostata selezionando i LED con la tensione di stabilizzazione necessaria. Il generatore di tensione a dente di sega orizzontale è costituito da tre nodi. Il primo è un generatore di impulsi master basato sui transistor VT1 e VT2 secondo il circuito di un amplificatore non invertente con feedback positivo attraverso i condensatori C5-C15 (a seconda della durata della scansione), collegati dalla sezione di commutazione SA1.1. Uno di questi condensatori, insieme ai resistori R15 e R8.2, svolge la funzione di un circuito che imposta la durata degli impulsi di uscita del generatore. Il resistore variabile R8 consente di regolare uniformemente la durata della scansione. Il secondo nodo del dispositivo è una catena di elementi logici del chip DD1. Sugli elementi DD1.1 e DD1.2 viene creato un trigger di Schmitt. Permette di ridurre il tempo dei transitori, conferendo agli impulsi una forma più simile a quella rettangolare. In effetti, l'assenza di un trigger non influirà negativamente sul funzionamento del generatore di tensione a dente di sega stesso, poiché il generatore stesso produce impulsi di forma piuttosto rigorosa. Qui, l'uso di elementi di circuiti logici è dovuto ad altri motivi. Il dispositivo collegato al generatore per smorzare il raggio inverso del tubo richiede l'immissione di impulsi con fase opposta. Gli impulsi all'uscita dell'elemento DD1.3 assicurano il normale funzionamento del dispositivo di estinzione. Con un aumento della frequenza dell'oscillatore principale, l'ampiezza degli impulsi alla sua uscita diminuisce. Il trigger di Schmitt li rende uguali su tutto lo spettro delle frequenze. Il trigger di Schmitt nel dispositivo funge anche da buffer tra l'oscillatore principale e il circuito di uscita del clock. Il terzo nodo del generatore è un driver di tensione a dente di sega. Consiste in un diodo VD1, resistori R7, R8.1 e uno dei condensatori C1.2-C16 selezionati dall'interruttore SA26. Il diodo VD1 impedisce la carica dei condensatori mediante la corrente di uscita dell'elemento DD1.4. La corrente che scorre attraverso i resistori R7 e R8.1 carica dolcemente il condensatore, la scarica del condensatore avviene attraverso l'elemento DD1. Pertanto, all'uscita del generatore si forma una tensione di sweep a dente di sega con elevata linearità. Il dispositivo di sincronizzazione del generatore di sweep è realizzato sotto forma di un amplificatore a stadio singolo basato su un transistor ad effetto di campo VT3. L'ingresso del transistor riceve un segnale dall'uscita del divisore di segnale verticale attraverso il condensatore di accoppiamento C36. Il segnale amplificato dal circuito di pozzo del transistore viene inviato attraverso il circuito di adattamento VD2, R23, R14, C27 all'ingresso dello stadio di pilotaggio del generatore di impulsi. Quando appare un impulso positivo all'ingresso del transistor VT1, il condensatore del circuito di retroazione del generatore acquisisce una carica aggiuntiva. In questo caso, il processo di commutazione del generatore viene accelerato e inizia a funzionare in modo sincrono con il dispositivo in esame. Considera il circuito di commutazione del tubo dell'oscilloscopio VL1. È un circuito divisore da cui vengono applicate le tensioni necessarie per il funzionamento del tubo. Due sorgenti ad alta tensione partecipano alla sua alimentazione: -290 V e +220 V. Il catodo del tubo è collegato alla sorgente -290 V attraverso i circuiti di regolazione con resistenza R16. Il raggio viene focalizzato sul primo anodo del tubo applicando tensione da un resistore variabile R10. Il secondo anodo del tubo è alimentato da una sorgente di +220 V attraverso un partitore sui resistori R3 e R6, che fornisce una tensione di circa +115 V rispetto all'involucro del dispositivo. Di conseguenza, la differenza di potenziale tra il secondo anodo e il catodo raggiunge i 400 V, che è abbastanza sufficiente per il normale funzionamento del tubo 5L038I. Il collegamento del secondo anodo al divisore è dovuto alla necessità di minimizzare la differenza di tensione tra questo anodo e le piastre deflettrici. Il mancato rispetto di questa condizione comporterà una forte sfocatura del raggio ai confini dello schermo del tubo e, di conseguenza, "offuscamento dell'immagine". I resistori variabili R2 e R5 forniscono la regolazione della posizione dell'immagine sullo schermo del tubo verticalmente e orizzontalmente modificando la differenza di potenziale tra le piastre di deflessione opposte del cinescopio. La funzione principale nel dispositivo per smorzare il raggio inverso del tubo è svolta da un interruttore realizzato sul transistor VT4. Il suo collettore è collegato al modulatore del cinescopio tramite un condensatore di disaccoppiamento C29. Dall'uscita dell'elemento DD1.3, gli impulsi vengono inviati attraverso un partitore di tensione attraverso i resistori R29 e R30 all'ingresso del transistor VT4 Quando il transistor viene aperto, una tensione aggiuntiva appare sul modulatore del cinescopio, bloccando in modo affidabile il flusso di elettroni e il raggio inverso scompare sullo schermo. I resistori R29, R30 riducono al minimo la tensione alla base del transistor VT4 nel momento in cui l'uscita dell'elemento DD1 .3 è uno zero logico. Ciò è necessario per una chiusura più affidabile del transistor. L'attenuatore di ingresso è costituito da un divisore sui resistori R32, R33, R37 e da un amplificatore CC sul chip DA1.1. La modifica dei limiti della misurazione della tensione viene eseguita dall'interruttore SA3. Nel diagramma, i condensatori C3З e C35 sono designati come pick-up e non possono essere installati affatto. Ma se vuoi migliorare la precisione delle misurazioni della tensione CA, dovresti installarle selezionandole empiricamente. Questo può essere fatto applicando un segnale alternato con un'ampiezza nota all'ingresso dell'oscilloscopio. L'interruttore SA2 consente di collegare il dispositivo al dispositivo in prova direttamente (ingresso aperto) o tramite il condensatore di isolamento C32. In questo modo è possibile selezionare la modalità di misura "Tensione continua e alternata" (contatti chiusi) o solo "Tensione alternata". La seconda modalità è conveniente per osservare immagini di tensione alternata sovrapposte a una costante piuttosto elevata (ondulazione di alimentatori, ecc.). La modalità "costante e variabile" è molto comoda da utilizzare per monitorare i processi transitori nei dispositivi chiave. Nella fabbricazione di questo nodo, prestare particolare attenzione alla schermatura dei circuiti di ingresso. Se la protezione statica dell'ingresso dell'amplificatore operazionale è insufficiente quando il limite di misurazione è attivato a 50 mV / div, sullo schermo potrebbe apparire un'immagine dei processi transitori che si verificano nei nodi dell'oscilloscopio stesso. L'alimentatore genera diverse tensioni necessarie per il funzionamento dell'oscilloscopio. La tensione di rete viene convertita dal trasformatore T2, quindi il ponte raddrizzatore sui diodi VD8-VD11 genera una tensione costante di +8 V, e da essa lo stabilizzatore del microcircuito DA2 la porta a +5 V, i condensatori C40 e C43 si stanno livellando. L'avvolgimento con una tensione di -6,3 V alimenta i filamenti del tubo e dei tubi radio. La ricezione dell'alta tensione viene eseguita da un convertitore di impulsi aggiuntivo. È un semplice oscillatore a transistor a ciclo singolo con una frequenza di circa 16 kHz. La tensione dallo stabilizzatore del microcircuito a DA2 attraverso il filtro L1C42C44, necessaria per impedire la penetrazione di increspature dal generatore nei circuiti di potenza dei restanti nodi, viene fornita a un dispositivo realizzato su un transistor VT5 e un trasformatore T1. Il carico del transistor è l'avvolgimento I del trasformatore, l'avvolgimento II svolge la funzione di retroazione. Uno dei prerequisiti per il funzionamento di un tale generatore è la presenza di una tensione di polarizzazione basata sul transistor VT5. Lo stabilizzatore del convertitore è costituito da un comparatore su un chip DA1.2 e un carico controllato su un transistor VT6. Questo dispositivo, secondo il principio di funzionamento, assomiglia a un diodo zener convenzionale, differenze importanti rispetto a un diodo zener sono la capacità di regolare la tensione e la corrente di stabilizzazione. La tensione di stabilizzazione deve essere impostata con un resistore di regolazione R47. La massima corrente di stabilizzazione può essere regolata selezionando il resistore R40. La tensione -5 V viene utilizzata solo per alimentare il chip DA1. Trasformatore di potenza T2. Come circuito magnetico e avvolgimento primario, puoi utilizzare un trasformatore TVK-110LM già pronto da una TV a tubo. Gli avvolgimenti secondari dovranno essere avvolti indipendentemente, sono uguali: sono realizzati con filo PEV-2 con un diametro di circa 0,6 mm e hanno 110 spire ciascuno. Il trasformatore T1 è realizzato su un circuito magnetico ad anello K28x16x9 in ferrite M2000NM, gli avvolgimenti I e II sono realizzati con filo PEV-2 0,5 e hanno rispettivamente 14 e 4 spire, avvolgimenti III e IV - con filo PEV-2 0,25, il numero di spire è 200 e 300, l'avvolgimento V ha 16 spire avvolte con filo PEV-2 0,35, 1. Nella fabbricazione di questo trasformatore, si dovrebbe prestare attenzione all'isolamento degli avvolgimenti "ad alta tensione" l'uno dall'altro e dagli altri La carta del condensatore può essere utilizzata come materiale isolante. Gli avvolgimenti III-V sono realizzati utilizzando il metodo "turn to turn" e I e II sono distribuiti uniformemente lungo il circuito magnetico. Gli avvolgimenti III e IV dovrebbero essere avvolti per primi, poi V. Gli avvolgimenti I e II vengono posati per ultimi. Con questo ordine di avvolgimento sarà più facile, se necessario, modificare il numero di spire degli avvolgimenti I o II. Prima di avvolgere il trasformatore, avvolgere l'anello di ferrite con uno strato di materiale isolante. Affinché il convertitore non influisca sul funzionamento di altri dispositivi, è opportuno posizionare i suoi elementi in modo compatto e, se possibile, posizionarli completamente in uno schermo metallico, che è collegato a un comune bus di alimentazione. La bobina del filtro levigante L2 è avvolta con filo PEV-0,6 20 fino a quando il circuito magnetico K12 * 5x2000 non viene riempito dalla ferrite MXNUMXNM.
Nei circuiti "ad alta tensione" del dispositivo è preferibile utilizzare condensatori di polistirene. I condensatori del generatore di sweep dovrebbero avere il minor TKE possibile. I condensatori accoppiati per la stessa durata di sweep (C5 e C16, ... C15 e C26) devono essere dello stesso tipo. I valori delle loro denominazioni sono riportati nella tabella. Le parti utilizzate nel dispositivo possono essere sostituite con gli analoghi corrispondenti. Il chip K157UD2 può essere sostituito con qualsiasi doppio amplificatore operazionale. Il requisito principale è il normale funzionamento da una sorgente a 5 V (bipolare). L'uso di un amplificatore operazionale a frequenza più elevata influirà favorevolmente sul funzionamento del dispositivo. Il chip KR142EN5V può essere sostituito con K142EN5A o un equivalente straniero. I diodi 1 N4004 sono sostituibili da qualsiasi con una corrente diretta di almeno 0,5 A e una tensione inversa di almeno 20 V - D226, KD105, KD102 o gruppi di diodi KTs404, KTs405 sono adatti.Sostituiremo il transistor MP39A con MP 13, MP15, MP40-MP42. Invece del transistor MP38A, è adatto MP35 o MP37. Per regolare il dispositivo, è necessario disporre di un multimetro e di un frequenzimetro con un limite di misurazione superiore a 25 kHz. Se vuoi calibrare il tuo strumento, avrai bisogno anche di un oscilloscopio industriale. La regolazione dovrebbe iniziare controllando le prestazioni della fonte di alimentazione. Per prima cosa è necessario misurare la tensione ai capi del condensatore C43 e dopo lo stabilizzatore del microcircuito sul microcircuito DA2, quindi viene verificato il funzionamento del convertitore "ad alta tensione". Quando si imposta il convertitore, ricordare che non deve essere acceso senza carico! Lo stesso gruppo di alimentazione, installato in modalità nominale, non teme la mancanza di carico. Lo stabilizzatore lo salverà dal fallimento. Ma fino a quando lo stabilizzatore non viene regolato, collegare una resistenza da 220 kOhm (200 W) all'uscita della sorgente +0,5 V e scollegare tutti i consumatori attuali dal convertitore. Iniziare a configurare il convertitore controllando il funzionamento del generatore. Le sue prestazioni possono essere determinate dalla presenza di tensione all'uscita di uno dei raddrizzatori. Se il generatore non si avvia, scambiare i terminali dell'avvolgimento I. Se il generatore è eccitato in modo intermittente, ridurre il numero di giri dell'avvolgimento I o selezionare un resistore R38. Dopo aver garantito un avvio affidabile del convertitore, regolare la tensione di uscita delle sorgenti. La frequenza operativa e la tensione di uscita del convertitore sono ampiamente influenzate dal numero di spire dell'avvolgimento II. Misurare la tensione al carico. Dovrebbe essere intorno a +240 V o poco più. Se la tensione non corrisponde, aumentare il numero di spire dell'avvolgimento II. Quindi collegare e regolare lo stabilizzatore. L'unico requisito per questo è che prima della prima accensione, impostare la resistenza del trimmer R47 nella posizione centrale. Dopo l'accensione, è necessario impostare +220 V all'uscita del convertitore ruotando il cursore di questo resistore. Quindi dovresti controllare la tensione sul collettore del transistor VT6. Non deve essere inferiore a +160 V. Se la tensione è inferiore a questo valore, sostituire la resistenza R40 con un'altra di resistenza inferiore. Quindi misurare la tensione all'uscita della sorgente +220 V (non dovrebbe cambiare) e al collettore VT6 (aumenterà). Dopo aver regolato lo stabilizzatore, scollegare la resistenza di carico. Ora l'alimentatore è pronto per l'uso. Alcune caratteristiche dello stabilizzatore sono che mantiene stabile la tensione non solo alla sorgente +220 V, ma anche alla sorgente -290 V. Questo perché l'analogo del diodo zener è collegato direttamente all'uscita del ponte a diodi e mantiene la tensione direttamente sull'avvolgimento III del trasformatore T1. La creazione di un generatore di sweep consiste nella selezione di condensatori accoppiati. La durata dello sweep nella tabella è per la scrittura sul pannello frontale dell'oscilloscopio. Viene misurato con la posizione dei cursori dei resistori R8.1 e R8.2 nella posizione superiore secondo il diagramma. Per controllare l'impostazione della frequenza del generatore, collegare un frequenzimetro all'uscita del clock (pin 6 del chip DD1.2). Quindi selezionare i condensatori C5-C15 in modo che il generatore copra completamente l'intervallo di 25 Hz ... 25 kHz, ovvero, cambiando gli intervalli con l'interruttore SA1 e ruotando il cursore del resistore R8, è possibile selezionare qualsiasi frequenza nello spettro specificato. Selezionando i condensatori C16-C26, viene regolata l'ampiezza della tensione a dente di sega del generatore di sweep orizzontale. L'ampiezza della sega deve essere regolata per ultima. Il suo valore determinerà la dimensione orizzontale dell'immagine. Non modificare la capacità in misura molto ampia: ciò può portare alla distorsione della forma della sega. Una sega distorta farà apparire un punto luminoso ai bordi della striscia luminosa (Fig. 2, a) e quando viene applicata una tensione alternata all'ingresso dell'oscilloscopio, una striscia verticale appare sul bordo dell'immagine (Fig. 2,6). Il corretto funzionamento del generatore di sweep sarà indicato da una striscia orizzontale uniformemente luminosa sullo schermo del tubo. La linearità dello sweep può essere facilmente verificata applicando un segnale sinusoidale all'ingresso dell'oscilloscopio con una frequenza diverse volte superiore alla frequenza del generatore di sweep. Se la tensione di sweep è sufficientemente lineare, sullo schermo apparirà una sinusoide (Fig. 2, c). Se la sega è fortemente distorta, la sinusoide verrà allungata su un bordo dello schermo e compressa sull'altro (Fig. 2d).
Quando si regola il gruppo di deflessione verticale, misurare la tensione sull'anodo della metà destra della lampada secondo lo schema. Dovrebbe essere approssimativamente uguale alla metà della tensione di alimentazione. La lampada 6N2P utilizzata garantisce la deflessione del raggio dal centro quasi al bordo dello schermo del tubo quando viene applicata una tensione di circa 1 V alla griglia di controllo. Stabilire un nodo di sincronizzazione consiste nel regolare la modalità del transistor VT3 per la corrente continua. Misurare la tensione al suo drain. Dovrebbe essere approssimativamente uguale alla metà della tensione di alimentazione. Se la tensione è molto diversa da quella richiesta, modificare la resistenza del resistore R27 entro un intervallo ridotto. È molto facile controllare il funzionamento del dispositivo di estinzione. Per fare ciò, impostare la frequenza massima del generatore di sweep, commutare SA3 in posizione "0,5 V / div", chiudere i contatti dell'interruttore SA2 e collegare l'ingresso dell'oscilloscopio alla base del transistor VT4. Durante il normale funzionamento del dispositivo di soppressione, non si verificheranno cambiamenti sullo schermo del cinescopio. Quindi scollegare il condensatore C29 dal modulatore. Successivamente, sullo schermo dovrebbe apparire un'immagine di un impulso con un'ampiezza di circa 0,7 V sopra la striscia luminosa (Fig. 2e). Il tocco finale nella regolazione è l'applicazione di una scala allo schermo del tubo. Per fare questo, hai bisogno di un righello, una normale penna stilografica (preferibilmente con inchiostro nero) e un foglio di polietilene sottile. Disegna una griglia con celle quadrate sul polietilene. Per determinare la lunghezza del lato della cella, applicare una tensione costante di 7 V al terminale 6 della lampada 2N0,5P e misurare la distanza di cui devia il raggio. Sarà approssimativamente uguale a 1 cm Attaccare il film plastico fabbricato con una griglia allo schermo del cinescopio in modo che al centro ci sia un mirino di linee. Successivamente, premi il film con un anello di nylon. La griglia applicata dividerà lo schermo in 16 quadrati (Fig. 2, e). Terminata la scala, selezionare le capacità dei condensatori C16 - C26 in modo che la striscia orizzontale luminosa sullo schermo del dispositivo occupi quattro divisioni. Il corpo del dispositivo è meglio realizzato in metallo. Ho inserito il dispositivo in una custodia da un caricabatterie di fabbrica per batterie per auto. Quando si collega l'oscilloscopio a dispositivi che non sono isolati galvanicamente dalla rete a 220 V, fare attenzione perché potrebbe comparire alta tensione sulla custodia del dispositivo!!! Autore: P. Venderevsky, Novosibirsk
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