МОДЕРНИЗАЦИЯ ,,ДОПОТОПНЫХ” ОСЦИЛЛОГРАФОВ

МОДЕРНИЗАЦИЯ ,,ДОПОТОПНЫХ” ОСЦИЛЛОГРАФОВ.
Осциллограф был и остается незаменимым помощником радиолюбителя – конструктора.
Конечно, он есть в наличии, но хочется что-то получше, а купить более совершенный
жена не разрешает – ей новая шуба нужна.
Предлагаемая статья поможет радиолюбителю значительно улучшить параметры своего
старого осциллографа. Сразу скажу, что полностью схему осциллографа я еще не собрал
(несомненно, я когда-то это сделаю, только не знаю, сколько времени у меня на это
уйдет). Исходя из этого, большая просьба к радиолюбителям – конструкторам, которые
будут собирать или полую схему ,,совершенного” осциллографа, или какую-то его часть –
напишите мне о своих достижениях в этом направлении.
Какие параметры осциллографа самые важные? Это, конечно же, частотная полоса
пропускания исследуемых сигналов через канал вертикального отклонения (КВО) луча и
устойчивость синхронизации генератора линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН)
канала горизонтального отклонения луча (КГО). Последняя как раз и доставляет больше
всего хлопот при работе с осциллографом, изготовленным для советского радиолюбителя.
Очень часто, в лучшем случае, картинка на экране ,,бежит”, иногда ее не удается не то что
остановить, но даже невозможно определить форму импульсов сигналов.
Еще следует вспомнить ,,незлим тихим словом” конструкторов, приложивших свою руку
к созданию советских осциллографов. Если таковой вышел со строя, ой как тяжело не
только добраться до ,,отдавшей концы” радиодетали, но вообще проверить режим работы
какого-то каскада из-за банальной невозможности ,,долезть” к этому каскаду.
Применяя нижеприведенные схемы блоков осциллографа можно пойти двумя путями.
Первый путь – это частичная замена старых блоков имеющегося осциллографа
предлагаемыми ниже, второй – изготовление нового осциллографа на базе старого (разве
что имеет смысл оставить имеющийся блок питания и электронную лучевую трубку).
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ОСЦИЛЛОГРАФА.
,,Совершенный” осциллограф построен на базе осциллографа ОМЛ-2М, так как он есть у
меня в наличии, но достал отвратительной синхронизацией генератора развертки канала
горизонтального отклонения луча и неважной надежностью некоторых примененных
радиокомпонентов. Но это не значит, что все нижесказанное непременимо к любому
осциллографу времен советского ,,застоя”.
Итак, на Рис.1 изображена схема конструируемого осциллографа ОМЛ-2010М. Как
видим, ничего нового. Новое мы увидим, раскрыв ниже все квадратики структурной
схемы осциллографа.
ГЕНЕРАТОР РАЗВЕРТКИ КАНАЛА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
ЛУЧА.
Генератор развертки КГО осциллографа (Рис.2) представляет собой генератор линейно
изменяющегося напряжения (ГЛИН). Генератор построен на ОУ в интегральном
исполнении согласно рекомендаций, указанных в [1]. Схема состоит из компаратора
(DA1) и интегратора (DA2). Длительность Ти входного положительного импульса Uу
ГЛИН определяет длительность стадии спада выходного напряжения U ГЛИН, определяет
длительность стадии спада выходного напряжения U ГЛИН, длительность стадии
нарастания U ГЛИН равна паузе Тп между импульсами Uу ГЛИН.
При поступлении входного напряжения, амплитуда которого Uу > Ео, компаратор
переходит в состояние положительного насыщения, открывается диод VD2 и напряжение
U ГЛИН убывает по линейному закону. Крутизна напряжения U ГЛИН на интервале
спада
Sc = dU ГЛИН/dt = - Uвых.max/R2 C1
(1).
При прекращении импульса Uу компаратор под воздействием напряжения Ео на
инвертирующем входе переходит в состояние отрицательного насыщения. Открывается
диод VD3 и интегратор формирует линейно-нарастающее напряжение. Крутизна
нарастания U ГЛИН
Sн = dU ГЛИН/dt = Uвых.max/(R5…R13)C2 (2).
Именно участок линейно-нарастающего напряжения и используется для развертки луча
электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) осциллографа, так как его начало строго
засинхронизировано входным исследуемым сигналом и импульсами генератора, частота
которого стабилизирована кварцем, что будет рассмотрено ниже.
Максимальное и минимальное значения напряжения U ГЛИН ограничены
стабилитронами VD4, VD5. Напряжение между входами интегратора приблизительно
равно 0 В. Стабилитроны практически не влияют на процесс разряда конденсаторов С1,
С2.
Принципиальная схема ГЛИН рассчитана на применение ЭЛТ с десятью делениями
шкалы по горизонтали (такие ЭЛТ применены в подавляющем большинстве
существующих осциллографов).
Пример расчета параметров времязадающих цепей ГЛИН рассмотрим для предела
0,05мс/дел.
Согласно формуле (2)
dU ГЛИН/dt = Uвых.max/R13 C1
Принимаем емкость конденсатора С1 равной 100пФ, тогда R13 = 2,5к.
Емкость конденсатора С2 (диапазон мс/дел.) при известном сопротивлении резистора
R13 – 0,1мк.
Учитывая то, что линейно-убывающее напряжение ГЛИН не используется для
формирования изображения входного сигнала на экране осциллографа и напряжение на
выходе ГЛИН должно быть равно – 9,1В до подачи нового положительного
управляющего импульса, принимаем сопротивление резистора R2 равным 1кОм. Это
значит, что крутизна спада напряжения ГЛИН в 2,5 раза больше крутизны нарастания U
ГЛИН.
По горизонтали развертка луча ждущая (луч разворачивается с приходом входного
исследуемого сигнала).
Ток стабилитрона VD1 выставляется в пределах 5…10мА подбором сопротивления
резистора R1.
Конденсаторы С1, С2 и резисторы R5…R13 должны иметь класс точности не менее 5%
(желательно 2% или менее).
Во всем диапазоне частот во времязадающих цепях использовано всего лишь два
конденсатора (С1, С2) сравнительно небольших размеров, что позволяет уменьшить
габариты ГЛИН по сравнению с традиционными схемами и облегчить процесс его
наладки, который сводится к подбору сопротивлений резисторов R5…R13.
БЛОК ЗАПУСКА ГЕНЕРАТОРА РАЗВЕРТКИ КАНАЛА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО
ОТКЛОНЕНИЯ ЛУЧА.
Блок запуска (Рис.3) построен на цифровых микросхемах серии К561. На микросхемах
DD1…DD13 выполнен генератор импульсов частотой 1МГц; 500, 250, 100, 50, 25, 10, 5,
2,5, 1кГц; 500, 250, 100, 50, 25, 10, 5, 2,5, 1Гц. Частота задающего генератора
стабилизирована кварцем [2]. Конденсатор С1 служит для подавления возможной
паразитной генерации на частотах, отличных от частоты кварцевого резонатора.
Настройка заключается в установке генерируемой частоты с помощью подбора емкости
конденсатора С3. Импульсы генератора необходимой частоты через переключатели SA1
(,,Время/дел.”) и SA2 (,,мкс - мс”) поступают на информационный вход D-триггера DD14.
На счетный вход С этого триггера приходят импульсы с канала синхронизации,
полученные из входного исследуемого сигнала. Триггер DD14.1 меняет свое состояние с
приходом переднего фронта импульса исследуемого сигнала и при наличии
положительной полярности импульса генератора ,,запускает ГЛИН”.
Таким образом достигается строгая синхронизация ГЛИН входным исследуемым
сигналом и кварцованным генератором прямоугольных импульсов. Импульсы управления
Uу ГЛИН снимаются с вывода 2DD14.1, с вывода 1DD14.1 снимаются импульсы
управления триггером подсветки.
БЛОК СИНХРОНИЗАЦИИ ГЛИН.
На Рис.4 изображена принципиальная схема блока синхронизации ГЛИН. Входной
сигнал подается с каскада предварительного усиления канала вертикального отклонения
луча осциллографа на вход эмиттерного повторителя, выполненного на транзисторе VT1.
В базовую цепь транзистора VT1 включен диод VD6, предохраняющий вход усилителя
синхронизации от перегрузок. С эмиттера транзистора VT1 синхронизирующий входной
сигнал подается на компаратор, выполненный на ОУ DA1. В верхнем по схеме положении
переключателя SA1 компаратор переходит в состояние положительного насыщения
положительным входным сигналом, амплитуда которого больше 3,9В. В нижнем по схеме
положении переключателя SA1 компаратор переходит в состояние положительного
насыщения отрицательным входным сигналом. Ограничение входного сигнала по
амплитуде (необходимая амплитуда входного импульса должна быть более 3,9В)
позволяет избавиться от запуска ГЛИН сигналом малого уровня (фон, шумы)
исследуемого сигнала.
УСИЛИТЕЛЬ РАЗВЕРТКИ КАНАЛА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
ЛУЧА.
Усилитель развертки КГО (Рис.5) выполнен по схеме усилителя осциллографа С1-94 [3].
Усилитель развертки двухкаскадный, дифференциальный, построен по каскодной схеме
на транзисторах VT1 – VT2, VT4 – VT5. Для повышения симметричности выходного
напряжения в эмиттерные цепи транзисторов VT1, VT2 включен генератор тока на
транзисторе VT3. Для коррекции коэффициента передачи усилителя по высокой частоте
включен конденсатор С1.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАНАЛА ВЕРТИКАЛЬНОГО
ОТКЛОНЕНИЯ ЛУЧА.
На Рис.6 изображена схема предварительного усилителя КВО, который обладает
неплохими параметрами и которым не очень сложно заменить имеющийся в старом
осциллографе.
В схеме предварительного каскада усиления КВО применен быстродействующий
операционный усилитель К140УД11, имеющий защиту от перенапряжений по входу, что
очень не помешает при ошибочном включении переключателя SA3 ,,Вольт/дел” на
максимальную чувствительность при наблюдении сигнала большой амплитуды, и защиту
от КЗ на выходе.
Гарантированная максимальная частота следования входных исследуемых импульсов,
которые пропустит предлагаемый предварительный усилитель – не менее 15МГц.
ОУ включен по схеме неинвертирующего усилителя с обратной связью. Коэффициент
усиления такого усилителя
Кu = (R8…R13 + R5)/R8…R13
Коэффициент усиления предварительного усилителя на пределе 0,2Вольт/дел.= 125;
10Вольт/дел.= 2,5.
При необходимости расширения диапазона измерения исследуемого сигнала по
амплитуде необходимо применить галетный переключатель SA6 на большее число
переключений. Сопротивление резисторов, подключаемых на данный переключатель,
рассчитывается согласно с вышеприведенной формулой определения Кu. В частности, для
создания предела измерения 20В/дел необходимо применить резистор сопротивлением
2Мом; 0,1В/дел – резистор сопротивлением 2,01кОм; 0,05В/дел – резистор
сопротивлением 1кОм.
Сопротивления резисторов делителя напряжения R1…R3 подобраны так, что при
ошибочном включении на максимальную чувствительность (0,2Вольт/дел.) и при наличии
входного напряжения 300В, на входе усилителя напряжение не будет превышать 12В.
Все резисторы предусилителя КВО должны иметь класс точности не менее 5%
(желательно 2% или менее).
Предусилитель необходимо экранировать, провода ,,вход” и ,,выход” усилителя также
должны быть экранированы.
ОКОНЕЧНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КАНАЛА ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ.
Оконечный усилитель КВО (Рис.7) собран на транзисторах VT9…VT12 по каскодной
схеме. Коррекция коэффициента усиления по высокой частоте осуществляется
конденсаторами С16, С17 и резистором R52. Оконечный усилитель КВО выполнен по
схеме осциллографа С1-94 [3].
Принципиальная схема ТРИГГЕРА ПОДСВЕТА прямого хода луча, подключения
ЭЛТ 6ЛО1И и БЛОКА ПИТАНИЯ осциллографа изображены на Рис.8.
Триггер подсвета служит для включения тока ЭЛТ на время прямого хода развертки.
Триггер содержит транзисторы VT7, VT8 и представляет собой схему триггера Шмитта.
Транзистор VT6 включен как стабилитрон и стабилизирует напряжение питания первого
каскада триггера и, как следствие, постоянную амплитуду напряжения на резисторе R35.
Рабочая точка триггера устанавливается потенциометром R30. Управляется триггер
подсвета блоком запуска развертки КГО. Триггер подсвета выполнен по схеме
осциллографа ОМЛ-2М.
Схема подключения ЭЛТ 6ЛО1И в осциллографе ОМЛ-2М практически изменений не
претерпела [4].
В блоке питания осциллографа ОМЛ-2М необходимо произвести следующие
изменения:
1. Выпаять диоды V20 и V21.
2. Анод диода V17 и катод диода V19 отключить от вывода 9 трансформатора Т1 и
подключить это соединение на вывод 8 трансформатора Т1.
3. В схему БП осциллографа ОМЛ-2М добавить резисторы R21, R22 сопротивлением
10кОм на мощность рассеивания 2Вт.
4. Резистор R18 сопротивлением 1кОм на мощность рассеивания 0,25Вт заменить
резистором сопротивлением 1кОм на мощность рассеивания 2Вт (заводской резистор в
БП ОМЛ-2М сильно грелся и иногда выходил со строя). Перегорал даже установленный
резистор на мощность рассеивания 0,5Вт.
5. Установить стабилитрон V29 и балластный резистор R19.
6. Установить стабилитроны V30, V31 и балластный резистор R20.
Печатная плата осциллографа выполнена на двустороннем фольгированном текстолите и
изображена на Рис.9. Размеры печатной платы позволяют без труда установить ее в
имеющемся осциллографе ОМЛ-2М. Провода, подпаиваемые к печатной плате, следует
сожгутовать, жгут закрепить на краю печатной платы, обеспечив свободный доступ к
плате при настройке или ремонте.
Резисторы R5…R13 припаяны на соответствующих контактах переключателя SA1.1;
R44…R49 – на контактах переключателя SA6.
Навесным монтажом установлены также резисторы R37…R39, R62; конденсаторы С12,
С18.
Лицевая панель осциллографа показана на Рис.10.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. Москва.
Энергоатомиздат. 1988.
2. Нечаев И.А. Конструкции на логических элементах цифровых микросхем. Москва.
Радио и связь. 1992.
3. Бунычева Н., Кондратьев Ю. Универсальный сервисный осциллограф С1-94. Радио
1983. №1.
4. Паспорт на осциллограф ОМЛ-2М.