Осциллограф-ваш помощник [приставки к осциллографу]

При налаживании генератора сначала подстроечником катушки L1 устанавливают требуемый диапазон частот, перекрываемый с данным конденсатором С4. Затем, установив движок переменного резистора R9 в верхнее по схеме положение, подбором резистора R6 добиваются нужной амплитуды (1 В) выходного сигнала на разъеме XS2.

Наибольшую девиацию частоты устанавливают подбором резистора R1 (ротор конденсатора С4 должен быть в среднем, а движок резистора R2 — в верхнем по схеме положении). Эту операцию проводят, наблюдая на экране осциллографа биения выходного сигнала генератора с сигналом образцового генератора, скажем ГЧ-1 (ГСС-6) или ГЧ-18Л.

Сопротивление резистора R1 может существенно отличаться от указанного на схеме — в зависимости от выходного напряжения генератора развертки осциллографа, с которым используется ГКЧ. Если оно будет существенно меньше 120 кОм, то для сохранения нижней границы частоты качания (около 20 Гц) придется увеличить емкость конденсатора С1.

Несколько советов по работе с ГКЧ. Его выход имеет непосредственную (гальваническую) связь с общим проводом, поэтому сигнал на исследуемый каскад можно подавать только через разделительный конденсатор емкостью не менее 2000 пФ. Если возникает необходимость подать сигнал непосредственно на параллельный колебательный контур, емкость разделительного конденсатора следует значительно уменьшить — по крайней мере, раз в 20 она должна быть меньше, чем емкость конденсатора, входящего в колебательный контур. Иначе контур окажется зашунтирован малым выходным сопротивлением генератора.

При проведении измерений в усилителях ПЧ важно постоянно проверять, не перегружено ли исследуемое устройство. Перегрузка проявляется в кажущемся «расширении» полосы пропускания усилителя и в «уменьшении» ее неравномерности. Вот почему для получения реальной картины следует подбирать такой уровень выходного сигнала ГКЧ, чтобы сохранялась линейная связь между ним и выходным сигналом исследуемого устройства.

Нелишне помнить и об одной особенности осциллографа — его входная емкость и емкость соединительных проводов в сумме могут достигать сотни пикофарад. При измерениях в высокоомных цепях (например, когда необходимо подключить осциллограф непосредственно к колебательному контуру) это может существенно повлиять на результаты измерений. В подобных случаях осциллограф следует подключать к исследуемым цепям через конденсатор емкостью 10…20 пФ. Правда, при этом снижается чувствительность прибора в 3…10 раз, но она все же остается достаточной для большинства измерений.

Чтобы сформировать частотную метку на экране осциллографа, достаточно воспользоваться приемом, описанным для предыдущего ГКЧ. Сигнал соответствующей частоты подают от кварцевого генератора или ГСС через развязывающий резистор сопротивлением не менее 100 кОм или конденсатор емкостью 10…20 пФ непосредственно на вход осциллографа. Амплитуду сигнала с выхода генератора устанавливают такой, чтобы метка была четко выражена на изображении амплитудно-частотной характеристики, но не искажала его (рис. 51, а). При внимательном рассмотрении метки можно наблюдать одну из осциллограмм, показанных на рис. 51, б — г.

Точка А на осциллограммах соответствует частоте образцового генератора, сигнал с которого поступает на вход осциллографа.

И еще с одним ГКЧ имеет смысл познакомиться. Он разработан москвичом И. Егоровым и предназначен для работы с осциллографами, у которых не выведен сигнал с генератора пилообразного напряжения. Среднюю частоту ГКЧ можно изменять от 10 кГц до 50 МГц. Этот диапазон разбит на восемь поддиапазонов. Девиацию частоты можно плавно регулировать в каждом поддиапазоне в пределах 1…100 % от установленного среднего значения. Импульсное выходное напряжение ГКЧ содержит множество гармоник, поэтому прибором удобно пользоваться при налаживании и проверке аппаратуры, работающей на частотах до нескольких сотен мегагерц.

Схема ГКЧ приведена на рис. 52. Его основные узлы: перестраиваемый генератор импульсов, аттенюатор выходного напряжения, смеситель, генератор пилообразного напряжения.

Перестраиваемый генератор выполнен на транзисторах VT3, VT4 по схеме мультивибратора с эмиттерной связью. Режим работы транзистора VT3 зависит в основном от номиналов резисторов R8—R11. Смещение на базу транзистора VT4 подастся с коллектора транзистора VT3 — оно зависит от прямого напряжения на диодах VD2, VD3.

Нужный поддиапазон частот генератора устанавливают переключателем SA2, плавно частоту сигнала изменяют переменным резистором R11. Резистор R10 ограничивает пределы перестройки частоты внутри поддиапазонов. На резисторе R12 в цепи коллектора транзистора VT4 формируются выходные импульсы, которые поступают далее через конденсатор С15 на делитель, составленный из переменного резистора R14, постоянных R17—R21 и переключателя SA1. Через конденсатор С19 выходной сигнал поступает с делителя на разъем ХР2, который включают в гнезда вертикального входа осциллографа.

С движком переменного резистора R14 соединен смеситель на диоде VD4, предназначенный для калибровки ГКЧ. Через гнездо XS3 на смеситель подают немодулированные колебания образцовой частоты с генератора стандартных сигналов (ГСС). В результате образуется сигнал разностной частоты (перестраиваемого генератора и ГСС), который через фильтр R15C18RI6 поступает на гнездо ХS4 — к нему подключают осциллограф.

Питающее напряжение на перестраиваемый генератор подается через развязывающий фильтр из дросселя L1 и конденсатора С16.

Чтобы модулировать («качать») частоту повторения импульсов генератора, нужно подать на базу транзистора VT3 пилообразное напряжение. Если такое напряжение есть у используемого осциллографа, оно должно поступать на точку соединения выводов резисторов R6, R7 (возможно, через дополнительный аттенюатор и, если нужно, эмиттерный повторитель). И, конечно, в этом случае не понадобится вспомогательный генератор пилообразного напряжения, выполненный на транзисторах VT1, VT2. В противном случае без такого генератора не обойтись. В нашем ГКЧ генератор выполнен по схеме мультивибратора и обеспечивает пилообразное напряжение фиксированной частоты в пределах 40…60 Гц.

Во время прямого хода пилообразного напряжения транзистор VT2 открыт (напряжение смещения подается через резистор R1), и его коллекторный ток разряжает конденсатор С3. Транзистор VT1 закрыт напряжением на конденсаторе, которое через резистор R2 поступает и на базу транзистора VT2. Такая отрицательная обратная связь обеспечивает хорошую линейность пилообразного напряжения.

Когда напряжение на конденсаторе достигает некоторого уровня (близкого К нулю), ток через резисторы R1 и R2 открывает транзистор VT1. При этом начинает закрываться транзистор VT2. Отрицательный перепад напряжения на его коллекторе через конденсатор попадает на базу транзистора VT1 и насыщает сто. Транзистор VT2 закрывается полностью, начинается обратный ход пилообразного напряжения, т. е. зарядка конденсатора С3 через резистор R3.

По мере роста напряжения на конденсаторе С3 ток зарядки падает, и когда он уменьшается настолько, что транзистор VT1 выходит из насыщения, транзистор VT2 открывается и снова начинается прямой ход пилообразного напряжения.

Возможен случай, когда при большом коэффициенте передачи тока транзистора VT1 он останется в насыщении даже при малом токе зарядки конденсатора С3 и обратный ход пилообразного напряжения затянется. Для предупреждения подобного установлен диод VD1.

С коллектора транзистора VT2 пилообразное напряжение поступает на разъем ХР1 (его включают в гнезда внешней развертки осциллографа) и через переменный резистор R6 установки девиации частоты на перестраиваемый генератор. Фильтры R4C4, R5C5, R7C6 подавляют помехи от перестраиваемого генератора в цепях развертки.

Питается ГКЧ от аккумуляторной батареи GB1. Для ее периодической подзарядки предусмотрены гнезда XS1 и XS2, к которым подключают внешний источник постоянного тока.

Кроме указанных на схеме, для ГКЧ подойдут транзисторы серий МП39—МП42 (VT1); МП41А, МП42Б (VT2); КТ315В. КТ315Г или любые из серий КТ316, КТ325 (VT3, VT4). Диоды VD1 и VD4 — любые из серии Д9; VD3 — любой другой германиевый с прямым напряжением около 1 В при токе 20 мА; в качестве VD2 можно использовать любой маломощный стабилитрон (Д814, КС168Л и т. п.).

Дроссель L1 намотан на кольце К10х6х2 из феррита 400НН и содержит 10…20 витков любого монтажного провода в изоляции.

Переменные резисторы — любой конструкции (например, СП-I) с функциональной характеристикой Б (R6, R11) и В (R14), постоянные резисторы — МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25. Оксидные конденсаторы могут быть К50-6, остальные — любые малогабаритные. Переключатели SA1, SA2 — галетные. Батарея GB1 — 7Д-0,115.

Большинство деталей перестраиваемого генератора смонтировано на одной плате (рис. 53) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита, а генератора пилообразного напряжения и смесителя — на другой (рис. 54).

Платы укреплены внутри корпуса прибора (рис. 55, а), на лицевой панели которого расположены переменные резисторы, переключатели и гнезда.

Для ослабления паразитных излучений в приборе применено двойное экранирование. Наружный экран образуют кожух из стали толщиной 1 мм и передняя панель 6 (рис. 55, б) из дюралюминия толщиной 3 мм.

Изолированный от них внутренний экран 1 из стали толщиной 1 мм отделяет перестраиваемый генератор от остальных узлов устройства. Основание 2 (сталь толщиной 1 мм) изолировано от передней панели гетинаксовой прокладкой 5 и притянуто к панели резьбовыми втулками переменного резистора R11 и переключателя SA2 (втулки изолированы от основания и электрически соединены с панелью). Если крышка резистора R11 изолирована от узла крепления, то ее соединяют с основанием.

Плата перестраиваемого генератора прикреплена к уголкам 3 (одни из них соединяют с общим проводом), другая плата — к уголкам 4. Конденсаторы C12—CI4, C19 и резисторы R17-R21 припаивают непосредственно к контактам переключателей, а дроссель закрепляют на одном из винтов крепления платы перестраиваемого генератора.

При сборке в основание вставляют экран, а между ним и кожухом прокладывают полоску поролона. Рядом с экраном размещают аккумуляторную батарею. Перед установкой на место переключателя SA1 на его резьбовую втулку надевают лепесток 7, который затем соединяют с общим проводом. Кожух надевают так, чтобы его прорези попали на три выступа лицевой панели (сначала вставляют два выступа в прорези со стороны внутреннего экрана, а затем, оттянув стенку кожуха со стороны батареи, надевают его полностью)

Снаружи на лицевой панели корпуса наносят необходимые надписи и вычерчивают две шкалы. Для поддиапазонов частот от 10 кГц до 30 МГц пользуются общей шкалой с оцифровкой от 1 до 3 и от 3 до 10, для восьмого поддиапазона сделана отдельная шкала.

Налаживание прибора сводится к градуировке шкал. Вначале переключатель поддиапазонов SA2 устанавливают в положение «3» (1…3 МГц), а движки переменных резисторов R11 и R6 — соответственно в среднее «левое по схеме. Соединяют ГКЧ с осциллографом и образцовым ГСС в соответствии с рис. 56. Пилообразное напряжение с выходного гнезда XS2 используют для развертки по горизонтали или внешней синхронизации осциллографа.

В первом варианте линия развертки должна занимать всю длину экрана (если она больше, придется подавать напряжение через гасящий резистор). Тогда перестройкой ГСС устанавливают метку нулевых биений в середине линии развертки. Затем увеличивают девиацию частоты до максимальной и измеряют расстояние, на которое сдвинулась метка. Если оно превышает 10 % длины линии развертки, подбирают резистор R9.

При втором варианте использования пилообразного напряжения его подают, кроме входа «Синхр.», и на вход Y осциллографа. Получив изображение пилообразного напряжения, отмечают на экране интервал прямого хода. Сняв напряжение развертки с входа Y, проводят те же операции по градуировке, что и в предыдущем случае, устанавливая метку нулевых биений в середину помеченного интервала.

Далее, настраивая ГСС на различные частоты поддиапазона, ручкой переменного резистора R11 устанавливают каждый раз метку нулевых биений на прежнее место (в середину линии развертки) и отмечают положения ручки. Так же градуируют и две другие шкалы. Для совпадения шкал на разных поддиапазонах подбирают конденсаторы С7—C10, С12—С14.

При проверке и налаживании устройств на частотах до 10 МГц выходное напряжение ГКЧ можно устанавливать меньше 1 мкВ. На более высоких частотах для настройки чувствительных устройств совсем не обязательно соединять их вход с выходом ГКЧ, достаточно поднести его выходной кабель к входу устройства Используя этот ГКЧ, легко проверить работу радиоприемника в широком диапазоне частот, оценить неравномерность его чувствительности из-за неточного сопряжения контуров и т. д. Паразитная генерация в его цепях РЧ проявляется в виде «лишних» всплесков на осциллограмме, которые перемещаются, если поднести руку к самовозбуждающему каскаду. Пример подключения ГКЧ й осциллографа к приемнику, а также возможная частотная характеристика на экране осциллографа показаны на рис. 56.

Активный щуп

Такой щуп необходим для значительного уменьшения входной емкости осциллографа (а точнее, входного щупа при осциллографических измерениях) и повышения его входного сопротивления. Активным же щупом он называется потому, что собран на активных элементах — транзисторах.

Предлагаемый активный щуп (рис. 57), разработанный курским радиолюбителем И. Нечаевым, рассчитан на работу в диапазоне частот 0…15 МГц и обладает входным сопротивлением 6 МОм при входной емкости около 10 пФ. Если же к щупу подключают насадку-делитель 1:10, входная емкость уменьшается до 2 пФ. Амплитуда входного сигнала, контролируемого с помощью активного щупа, не должна превышать 2 В, а с насадкой-делителем — 20 В. Если же щупом контролировать сигнал частотой ниже 5 МГц, предельная амплитуда может быть больше — до 8 В (с насадкой-делителем — до 80 В).

На транзисторах VT1, VT2 собран несколько усложненный истоковый повторитель, необходимый для обеспечения большого входного сопротивления щупа, а на транзисторе VT3—эмиттерный повторитель, служащий для согласования щупа с входом осциллографа (или его входным кабелем).

Питается активный щуп от двуполярного источника напряжением по 12 В и потребляет 15 мА. Питание подается через разъем ХРЗ. Благодаря такому питанию выходное напряжение щупа при отсутствии входного сигнала равно нулю. Такое состояние устанавливают точнее во время настройки щупа подстроечным резистором R2. А нужный коэффициент передачи щупа (он должен быть равен точно 1) устанавливают подбором резистора R4.

Входная вилка ХР1 используется для подключения насадок (их две), а ХР2 представляет собой зажим «крокодил», соединяемый с щупом гибким монтажным проводом, — его подключают во время измерений к общему проводу конструкции.

Одна из насадок (1:1) — самый обыкновенный переходник (рис. 58), соединяемый с помощью гнезда XS2 с вилкой ХР1 щупа.

Вилкой же ХР5 касаются контролируемых точек конструкции. Вторая насадка (1:10) — компенсированный делитель входного сигнала. При работе с ней гнездо XS3 соединяют с вилкой ХР1 щупа, вилку ХР7 — с общим проводом, а вилкой ХР6 касаются исследуемых цепей.

В блоке питания диоды могут быть любые выпрямительные с обратным напряжением пе менее 35 В; транзисторы — любые другие маломощные соответствующей структуры; оксидные конденсаторы — любые малогабаритные, на номинальное напряжение не ниже указанного на схеме. Вместо стабилитронов Д814Д подойдут Д813.

В щупе можно использовать, кроме указанных на схеме, транзисторы КП303А (VT1), КТ361А-КТ361Д (VT2), КТ315А-КТ315И, КТ312А-КТ312В (VT3). Конденсаторы — КД, КЛС, КМ; постоянные резисторы — МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25, подстроечный R2—СП5-16 или другой малогабаритный.

Детали щупа, кроме выключателя SA1 и конденсатора С1, монтируют на печатной плате (рис. 59) из двустороннего фольгированного стеклотекстолита. Затем плату (1 — на рис. 60) устанавливают в металлическом цилиндрическом корпусе 2 подходящих размеров, например, в стаканчике из-под валидола. В Т-образный вырез платы впаивают латунный винт 3 (М2, М2,5). В дне стаканчика сверлят отверстие и выводят через него жгут 4 из проводников питания и экранированного провода выхода щупа. Длина жгута — 1…1,5 м. Сбоку на стаканчике крепят малогабаритный выключатель, к контактам которого припаивают конденсатор С1. Общий провод соединяют со стаканчиком, а через отверстие в боковой стенке стаканчика выводят гибкий монтажный провод и припаивают его к зажиму «крокодил».

Первая насадка (1:1) выполнена на базе пластмассовой крышки 5 от флакона. В крышку вставляют стальную иглу 6 (это вилка ХР5), к которой припаивают втулку 7 (гнездо XS2) с такой же резьбой, что и та винте 3. Иглу с втулкой фиксируют в крышке эпоксидным клеем или шпаклевкой 8.

Аналогично выполнена и вторая насадка (1:10), только на краю крышки 5 наклеивают фольгу 9, которая имитирует вилку ХР7 и при ввинчивании насадки в щуп касается его металлического стаканчика, т. е. общего провода устройства. Но, конечно, монтируют насадку я заливают ее клеем (или шпаклевкой) только, после подбора помеченных на схеме деталей при налаживании щупа. Правда, после заливки емкость монтажа несколько изменится, но ошибка в коэффициенте деления будет незначительная.

Питать активный щуп можно как от двух батарей (правда, это менее удобно), так и от небольшого блока, собранного, например, по приведенной на рис. 61 схеме.

Он состоит из понижающего трансформатора с переменным напряжением на вторичной обмотке 10…11 В и двух однополупериодных выпрямителей со стабилизаторами напряжения. Один выпрямитель рассчитан на получение плюсового напряжения (на диоде VD1), другой — минусового (на диоде VD2). Через розетку XS4 питание поступает на разъем ХР3 щупа.

Детали блока питания размещают в подходящем пластмассовом корпусе (рис. 62), на верхней крышке которого крепят разъем XS4, а через отверстие в боковой стенке выводят сетевой шнур с вилкой ХР8 на конце.

Под разъем XS4 подбирают ответную часть разъем ХРЗ и подпаивают к его выводам проводники питания щупа. Оплетку экранированного провода соединяют с вилкой ХР4, а жилу провода — с гнездом XS1. При работе с активным щупом в гнездо вставляют входной щуп осциллографа, а с вилкой соединяют «земляной» щуп. Можно вообще отказаться от входного кабеля осциллографа и вставлять вилку ХР4 в гнездо заземления осциллографа, а гнездо XS1 соединять с гнездом «Вход Y». В этом случае вместо гнезда к выходному проводу активного щупа удобнее припаять вилку.

Налаживание активного щупа начинают с того, что к его выходу подключают милливольтметр постоянного тока или осциллограф, работающий в режиме открытого входа. Подав на щуп питание, добиваются перемещением движка подстроечного резистора нулевого напряжения на выходе.

Затем на вход щупа подают (при замкнутых контактах выключателя SA1, соответствующих режиму открытого входа) постоянное напряжение 2…3 В. Подбором резистора R4 добиваются такого же напряжения и на выходе щупа, что будет соответствовать единичному коэффициенту передачи устройства. Нелишне будет после этого проверить сохранность нулевого уровня выходного напряжения и при необходимости скорректировать его подстроечным резистором.

Далее к щупу подключают насадку-делитель и подают на ее вход (конечно, относительно зажима ХР2) постоянное напряжение 20…30 В либо сигнал частотой 50 Гц с генератора импульсов, описанного в первой брошюре. Контролируя выходное напряжение щупа, подбирают резистор R7 такого сопротивления, чтобы коэффициент деления насадки был равен ровно 10.

После этого на вход насадки подают переменное напряжение частотой 0,1…1 МГц либо сигнал частотой 2 кГц с генератора импульсов, и подбором конденсатора С5 добиваются десятикратного деления такого сигнала. Вот теперь делитель станет компенсированным, и его детали можно закреплять эпоксидным клеем (или шпаклевкой) в крышке.

Активный щуп готов к работе. Но предварительно вы, конечно, захотите убедиться в его высоких параметрах, о которых было сказано выше. Это несложно сделать даже с помощью лишь одного осциллографа — ведь у него есть выход пилообразного напряжения, которое вы уже научились использовать в качестве контрольного. Вот и подключите к гнезду на задней стенке осциллографа переменный резистор (рис. 63, а), а к нему — входной щуп.

Установите чувствительность осциллографа 1 В/дел., а длительность развертки, скажем, 1 мс/дел. Выведите сопротивление переменного резистора, т. е. установите его движок в нижнее по схеме положение. Ручками длины и смещения развертки установите начало развертки в нижнем левом углу масштабной сетки, а ширину развертки — равной длине масштабной сетки. Измерьте высоту изображения (рис, 64, а) — предположим, она будет равна четырем делениям.

Плавно вводите сопротивление резистора, перемещая движок вверх по схеме. Установите высоту изображения вдвое меньшей (рис. 64, б). Теперь можно сказать, что входное сопротивление осциллографа равно введенному сопротивлению переменного резистора.