Осциллограф-ваш помощник [приставки к осциллографу]

На рис. 21 приведена схема первого варианта приставки-характериографа, предназначенной для проверки маломощных транзисторов обеих структур. Причем выводы транзисторов структуры n-p-n включают в гнезда XS1—XS3, а транзисторов структуры р-n-р — в гнезда XS4—XS6.

Фиксированные токи базы исследуемых транзисторов получают благодаря включению в цепь базы «весовых» (т. е. кратных какому-то значению — «весу») резисторов R13 (R), R12 (2R), R11 (4R) с помощью электронных ключей VT5, VT4 и VT3 соответственно. В свою очередь, электронные ключи управляются сигналами с выходов счетчика DD1, поэтому в зависимости от состояний счетчика получаются восемь значений тока базы: 0, I_б, 2I_б…. 7I_б.

Счетчик переключается импульсами, следующими с частотой 100 Гц, — они поступают на вход С2 счетчика с коллектора транзистора VT2. Сигнал на базу этого транзистора в виде пульсирующего напряжения частотой 100 Гц подается с диода VD5.

На диодах VDl — VD5 собран выпрямитель для питания базовой цепи исследуемого транзистора и микросхемы DD1. Напряжение на микросхему подается с параметрического стабилизатора, выполненного на резисторе R1 и стабилитроне VD7 и подключенного к выпрямителю. Еще один параметрический стабилизатор, выполненный на резисторе R2 и стабилитроне VD6, применен для получения напряжения, питающего базовую цепь проверяемого транзистора, иначе говоря, напряжения, определяющего токи через резисторы R11—R13. Чтобы эти токи можно было изменять в зависимости от коэффициента передачи исследуемого транзистора, в стабилизатор введен регулирующий транзистор VT1, на базу которого напряжение с параметрического стабилизатора поступает через переменный резистор R3. При изменении положения движка этого резистора изменяется напряжение на резисторе нагрузки R5, а значит, изменяются «порции» тока в базовой цепи исследуемого транзистора при открывании ключей на транзисторах VT3—VT5. Для ограничения тока в базовых цепях транзисторов ключей установлены резисторы R8—R10.

На диодах VD8—VD11 собран еще один выпрямитель, но без конденсатора фильтра на выходе. Поэтому с него снимается пульсирующее напряжение частотой 100 Гц, используемое для питания цепи коллектор — эмиттер исследуемого транзистора. Напряжение с резистора R14, пропорциональное току коллектора транзистора структуры р-n-р или току эмиттера транзистора структуры n-p-n, подастся на вертикальный (Вход осциллографа. Поскольку в схеме включения транзистора ОЭ (общий эмиттер) ток коллектора незначительно отличается от тока эмиттера, оказалось возможным включить резистор R14 в цепь эмиттера исследуемого транзистора структуры n-p-n. При таком построении измерительной цепи смещение луча осциллографа от нулевого положения происходит вправо и вверх, т. е. характеристики получаются удобными для наблюдения.

Направление тока в цепи базы в зависимости от структуры исследуемого транзистора изменяют переключателем SA1.

Переменные напряжения на выпрямители можно подавать только с разных обмоток трансформатора… Причем обмотка, с которой снимается напряжение на диоды VD1—VD4, должна иметь возможно малую емкостную связь с сетевой обмоткой, иначе могут появиться наводки на изображении с частотой сети. Наиболее просто уменьшить эту связь применением П-образного магнитопровода для трансформатора и размещением обмоток на разных сердечниках магнитопровода. Помехи более высоких частот, способные проникнуть из сети, фильтруются конденсатором С2.

Большая часть указанных на схеме деталей может быть смонтирована на печатной плате (рис. 22) из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Поскольку оксидный конденсатор С1 использован сравнительно большой емкости, его допустимо составить из нескольких конденсаторов меньшей емкости (например, 1000 мкФ) соединенных параллельно. Для этого на плате предусмотрено место и дополнительные отверстия под конденсаторы К50-6.

Если предполагается проверять только транзисторы структуры n-р-n, можно собрать более простую приставку-характериограф по схеме, приведенной на рис. 23. В этом случае к трансформатору, с которого снимается переменное напряжение 10 В, каких-либо особых требований не предъявляется.

«Весовые» резисторы (R11—R13 на рис. 21 и R4—R6 на рис. 23) выбирают в зависимости от требуемых токов базы. Для исследования транзисторов малой мощности «выбран «вес», равный 20 кОм. При исследовании более мощных транзисторов он может быть иным. Но в любом варианте соотношение сопротивлений резисторов R13, R12 и R11 (R6, R5 и R4 для рис. 23) должно оставаться равным 1:2:4.

Электронный коммутатор

Можно ли на экране осциллографа наблюдать одновременно два сигнала, скажем, подаваемый на вход усилителя звуковой частоты и поступающий на динамическую головку? Нетрудно догадаться, что осуществить подобное на одном луче невозможно. Но ведь такое бывает необходимо в практике радиолюбителя!

Вывод напрашивается сам: нужно превратить наш однолучевой осциллограф в двухлучевой — тогда на каждом луче можно наблюдать свой сигнал. Устройства, позволяющие осуществить подобное желание, называют электронным коммутатором. С некоторыми вариантами электронного коммутатора мы и познакомимся. Итак, электронный коммутатор. Он подключается к входному щупу осциллографа, а исследуемые сигналы поступают на входы (их два) коммутатора. С помощью электроники коммутатора сигналы с каждого входа поочередно подаются на осциллограф. Но линия развертки осциллографа для каждого сигнала смещается: для одного сигнала, скажем, первого канала, — вверх; для другого (второго канала) — вниз. Иначе говоря, коммутатор «рисует» на экране две линии развертки, на каждой из которых виден свой сигнал. В итоге появляется возможность визуально сравнивать сигналы по форме и амплитуде, что позволяет проводить самые разнообразные испытания аппаратуры, выявлять каскады, вносящие искажения.

Правда, линии разверток теперь не сплошные, как у однолучевого осциллографа, а прерывистые, составленные из черточек, подаваемых импульсами на вход осциллографа с электронного коммутатора. Но частота следования импульсов сравнительно большая— 100 кГи, поэтому разрывов в линиях развертки глаз не замечает, и они смотрятся, как непрерывные.

Вот теперь, когда вы получили некоторое представление о принципе работы электронного коммутатора, пора познакомиться с первым вариантом его схемы — она приведена на рис. 24.

Исследуемые сигналы подают на зажимы ХТ1, ХТ2 (это первый канал) и ХТ5, ХТ6 (второй канал). Параллельно каждой паре зажимов подсоединены переменные резисторы R1 и R10 — регуляторы уровня сигнала, поступающего в итоге на вход осциллографа.

С движка каждого резистора сигнал подается через развязывающий (по постоянному току) оксидный конденсатор на усилительный каскад, выполненный на транзисторе VT1 для первого канала и VT2 для второго. Нагрузка обоих каскадов общая — резистор R6. С него сигнал поступает (через зажимы ХТ3 и ХТ4) на вход осциллографа.

Усилительные каскады коммутатора работают поочередно — когда открыт транзистор первого канала, транзистор второго закрыт, и наоборот. Поэтому на нагрузке появляется поочередно сигнал либо источника, подключенного к зажимам первого канала, либо источника, подключенного к зажимам второго канала.

Поочередное включение каскадов осуществляет мультивибратор, выполненный на транзисторах VT3 и VT4, к коллекторам которых подключены эмиттерные цепи транзисторов усилительных каскадов.

Как вы знаете, во время работы мультивибратора его транзисторы поочередно открываются и закрываются. Поэтому, когда открыт транзистор VT3, через его участок коллектор-эмиттер оказывается соединенным с общим проводом (плюс источника питания) резистор R4, а значит, подано питание на транзистор VT1 первого канала. При открывании же транзистора VT4 питание подастся на транзистор VT2 второго канала. Переключаются каналы с достаточно большой частотой — около 80 кГц. Она зависит от номиналов деталей времязадающих цепей мультивибратора — C3R12 и C4R13.

Но даже поочередное включение усилительных каскадов еще не обеспечивает две линии развертки, и оба сигнала будут видны на одной линии, правда, в таком хаотическом виде, что различить их практически не удастся. Нужно задать каждому каскаду свой режим работы по постоянному току. Для этого и введен переменный резистор R5 («Сдвиг»), с помощью которого можно изменять ток базовой цени транзистора. К примеру, при перемещении движка резистора в сторону левого, по схеме, вывода ток базы транзистора VT1 будет возрастать, a VT2 падать. Соответственно будет возрастать и ток коллектора транзистора VT1, а значит, падение напряжения на общей коллекторной нагрузке (резисторе R6), когда открыт транзистор. Иными словами, на резисторе R6 при открытом транзисторе VT1 будет одно напряжение, а при открытом транзисторе VT2 — другое. Поэтому на вход осциллографа будет поступать импульсный сигнал (рис. 25, а), верхняя площадка которого будет принадлежать, скажем, первому каналу (т. е. соответствовать открытому состоянию транзистора VT1), а нижняя площадка — второму.

Длительность фронта и спада сигнала весьма коротка по сравнению с длительностью самого сигнала, поэтому при той развертке, на которой будете рассматривать сигналы 3Ч, на экране осциллографа выделятся две четкие линии развертки (рис. 25, б), которые можно сдвигать или раздвигать относительно друг друга переменным резистором R5.

Рис. 25, а, б

Достаточно теперь подать на вход первого канала сигнал 3Ч — и верхняя линия развертки отразит его форму (рис. 25, в). А при подаче такого же сигнала (кратного по частоте) на вход второго канала нарушится «спокойствие» второй линии (рис. 25, г).

Рис. 25, в, г

Размах изображения того или иного сигнала можно регулировать соответствующим переменным резистором R1 — для первого канала и R10 — для второго). Все транзисторы коммутатора могут быть П416Б, МП42Б или другие аналогичной структуры, рассчитанные на работу в импульсных режимах и обладающие возможно большим коэффициентом передачи тока. Переменные резисторы — СП-I, постоянные — МПТ-0,25 или МЛТ-0,125, конденсаторы — К50-6 (C1, С2) и КЛС, МБМ (С3, С4). Источник питания — батарея 3336, выключатель питания SA1 и зажимы ХТ1—ХТ6 — любой конструкции.

Часть деталей коммутатора размещена на плате (рис. 26) из фольгированного стеклотекстолита, а часть — на стенках и лицевой панели корпуса (рис. 27).

Настало время проверить коммутатор. Поможет здесь, конечно, наш осциллограф. Его земляной щуп подключите к общему проводу (зажим ХТ4), а входной — к коллектору любого транзистора мультивибратора (VT3 или VT4). Режим работы осциллографа ждущий, длительность развертки —5 мкс/дел., вход — закрытый. Надеемся, что эти указания уже понятны вам и позволят нажать на осциллографе нужные кнопки.

Включите питание коммутатора Сразу же на экране появятся импульсы мультивибратора (рис. 28, а) амплитудой около 4,5 В, следующие с частотой приблизительно 80 кГц (длительность периода — примерно 12,5 мкс). Такой же сигнал должен быть я на коллекторе второго транзистора мультивибратора.

После этого переключите входной щуп осциллографа на выход коммутатора (зажим ХТ3), установите движка переменных резисторов R1 и R10 в нижнее по схеме положение, а резистора R5 — в любое крайнее. Чувствительность осциллографа придется установить равной 0,1 В/дел., чтобы на экране появился импульсный сигнал (рис. 28, б), напоминающий сигнал мультивибратора.

Рис. 28, а, б

Это результат поочередного открывания транзисторов VT1 и VT2 при разных напряжениях смещения на их базах.

Медленно перемещайте движок переменного резистора R5 в другое крайнее положение. Верхние и нижние площадки импульсов начнут сближаться, и вскоре на экране появится изображение (рис. 28, в), свидетельствующее о равенстве режимов транзисторов.

Образуется как бы один луч осциллографа, составленный из площадок-длительностей открытого состояния транзисторов («всплески» между ними — результат переходных процессов при открывании и закрывании транзисторов). При дальнейшем перемещении движка резистора площадки импульсов начнут расходиться. Правда, по сравнению с первоначальным положением, верхние площадки будут «принадлежать» другому каналу.

Теперь отпустите кнопку «МС-МКС» осциллографа, установив тем самым примерно в тысячу раз большую длительность развертки. На экране появятся две линии (рис. 28, г) — два луча. Верхний луч должен «принадлежать» первому каналу, нижний — второму.

Рис. 28, в, г

Корректируют такое положение переменным резистором R5.

Начала лучей могут немного подергиваться из-за неустойчивости синхронизации. Чтобы исключить это явление, нужно либо установить ручку «СИНХР.» в среднее положение, соответствующее нулевому сигналу синхронизации, либо переключить осциллограф в режим внешнего запуска (нажав кнопку «ВНУТР.-ВНЕШН.»).

Далее установите движок переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение и подайте на зажимы ХТ1, ХТ2 сигнал с генератора 3Ч (скажем, частотой 1000 Гц). Амплитуда сигнала должна быть не менее 0,5 В. Сразу же «размоется» верхний луч (рис. 29, а). Если же окажется «размытым» нижний луч, поменяйте лучи местами переменным резистором R5. Перемещением движка резистора R1 подберите размах «дорожки» равным 2…3 деления.

Переключателями длительности развертки осциллографа и ручкой длины развертки постарайтесь добиться на экране устойчивого изображения нескольких синусоидальных колебании (рис. 29, б).

Рис. 29, а, б

Сделать это не так просто, поскольку синхронизации практически нет и ее трудно осуществить — ведь на вход осциллографа поступает несколько сигналов (импульсный и синусоидальный) и развертка не в состоянии выбрать какой-нибудь из них.

Но тем не менее способы получения устойчивого изображения есть. Во-первых, добившись предварительно в автоматическом режиме появления изображения колебаний, переводят развертку в ждущий режим с внутренней синхронизацией (кнопка «ВНЕШН.-ВНУТР.» отпущена) и более точным подбором уровня синхронизации сигнала ручкой «СИНХР.» (обычно ее приходится устанавливать вблизи среднего положения) добиваются устойчивого изображения.

Второй способ заключается в том, что развертку синхронизируют внешним сигналом амплитудой не менее 1 В от генератора 3Ч, с которым предполагается проверять аппаратуру. О подобном способе синхронизации мы уже рассказывали, надеемся, что вы сможете правильно нажать нужные кнопки и подать сигнал на гнездо «ВХОД X».

Если же на второй канал тоже подать сигнал 34, например, соединив перемычкой зажимы ХТ1 и ХТ5, «заработают» оба луча осциллографа (рис. 29, в). Попробуйте теперь изменять амплитуду сигнала переменными резисторами R1 и R10, смещать линии развертки переменным резистором R5. Вы убедитесь, что этими регулировками можно не только устанавливать желаемый размах изображений, но и подводить изображения друг к другу настолько, что станет удобно сравнивать их форму (рис. 29, г).

Рис. 29, в, г

И еще один совет. Чтобы можно было рассматривать сигналы небольшой амплитуды, нужно переменным резистором R5 максимально сблизить лучи и перейти на более чувствительный диапазон — 0,05 В/дел. или даже 0,02 В/дел. Правда, при этом могут несколько «размыться» линии развертки из-за шумов транзисторов и различных наволок.

Не менее интересен второй вариант коммутатора, в котором линии разверток сплошные, а не составленные из площадок импульсов. Достигается эго тем, что коммутатор как бы отклоняет линию развертки то вверх, то вниз, предоставляя ее для просмотра сигнала то первого канала, то второго. Поскольку частота этих отклонений сравнительно большая, глаз не успевает замечать их и создастся впечатление, что на экране два независимых друг от друга луча.

Какова идея этого варианта? На задней стенке осциллографа есть гнездо, на которое выведено пилообразное напряжение генератора развертки. Вот оно и будет управлять коммутатором: на время одного хода «пилы» откроется транзистор усилительного каскада первого канала, на время другого хода — транзистор второго канала и т. д. Удобство такого способа коммутации, прежде всего, в том, что он позволяет рассматривать колебания значительно более широкой полосы частот по сравнению с предыдущим вариантом. В сказанном нетрудно убедиться, собрав, опробовав и сравнив в работе оба коммутатора.

К сожалению, коммутатор второго варианта несколько сложнее, поскольку в него добавляется преобразователь пилообразного напряжения в импульсное, выполненный на трех транзисторах. Да и мультивибратор заменяется другим переключающим устройством— триггером, содержащим большее число радиоэлементов.

Схема изменяемой части коммутатора приведена на рис. 30.

На транзисторах VT3 и VT4 собран триггер, который обладает двумя устойчивыми состояниями. В зависимости от состояния, в котором в данный момент находится триггер, к общему проводу коммутатора оказывается подключенным либо резистор R4, либо R7, а значит, открыт входной транзистор либо первого, либо второго канала — как и в предыдущем варианте коммутатора.

Для перевода триггера из одного состояния в другое на его вход (точка соединения конденсаторов С3, С4) должен поступать короткий импульс положительной полярности. Такой импульс снимается с триггера Шмитта, выполненного на транзисторах VT6 и VT7.