Осциллограф-ваш помощник (как работать с осциллографом)

Настала очередь промодулировать по амплитуде сигнал генератора РЧ колебаниями 3Ч, иначе говоря, получить своеобразный радиосигнал, аналогичный излучаемому в эфир радиовещательными станциями. Осциллограф (он по-прежнему подключен к зажимам ХТ3 и ХТ4) переведите в автоматический режим работы с внутренней синхронизацией и установите длительность развертки 0,5 мс/дел. На экране вновь появится яркая «дорожка» — полоса (рис. 35, а) с размахом около 0,8 В.

На генераторе 3Ч (его частота может быть любой) плавно перемещайте движок переменного резистора R7 «Амплитуда» из крайнего верхнего, по схеме, положения в нижнее. Линии полосы начнут изгибаться. Ручками синхронизации и длины развертки постарайтесь «остановить» изображение, и вы увидите, что линии приняли очертания синусоидальных колебаний (рис. 35, б), частота которых соответствует частоте сигнала генератора 3Ч.

Рис. 35

Правда, синхронизировать такой сигнал затруднительно даже в режиме ждущей развертки, поскольку наблюдаете сложный сигнал, состоящий из колебаний звуковой и радиочастоты. Вот здесь и придет на помощь режим внешней синхронизации от одного из генераторов, в данном случае от генератора 3Ч.

Гнездо входа канала X соедините проводником с выводом коллектора транзистора VT2 генератора 3Ч (рис. 36) — в этой точке амплитуда сигнала наибольшая.

Рис. 36

Осциллограф переключите в режим ждущей развертки с внешней синхронизацией (нажмите кнопки «АВТ.-ЖДУЩ.» и «ВНУТР. ВНЕШН.»). Вот теперь удастся соответствующими ручками «остановить» изображение модулированных но амплитуде колебаний РЧ.

Модуляция происходит из-за того, что питание на генератор РЧ теперь поступает через участок движок — верхний вывод переменного резистора R7 генератора 3Ч. Причем, чем ниже, по схеме, движок резистора, тем больше амплитуда падающего на указанном участке синусоидального напряжения, тем больше «изгиб» линий полосы на экране осциллографа. А значит, как говорят в технике, больше глубина (или коэффициент) модуляции.

Для подсчета глубины модуляции пользуются формулой

где m — глубина модуляции, %; а и в — соответственно наибольший и наименьший размах изображения (или амплитуда колебаний), любые единицы измерения примеру, для показанного на рис. 35. б изображения глубина модуляции составит

Такова примерная глубина модуляции при максимальном выходном сигнале генератора 3Ч — она соответствует общепринятой глубине (30 %) модуляции, используемой в различных измерительных генераторах с внутренней амплитудной модуляцией. Такое значение принято и в радиовещании.

Чтобы получить более глубокую модуляцию, нужно увеличить амплитуду выходного сигнала генератора 3Ч. Наиболее просто это сделать увеличением обратной связи между его каскадами — уменьшением сопротивления подстроечного резистора R4 (см. рис. 14). На экране осциллографа увидите изображение, показанное на рис. 35. в, — пачки радиочастотных импульсов. Глубина модуляции в этом случае достигает 75 %.

После проведения этого эксперимента вновь отрегулируйте генератор 3Ч и добейтесь изображения, показанного на рис. 35, б. А затем проверьте еще один способ определения глубины модуляции — по «размытости» колебаний РЧ. Для этого нужно снять модуляцию (установить движок резистора R7 генератора 3Ч в верхнее положение) и установить длительность развертки такой, чтобы на экране осциллографа появились колебания РЧ (осциллограф может работать в режиме ждущей развертки с внутренней синхронизацией), а затем ввести модуляцию. Появится изображение, показанное на рис. 35. г. Измерив размах наибольшей и наименьшей размытостей изображения, подсчитайте по вышеприведенной формуле глубину модуляции

Радиоприем и детектирование

Итак, модулированные колебания РЧ получены. В таком виде они излучаются передающей радиостанцией Антенна же радиоприемника «улавливает» их и подводит к колебательному контуру. Если резонансная частота контура соответствует несущей частоте радиостанции, на контуре появится сигнал РЧ наибольшей амплитуды. Остается выделить из него модулирующий сигнал 3Ч, усилить его и подать на акустический преобразователь — головной телефон или динамическую головку.

Процесс выделения модулирующего сигнала — он называется детектированием — мы и пронаблюдаем с помощью осциллографа. Но вначале соберем колебательный контур L1C2 (рис 37). Для него понадобится отрезок стержня диаметром 8 и длиной 35 мм из феррита 600НН. Такой стержень можно осторожно (феррит хрупкий!) отломить от стержня большей длины, сделав предварительно круговой пропил в месте излома надфилем, напильником или ножовочным полотном. На стержень наматывают виток к витку катушку L1 — 100 витков провода ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,17…0,2 мм в расчете на работу в диапазоне СВ.

Еще понадобится конденсатор переменной емкости С2, который может быть, скажем, как и в генераторе РЧ, типа КП-180. Вместе с катушкой индуктивности конденсатор можно расположить на небольшой плате (рис. 38), на которой заранее укрепите монтажные шпильки — они одновременно будут служить контактами, к которым придется подключать осциллограф.

Рис. 37

Рис. 38

Контур подключите к генератору РЧ через конденсатор С1, а сам генератор соедините с другим генератором — 3Ч. В данном случае генератор РЧ будет выполнять роль «антенны», принимающей сигнал радиостанции. А чтобы «антенна» меньше влияла на настройку контура (ведь антенна обладает емкостью, тем большей, чем больше ее габариты), конденсатор связи C1 взят небольшой емкости.

Чтобы можно было наблюдать колебания РЧ на контуре, к нему подключен осциллограф, но также через конденсатор связи — С3. Емкость его может быть меньше по сравнению с указанной на схеме — до 10 пФ, но в этом случае амплитуда наблюдаемого на экране осциллографа сигнала также будет меньше. Если же подключить осциллограф непосредственно к контуру, размах изображения на экране резко возрастет, но входная емкость осциллографа (она равна 40 пФ) окажется подключенной параллельно контуру и изменит частоту его настройки — в этом вы убедитесь несколько позже.

Включив оба генератора (3Ч и РЧ), установите резистором R3 в генераторе РЧ наибольшую амплитуду выходного сигнала и выведите модуляцию — установите движок переменного резистора R7 в генераторе 3Ч в верхнее по схеме положение. Кнопками входного аттенюатора осциллографа установите такую чувствительность, чтобы на экране была видна яркая «дорожка» (немодулированные колебания РЧ). Осциллограф должен работать в автоматическом режиме с внутренней синхронизацией и длительностью развертки 1 мс/дел. или близкой к ней, а также с закрытым (но можно и с открытым) входом. Надеемся, что по этим указаниям вы сможете нажать нужные кнопки на осциллографе.

Возможно, размах «дорожки» будет небольшой (рис. 39, а), что свидетельствует о расстройке частоты контура по отношению к частоте генератора РЧ (его частоту установите равной, например, 1 МГц, что соответствует длительности одного колебания 1 мкс). Попробуйте медленно повернуть ротор конденсатора переменной емкости в одну или другую сторону. Размах колебаний может возрастать (рис. 39, б), что свидетельствует о приближении частоты контура к частоте генератора РЧ, а вскоре станет наибольшим (рис. 39, в). Если это произойдет примерно в среднем положении ротора, все в порядке. В противном случае постарайтесь уменьшением числа витков (при максимальной емкости конденсатора) или подключением параллельно С2 конденсатора небольшой (10…20 пФ) емкости (если емкость конденсатора С2 оказалась максимальной) «вывести» ротор в сторону среднего положения. Можно, конечно, попытаться добиться тех же результатов изменением частоты генератора РЧ.

Добившись максимального размаха «дорожки» при нужном положении ротора конденсатора переменной емкости, установите длительность развертки 0,5 мкс/дел. и с помощью ручек синхронизации и длины развертки добейтесь на экране осциллографа изображения нескольких синусоидальных колебаний (рис. 39, г).

Рис. 39

Более устойчивое изображение получите, конечно, в ждущем режиме (при нажатой кнопке «АВТ.-ЖДУЩ.»). Измерьте размах колебаний и определите их частоту (известным вам способом — измерением длительности одного колебания и переводом полученного значения в частоту).

А теперь попробуйте подключить входной щуп осциллографа непосредственно к контуру, минуя конденсатор С3. В этом случае максимальный размах колебаний, а значит, резонансная частота контура, получится при другом положении ротора конденсатора переменной емкости. Может быть, даже придется установить ротор почти в крайнее положение— настолько сильно расстроится контур.

И, действительно, при входной емкости осциллографа 40 пФ общая емкость, подключенная параллельно катушке индуктивности, станет значительно больше первоначальной. В случае же подключения осциллографа через конденсатор С3 его влияние на контур ослабнет — ведь теперь параллельно контуру окажется подключенной емкость: С_общ= С3∙С_осц/(С3 + С_осц) = 17 пФ. Правда, немногим более чем вдвое упадет и уровень сигнала на входе осциллографа.

Указанным способом подключения осциллографа к резонансным цепям пользуйтесь всегда, когда нужно уменьшить влияние входной емкости осциллографа на резонансную частоту цепи. Чем меньше емкость конденсатора С3, тем слабее и влияние осциллографа на контролируемые цепи.

Не отключая входной щуп осциллографа от контактной точки ХТ5, подсоедините к контуру детекторную цепь (рис. 40) — диод VD1 и резистор нагрузки R1.

Размах колебаний упадет до 0,08 В (до подключения цепи он составлял 0,2 В) — рис. 41, а.

Переключите осциллограф в режим работы с открытым входом (кнопка переключателя 13 должна быть в отжатом положении), установите, если это понадобится, ручкой смешения луча по вертикали изображение так, чтобы центр его проходил точно по средней линии масштабной сетки (как на рис. 41, а). Затем переключите входной щуп осциллографа на контрольную точку ХТ7 («земляной» щуп должен постоянно находиться на точке ХТ6). На экране появится изображение, показанное на рис. 41, б. Нетрудно заметить, что диод VD1 в данном случае работает как выпрямительный, «отсекая» отрицательные полупериоды синусоидальных колебаний. Форма же оставшихся колебаний зависит от сопротивления резистора нагрузки детектора — можете убедиться в этом сами, подпаяв вместо постоянного переменный резистор сопротивлением 10 или 15 кОм и перемещая его движок из одного крайнего положения в другое.

Закончив эксперимент, вновь впаяйте резистор R1 и подключите параллельно ему конденсатор С4 емкостью 1000.. 10 000 пФ. На экране появится прямая линия (рис. 41, в), отстоящая на некотором расстоянии от линии развертки, — постоянное напряжение 0,02 В на выходе детектора. Все верно — детектор выполняет функции выпрямителя с фильтрующим конденсатором. При изменении входного сигнала РЧ (переменным резистором R3 в генераторе РЧ) линия будет «плавать» — подниматься вверх и опускаться вниз. Тот же эффект получится, если поворачивать вправо-влево ротор конденсатора переменной емкости нашего детекторного приемника, настраивая колебательный контур на резонансную частоту или расстраивая его. В момент точной настройки на резонансную частоту подъем линии развертки над средней линией масштабной сетки будет наибольшим, а значит, наибольшим будет и постоянное напряжение на выходе детектора.

Таким образом, осциллограф стал индикатором настройки детекторного приемника на частоту радиостанции. Аналогично работают электронные индикаторы настройки, входным сигналом которых служит постоянная составляющая на нагрузке детектора.

Установив максимальный выходной сигнал генератора РЧ, подключите входной щуп осциллографа (он по-прежнему должен работать с открытым входом) к точке ХТ5 и измените длительность развертки так, чтобы получилась «дорожка», аналогичная изображенной на рис. 39, в (она теперь будет со значительно меньшим размахом — 0,08 В). Введите резистором R7 в генераторе 3Ч модуляцию и, пользуясь соответствующим и кнопками длительности и режима развертки, а также ручками синхронизации, добейтесь показанной на рис. 42, а картины — модулированных колебаний РЧ. Частота модулирующего сигнала — около 1000 Гц (длительность одного колебания 1 мс). Лучшей устойчивости изображения удастся добиться при работе осциллографа в режиме внешней синхронизации от сигнала генератора 3Ч, как это делали ранее.

Переключите входной щуп осциллографа на точку ХТ7 — нижняя половина изображения пропадет (рис. 42, б), что свидетельствует о нормальной работе детектора. А теперь подключите параллельно резистору нагрузки конденсатор С4 — радиочастотная составляющая продетектированного сигнала замкнется через него и на экране останутся лишь синусоидальные колебания модулирующего сигнала 3Ч (рис. 42, в). Такой сигнал можно подавать на головной телефон (он должен быть высокоомный, например ТОН-2) или на усилитель 3Ч.

Вы, наверное, заметили, что катушка колебательного контура выполнена на сердечнике с высокой магнитной проницаемостью? По сути дела, это малогабаритная магнитная антенна, аналогичная используемой в переносных транзисторных радиоприемниках. Испытайте ее действие.

Отпаяв конденсатор С1 и проводник, соединяющий колебательный контур с зажимом ХТ4 генератора РЧ, подключите к точкам ХТ5 и ХТ6 входные щупы осциллографа и поднесите катушку (конечно, вместе с платой) возможно ближе к катушке генератора РЧ. На экране осциллографа появятся модулированные колебания (рис. 42, а), размах которых будет зависеть от расстояния между катушками и от ориентации «магнитной антенны» (точнее — ферритового стержня, воспринимающего магнитную составляющую электромагнитного поля) относительно контура генератора

В итоге получился простейший радиоприемник. Подключив к нему (вместо резистора R1) головной телефон ТОН-1 или ТОН-2, можете послушать сигнал частотой 1000 Гц, выделяемый детектором из радиосигнала. Громкость звука можно изменять конденсатором переменной емкости приемника, переменным резистором выходного сигнала генератора РЧ, ориентацией приемника в пространстве, а тональность- переменным резистором «Частота» генератора 3Ч.

Проверяем рефлексный приемник

Это, пожалуй, наиболее популярная конструкция среди начинающих радиолюбителей. Подкупает такой приемник своей простотой, небольшим ассортиментом деталей и сравнительно высокой чувствительностью. Хотя потребляет он от источника питания немного энергии, громкость звучания малогабаритного головного телефона достаточна, чтобы прослушивать, скажем, радиостанцию «Маяк» на расстоянии сотен километров от передающей антенны.

По сравнению с приемником прямого усиления рефлексный обладает, к сожалению, недостатком — он сложен в налаживании, более склонен к самовозбуждению. И нередко начинающий конструктор остается в унынии, так и не добившись от приемника желаемых результатов. Вот почему разговор пойдет о проверке и налаживании рефлексного приемника с помощью осциллографа и изготовленных ранее генераторов 3Ч и РЧ.

Но сначала о самом приемнике. Лучше всего воспользоваться конструкцией, разработанной в кружке физико-технического творчества Ишеевской средней школы под руководством П. П. Головина. Схема приемника приведена на рис. 43. На ней буквами обозначены контрольные точки, в которых будем просматривать с помощью осциллографа сигналы и проверять режимы работы транзисторов.

Рис. 43

Колебательный контур магнитной антенны WA1, составленный из катушки индуктивности L1 и конденсаторов С1, С2, настроен на несущую частоту принимаемой радиостанции. Через катушку связи L2 сигнал поступает на усилитель РЧ собранный на транзисторах VT1 и VT2. Нагрузкой усилителя для колебаний РЧ служит катушка L3 радиочастотного трансформатора. С ней индуктивно связана катушка L4, с которой колебания подаются на детектор, выполненный на диоде VD1. На нагрузке детектора (резистор R5) выделяется сигнал 3Ч, конденсатор С7 фильтрует радиочастотную составляющую продетектированных колебаний.

Через цепь R4C4 сигнал 3Ч поступает на тот же усилитель из двух транзисторов, но теперь нагрузкой его для таких сигналов будет головной телефон BF1 из него и слышна радиопередача.

Чтобы принимать радиостанцию «Маяк», длина волны которой равна 547 м (частота — около 548 кГц), катушка L1 должна содержать 75 витков, a L2 — 8 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,15 мм, намотанных на отрезке стержня диаметром 8 и длиной 50 мм из феррита 400НН. Предварительно на стержень надевают бумажный каркас длиной 40 мм. На одном из концов каркаса наматывают виток к витку катушку связи, а на оставшейся поверхности размещают контурную катушку. Катушки радиочастотного трансформатора наматывают на кольце типоразмера К7х4х2 из феррита 400НН (можно 600HH); L3 содержит 65 витков, a L4 — 170 витков провода ПЭВ-1 0,1, намотанных равномерно по всей длине кольца. Конденсатор CI подбирают в процессе налаживания приемника такой емкости, чтобы приемник оказался настроенным точно на частоту радиостанции при среднем положении ротора подстроечного конденсатора С2.

Предварительно детали приемника собирают на макетной панели, чтобы проверить и подобрать (если это понадобится) режимы работы транзисторов, настроить колебательный контур магнитной антенны, определить правильность подключения выводов катушек L3, L4. Так же поступите и вы, тем более, что наша цель — не столько собрать готовую конструкцию, сколько познакомиться с происходящими в приемнике процессами и научиться управлять ими.

Входную цепь приемника немного измените (рис. 44) — используйте вместо подстроечного конденсатора переменный (например, КП-180) и временно установите конденсатор С1 емкостью 200 пФ. Подсоедините щупы осциллографа к выводам катушки связи L2, а колебательный контур подключите через конденсатор C_св к зажиму ХТ3 генератора РЧ (зажим ХТ4 можно с контуром не соединять).

Рис. 44

Генератор РЧ придется также немного перестроить — ведь он перекрывал частоты 750…1500 кГц (длины волн 400…200 м), более высокие по сравнению с необходимыми для нашего случая. Поэтому параллельно конденсатору переменной емкости генератора (С2 на рис 32) подключите постоянный конденсатор емкостью 300 пФ и генератор будет перекрывать частоты 500…680 кГц (600.. 440 м).

Но сразу устанавливать частоту генератора равной частоте выбранной радиостанции не следует, поскольку при проверке и налаживании приемника будут помехи от сигналов радиостанции. Поэтому лучше установить более высокую либо более низкую частоту, скажем, 660 кГц (длина волны 450 м, длительность одного колебания 1,5 мкс). Кроме того, колебания генератора должны быть немодулированы (ручка «Амплитуда» на генераторе 3Ч выведена), а их амплитуда максимальна.

Теперь все готово к настройке контура магнитной антенны. Питание приемника в этом случае включать не нужно. На осциллографе устанавливают максимальную чувствительность, автоматический режим работы генератора развертки, внутреннюю синхронизацию, открытый или закрытый вход. Плавным вращением ротора конденсатора переменной емкости приемника добиваются максимального размаха колебаний (наибольшей высоты «дорожки») на экране осциллографа, как это делали при проверке работы детекторного приемника. Если это получается лишь в крайнем положении ротора, изменяют соответственно емкость конденсатора С1 (ее уменьшают, если ротор находится в положении минимальной емкости, и наоборот).

Затем генераторы 3Ч и РЧ можно временно выключить, подать на приемник питание и проверить режимы работы транзисторов в контрольных точках. «Земляной» щуп осциллографа остается в этом случае подключенным к общему проводу приемника (минус источника питания), как показано на рис. 44.

Осциллограф по-прежнему работает в автоматическом режиме с открытым входом, его линию развертки смещают на нижнее деление шкалы (рис. 45) и устанавливают кнопками входного аттенюатора чувствительность 0,2 В/дел.

Далее касаются входным щупом осциллографа вывода базы транзистора VT1 (контрольная точка б). По отклонению линии развертки (рис. 45, б) определяют напряжение смещения на базе. Затем касаются вывода коллектора (точка в) транзистора и определяют напряжение на нем (рис. 45, в). Зная напряжение питания (1,5 В), напряжение на коллекторе и сопротивление резистора нагрузки R2, нетрудно подсчитать по закону Ома коллекторный ток транзистора (током базы, также протекающим через резистор R2, можно пренебречь — он весьма мал). В данном случае он составит около 0,25 мА, что допустимо для первого каскада, усиливающего сравнительно слабые сигналы.