Всероссийская научная конференция молодых исследователей «Шаг в будущее»

2
Всероссийская научная конференция молодых исследователей
«Шаг в будущее»
Автор:
Тонких Сергей Сергеевич,
ЦД(Ю)ТТ «Городской» г. Липецка,
8 класс
Руководитель: Самохин Юрий Петрович,
педагог дополнительного образования
лаборатории радиотехнического
конструирования
ЦД(Ю)ТТ «Городской» г. Липецка
3
Россия, г. Москва, 2009 г.
Осциллограф
Тонких Сергей Сергеевич
Россия, Липецкая область, г. Липецк
ЦД(Ю)ТТ «Городской» г. Липецка, 8 класс
Прибор предназначен для визуального наблюдения и определения параметров
электрических
сигналов
в
лабораторных
условиях.
Он
позволяет
исследовать
периодические колебания и импульсы обеих полярностей и проверять работоспособность
биполярных и полевых транзисторов, сопротивлений и конденсаторов [Приложение 1].
Технические данные
Диапазон амплитуд исследуемых импульсов, мВ
30 – 2 * 105
Максимальная частота исследуемых периодических
2
процессов, МГц
Чувствительность усилителя вертикального отклонения,
100
мВ/см
Неравномерность частотной характеристики усилителя
+- 10
вертикального отклонения в
интервале 0 … 20 МГц, %
Входное сопротивление при открытом входе, МОм
1
Входная емкость, пФ
15
Режим работы развертки
ждущий, непрерывный
Диапазон длительностей развертки, мс/мм
100 – 2*10-4
Число поддиапазонов развертки
12
4
Синхронизация
внешняя, внутренняя
Минимальная амплитуда синхронизирующего сигнала, мВ
30
Рабочая часть экрана, мм
40 х 20
Напряжение питания, В
220
Потребляемая мощность, Вт
10
Принципиальная схема осциллографа показана в приложении 2.
Усилитель вертикального отклонения луча собран на транзисторах V3 – V14. Для
уменьшения дрейфа нуля он выполнен по симметрично-балансной схеме. На входе усилителя
включен частотно-компенсированный двигатель (резисторы R1 – R4, конденсаторы C2 – C4)
с коэффициентом деления 1, 10, 100 и 1000. Он позволяет понизить чувствительность
усилителя от 100 мВ/см до 100 В/см.
С выхода делителя исследуемый сигнал через цепочку C8R5R6 поступает на первый
каскад усилителя вертикального отклонения, собранного на полевом транзисторе V3 по схеме
истокового повторителя. Элементы C8, R5, V1 и V2 служат для его защиты от перегрузок.
Входной каскад второго плеча усилителя также представляет собой истоковый повторитель
на транзисторе V4. Подстроечный резистор R8 необходим для балансировки первого каскада
усилителя.
На транзисторах V5 и V6 по схеме с эмиттерной связью выполнен фазоинвертор. Этот
каскад преобразует несимметричный входной сигнал в симметричный. Переменным
резистором R15 регулируют усиление прибора. Цепочка С10R16 служит для коррекции
частотной характеристики каскада. Для согласования высокого выходного сопротивления
фазоинверсного каскада с низким входным сопротивлением следующего каскада, а также для
предотвращения возбуждения усилителя используются эмиттерные повторители на
транзисторах V7, V8. Эти же функции выполняют и эмиттерные повторители на
5
транзисторах V11, V12.
На транзисторах V9, V10 собран двухтактный усилитель (по схеме с общим
эмиттером). Его частотную характеристику корректируют цепочками C11R27L1 и С12R28.
Выходной каскад собран на транзисторах V13, V14. Для коррекции его частотной
характеристики используют дроссели L2, L3 и цепочку C13R35L4.
Изображение на экране электроннолучевой трубки перемещают по вертикали
сдвоенным переменным резистором R18.
Усилитель синхронизации собран на транзисторах V18, V19. С коллектора
транзистора V19 через резистор R66 сигнал поступает на вход генератора развертки и
синхронизирует его. Переменным резистором R61 плавно изменяют амплитуду и полярность
синхронизирующего сигнала.
Цепочка R56V20 ограничивает сигнал, поступающий на базу транзистора V18.
Генератор развертки состоит из триггера Шмита на транзисторах V22, V23,
стабилизатора тока (транзистор V26), эмиттерного повторителя на транзисторе V28 и
амплитудного дискриминатора (транзистор V30).
Генератор развертки может работать в ждущем и непрерывном режимах.
В момент включения питания транзистор V23 закрыт, а V22 открыт. Через транзистор
V26 заряжается один из времязадающих конденсаторов (C22 – C33). Как только конденсатор
зарядится до напряжения, равного напряжению на эмиттере транзистора V30, последний
открывается. В результате транзистор V22 закрывается, а V23 открывается, и конденсатор
разряжается через элементы V27, V23, V25 и R71. После разряда конденсатора триггер
возвращается в исходное состояние, и процесс повторяется.
Если движок переменного резистора R78 находится в верхнем (по схеме) положении
(ждущий режим работы), то транзистор V22 будет закрыт, а V23 открыт и конденсаторы не
заряжаются.
Вывести
генератор
из
этого
состояния
можно
отрицательным
6
синхронизирующим импульсом.
Усилитель горизонтального отклонения луча состоит из фазоинверсного каскада на
транзисторах V35 и V36 и выходного (транзисторы V33, V34). На вход усилителя с
эмиттерного повторителя V28 подается пилообразное напряжение.
Конденсаторы C57 и С58 служат для коррекции частотной характеристики
фазоинвертора. Резистор R82 определяет длину линии горизонтальной развертки на экране
осциллографа. Частотную характеристику выходного каскада
в области высоких частот
корректируют конденсатором C34. Переменным резистором R84 перемещают луч по
горизонтали.
Узел управления лучом собран на транзисторах V15, V16. В момент начала развертки
импульс, поступающий с коллектора транзистора V23, закрывает транзистор V15. Транзистор
V16 закрывается. В результате напряжение около 20 В, приложенное между катодом и
управляющим электродом («плюс» на катоде), закрывает электроннолучевую трубку на
время обратного хода луча.
После окончания прямого хода фронт положительного импульса с коллектора
транзистора V23 открывает транзистор V15. Транзистор V16 закрывается. В результате
напряжение около 20В, приложенное между катодом и управляющим электродом («плюс» на
катоде), закрывает электроннолучевую трубку на время обратного хода луча.
Узел проверок транзисторов. Для проверки биполярных транзисторов малой и средней
мощностей служит специальный генератор [Приложение 3]. Генератор через конденсатор С9
подключён ко второму входу усилителя вертикального отклонения. При установке
испытуемого транзистора в соответствующие гнезда на экране осциллографа должны
наблюдаться синсуоидальные колебания частотой 465 кГц.
Узел проверки сопротивлений и емкостей. Прибор позволяет измерять сопротивление
резисторов по линейной шкале. Принцип измерения основан на определении уровня сигнала
на экране осциллографа при подаче на его вход части калиброванного напряжения.
7
Калиброванное напряжение с коллектора транзистора V57 через один из регистров R41-R44
поступает на вход осциллографа. Если исследуемый резистор не подключен, то на вход
подается напряжение +10 В. При подключении резистора напряжение на входе осциллографа
уменьшается пропорционально сопротивлению испытуемого резистора.
Принцип измерения ёмкости конденсаторов такой, как и сопротивления резисторов.
Блок
питания
осциллографа
[Приложение
4]
обеспечивает
прибор
всеми
необходимыми напряжениями.
Для получения напряжения +-10 В применены два компенсационных стабилизатора с
защитой от перегрузок и короткого замыкания на выходе. Напряжение 600 В получают с
помощью преобразователя [Приложение 5].
Узел управления лучом питается от однополупериодного выпрямителя на диоде V58.
Конструкция и детали. Детали осциллографа смонтированы на печатных планетах.
Входной делитель конструктивно выполнен в виде отдельного узла, помещенного в
металлический экран. Элементы делителя припаяны к выводам переключателя S2 (12П1Н). К
ним же припаяны и конденсаторы C5, C6 и резисторы R41-R41.
В
приборе
использованы
постоянные
R
МЛТ,
переменные
—
СПЗ-4М,
электролитические C — К52-1 (С22-С26), К50-6, остальные — КМ. Желательно, чтобы C
С22-С33 имели малый ТКЕ.
Трансформатор Т1 намотан на тороидальном магнитопроводе (50*30*20 мм) из стали
Э350, толщина ленты 0,1 мм. Обмотка1 содержит 3500 витков провода ТЕВ-2 0,15, обмотка2
— 2*1000 витков провода ПЭВ-2 0,12, обмотка 3 — 200 витков провода ПЭВ_2 0,31. обмотка
4 — 120витков провода ПЭВ — 2 0,41.
Трансформатор Т2 намотан на ферритовом кольцевом сердечнике М2000НМ,
типоразмер — К20х10х5. Обмотка I содержит 70 витков провода ПЭВ-2 0,14, обмотка I —
1000 витков провода ПЭШЛО 0,07.
Дроссели L1-L4 намотаны проводом ПЭЛШО 0,1 на резисторах МЛТ-0,125, L5, L6 —
8
проводом ПЭВ-2 0,1 на резисторе ВС-05(до заполнения). Катушка L-7 намотана проводом
ПЭВ-2 до заполнения каркаса и помещена в броневой карбонильный сердечник СБ-2а. От
каждой третьей части обмотки сделан отвод.
Литература:
1. Гаврилов Ю.С. Справочник по радио-измерительным приборам. Изд-во:
«Энергия», 1986
2. Пестриков В.М. Энциклопедия радиолюбителя. Изд-во: «Наука и техника»,
2001
3. Чистяков Н.И. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. Изд-во: «Радио
и связь», 1990
4. Журнал «Радио», №№ 1975 – 2000 гг.
5. Журнал «Радиоконструктор», №№ 2004 – 2008 гг.
9
1
0
Приложение 1
Рис. 1. Фото осциллографа
1
1
Приложение 2
Рис. 2. Принципиальная схема осциллографа
1
2
Приложение 3
Рис. 3. Схема проверки работоспособности транзистора
1
3
Приложение 4
Рис. 4. Принципиальная схема блока питания
1
4
Приложение 5
Рис. 5. Принципиальная схема высоковольтного блока питания