Осциллограф-ваш помощник [приставки к осциллографу]

Не изменяя положения движка резистора, введите в действие активный щуп (рис. 63, б) с первой насадкой (1:1). Вы убедитесь, что высота изображения осталась почти равной прежним четырем делениям, как это было с выведенным сопротивлением переменного резистора. Такой результат свидетельствует о высоком входном сопротивлении активного щупа. Если захотите точно измерить его, включите последовательно с переменным резистором постоянный, сопротивлением 4…5 МОм и добейтесь уменьшения высоты изображения вдвое, а затем измерьте получившееся сопротивление — оно и будет равно входному сопротивлению активного щупа.

Входную емкость щупа тоже несложно определить. Для этого нужно заменить переменный резистор конденсатором переменной емкости или подстроечным, с максимальной емкостью 20…50 пФ и проделать такую же операцию, что и в предыдущем случае — подбором емкости конденсатора добиться уменьшения высоты изображения вдвое, а затем измерить получившуюся емкость. Но в этом варианте следует значительно уменьшить длительность развертки, установив ее равной, например, 1 мкс/дел.

Для сравнения измерьте входную емкость активного щупа со второй насадкой (1:10) — она будет значительно ниже.

Активный щуп можно собрать и по более простой схеме (рис. 65), предложенной столичным радиолюбителем А. Гришиным.

В щупе используется. всего один полевой транзистор, включенный по классической схеме «стокового повторителя. Входная емкость щупа не превышает 4 пФ, а входное сопротивление достигает 3 МОм.

Щуп рассчитан на исследование цепей постоянного, переменного и импульсного сигналов в диапазоне частот 0… 5 МГц. При этом начальное постоянное напряжение на выходе щупа составляет 2,6 В. Диапазон входных напряжений в области отрицательных значений (до отсечки). равен 7 В, в области положительных значений.(до начала ограничения) — 13 В при питающем напряжении 9 В и 26 В в случае питания щупа напряжением 15 В. Коэффициент передачи щупа в указанном диапазоне частот неизменен — 0,4.

Резисторы R1, R2 и конденсатор С1 составляют входной частотно-компенсированный делитель напряжения.

Параметры щупа измерены для транзистора с напряжением отсечки 4,2 В. Поскольку разброс параметров конкретных экземпляров транзисторов КП305И значителен, могут отличаться и характеристики конструкций щупов — в основном по напряжению отсечки и коэффициенту передачи. Для получения максимального рабочего диапазона в области отрицательных значений входных напряжений необходимо подобрать транзистор с максимальным (по абсолютной величине) напряжением отсечки. При необходимости напряжение отсечки щупа может быть увеличено уменьшением коэффициента передачи входного делителя, скажем, увеличением сопротивления резистора R1. Хотя для большинства измерений, где требуется настройка по максимуму или минимуму напряжения, значение напряжения отсечки щупа не является существенным — ведь настройку можно проводить по положительной полуволне сигнала.

Резисторы щупа — МЛТ-0,125. Конденсатор — самодельный. Его выполняют проводом ПЭВ-1 0,15…0,35. Конец отрезка провода подпаивают к левому по схеме выводу резистора R1 и наматывают 12 витков на правый вывод. Емкость конденсатора при настройке входного делителя подбирают изменением числа витков. По окончании настройки на получившейся «катушке» конденсатора зачищают мелкозернистой наждачной бумагой узкую дорожку, заслуживают и пропаивают ее (конечно, осторожно, чтобы дорожка не оказалась замкнутой с выводом резистора) с целью устранения паразитной индуктивности.

Щуп собран в корпусе от фломастера. Монтаж объемный, выводы деталей соединены непосредственно между собой в соответствии со схемой. Во время монтажа следует принимать меры то предупреждению пробоя полевого транзистора статическим электричеством и наводками от сети. Щуп подключают <к осциллографу экранированным кабелем длиной, не более 30 см.

Настройка щупа сводится не только к подбору емкости конденсатора. но и «калибровке для получения требуемого коэффициента передачи. Для этого понадобятся регулируемый источник постоянного тока и вольтметр. Подбором резистора R1 устанавливают коэффициент передачи 0,4 или 0.5, учитывая при этом начальное напряжение смещения на выходе щупа.

Проводя щупом измерения с отсчетом постоянной составляющей, осциллограф необходимо вначале скорректировать по уровню отсчета. Для этого достаточно замкнуть вход щупа и установить линию развертки осциллографа на нулевую отметку.

Частота — на эллиптической развертке

Измеряя частоту по фигурам Лиссажу (об этом рассказывалось в первой брошюре «Осциллограф — ваш помощник»), нетрудно убедиться не только в достоинстве этого метода, но и в одном его недостатке. Дело в том, что при соотношении частот образцового и исследуемого источников более чем в четыре раза на экране осциллографа появляется столь сложная фигура, что определить по ней частоту исследуемого сигнала становится трудно. Как быть?

На помощь приходит другой метод подобного измерения частоты — с помощью эллиптической (иногда круговой) развертки. Суть его в том, что на экране с помощью специального генератора формируется не прямолинейная развертка, а в виде эллипса (или круга). Достигается это одновременной подачей на входы усилителей вертикального и горизонтального отклонений осциллографа синусоидальных сигналов одинаковой частоты, но сдвинутых по фазе на 90°. Если теперь подать на вход вертикального отклонения еще и синусоидальный (или другой формы) сигнал неизвестной частоты, линия развертки окажется размытой, а при кратном соотношении частот сигнала и развертки на экране сформируется фигура, по которой нетрудно определить частоту сигнала, даже если она значительно отличается от образцовой.

Подобный метод измерений может широко использоваться в радиолюбительской практике, особенно при исследовании сигналов о частотой, значительно большей граничной частоты развертки осциллографа. Для этого, конечно, понадобится и соответствующий генератор эллиптической развертки. Но для большинства радиолюбительских измерений вполне пригоден генератор, разработанный курским радиолюбителем Игорем Александровичем Нечаевым. Причем, кроме основного назначения, эта приставка к осциллографу может служить и как обычный генератор 3Ч для проверни и налаживания усилителей.

Схема генератора приведена на рис. 66.

Он выполнен на трех операционных усилителях (ОУ) и трех транзисторах. Рабочий диапазон частот 24 Гц…24 кГц разбит на три поддиапазона: 24…240 Гц, 240…2400 Гц, 2,4…24 кГц. В пределах каждого поддиапазона частоту можно плавно изменять сдвоенным переменным резистором R1, а выходной сигнал (на гнездах XS5 и XS6) — переменным резистором R14. Максимальный выходной сигнал может достигать нескольких вольт, что необходимо для подачи его на вход «X» осциллографа.

Основой генератора являются два одинаковых фазосдвигающих каскада на ОУ DA1 и DA2. Третий ОУ и транзисторы VT2, VT3 выполняют роль усилителя-инвертора, необходимого для получения требуемого выходного сигнала. Амплитуда выходного сигнала стабильна благодаря применению лампы накаливания HL1 в цепи обратной связи, эта же лампа служит индикатором подачи питания на генератор от двуполярного источника.

Показанное на схеме положение выключателей SA1 и SA2 соответствует поддиапазону 2,4…24 кГц. При замкнутых контактах выключателя SA1 в частотозадающие цепи включаются конденсаторы С2, С5 и частота генератора снижается в 10 раз. Когда же будут замкнуты контакты выключателя SA2, частота генератора снизится в 100 раз.

На транзисторе VT1 собран сумматор сигнала генератора, поступающего через гнездо XS3 на вход «Y» осциллографа (и сдвинутого на 90 по фазе относительно сигнала на гнезде XS5) с исследуемым сигналом, подаваемым на гнезда XS1 и XS2. Уровень подаваемого на сумматор исследуемого сигнала регулируют переменным резистором R4. Амплитуда сигнала генератора на гнездах XS3 и XS4 достигает нескольких сотен милливольт.

В генераторе можно использовать, кроме указанных на схеме, операционные усилители К140УД7, К140УД8 и другие общего назначения; транзистор VT1 — КП103К-КП103М; VT2 — КТ315А-КТ315И, КТ312А-КТ312В, МП35-МП38; VT3 — КТ361А-КТ361Е, МП39-МП42. Конденсаторы C1-С6 —МБМ; С7, С8 — К50-6, К50-12, К50-20. Постоянные резисторы — МЛТ-0,125; переменный R1 — СП2-СП-IV или аналогичный сдвоенный, с характеристикой A; R4, R14 — СПО, СП2-4; подстроечный R11 — СПЗ-1, СП5-1, СП5-2. Выключатели — типа тумблер, или П2К с зависимой фиксацией и двумя группами контактов. Лампа накаливания — СМН 6,3-20, но при ее отсутствии можно установить две последовательно соединенные МН 2,5–0,068, уменьшив при этом сопротивление резистора R13 до 27 Ом.

Часть деталей генератора смонтирована на печатной плате (рис. 67), а остальные размещены на лицевой панели (рис. 68) прибора — она скреплена с платой двумя металлическими уголками.

Плату с панелью крепят к кожуху и пропускают через отверстие в задней стенке кожуха проводники питания с вилками ХР1—ХРЗ на концах. На вилках необходимо пометить полярность питания, чтобы избежать ошибок при подключении генератора к источнику с двуполярным напряжением 12…15 В для каждого канала при токе нагрузки до 30 мА.

Настало время проверить генератор в дейстнии и настроить его. Подключив к гнездам XS5 и XS6 осциллограф или частотомер, установите движок переменного резистора R14 в верхнее по схеме положение. Контакты всех выключателей должны быть разомкнутыми, что соответствует самому высокочастотному поддиапазону генератора. Подстроечным резистором RH установите амплитуду выходного напряжения равной 3,5…5 В, после чего отградуируйте шкалу прибора, плавно перемещая движок переменного резистора R1 из одного крайнего положения в другое и измеряя в различных точках частоту генератора.

Далее установите выключатель SA1 в положение замкнутых контактов и проверьте работу генератора на поддиапазоне 240…2400 1ц («:10»), Подбором конденсаторов С2 и С5 добейтесь точно десятикратного деления частоты по всей ранее отградуированной шкале. Аналогично поступите и на другом поддиапазоне («:100»), включив его выключателем SA2 и подобрав конденсаторы С3 и С6.

Вот теперь можно считать, что генератор эллиптической развертки готов и можно переходить к практическим работам. Понадобится вспомогательный генератор 3Ч, например, описанный в предыдущей брошюре. Выходное напряжение генератора может быть 0,2…1 В. Сигнал этого генератора подают на гнезда XS1 и XS2 генератора эллиптической развертки, «земляной» щуп осциллографа подключают к гнезду XS4, а входной — к гнезду XS3. Гнездо XS5 соединяют проводником с гнездом «ВХОД X (СИНХР.)» осциллографа. Сам осциллограф должен работать в режиме внешней развертки, как и при измерении частоты с помощью фигур Лиссажу (кнопку «РАЗВ.-ВХ X» нажимают, остальные кнопки развертки осциллографа могут быть в любом положении).

Чувствительность осциллографа вначале устанавливают минимальную (50 В/дел.) и добиваются переменным резистором R14 генератора длины линии развертки примерно 5…6 делений. Затем устанавливают движок переменного резистора R4 в нижнее по схеме положение и увеличивают чувствительность осциллографа настолько, чтобы на экране появился эллипс (рис. 69, а) шириной 3…5 делений.

Плавно перемещая движок резистора R4 вверх, подают на вход смесителя такой сигнал с вспомогательного генератора, чтобы эллипс стал размытым (рис. 69, б).

Рис. 69, а, б

Это будет свидетельствовать о смещении сигналов генератора эллиптической развертки и вспомогательного генератора, в данном случае источника сигнала, частоту которого надлежит определить.

Изменяя частоту генератора эллиптической развертки (выключателями и переменным резистором), добиваются появления отчетливо видимого изображения — либо множества эллипсов (рис. 69, в), либо синусоидальных колебаний (рис. 69, г) по линии эллипса. Первая картина будет свидетельствовать о том, что исследуемая частота ниже частоты генератора развертки, а вторая — выше.

Рис. 69, в, г

Плавно уменьшая частоту генератора для первого случая, можно добиться на экране изображения, скажем, двух эллипсов (рис. 69, д). Значит, определяемая частота вдвое меньше установленной частоты генератора. Если и дальше уменьшать частоту генератора, на экране останется одни эллипс, свидетельствующий о равенстве частот обоих источников.

Во втором случае частоту генератора увеличивают до получения, например, изображения шести синусоид (рис. 69, е).

Рис. 69, д, е

Помножив на эту цифру значение установленной на генераторе частоты, получите частоту исследуемого сигнала. Если соотношение частот не кратно целому числу, получается вдвое больше синусоид (рис. 69, ж), «сплетенных> в цепочку. Подсчитав число «звеньев> цепочки, уменьшают полученный результат вдвое и делят на него частоту генератора. Частное от деления будет соответствовать частоте исследуемого сигнала.

Можно дальше увеличивать частоту нашего генератора, например, до получения изображения двух синусоид (рис. 69, з), свидетельствующего о вдвое большей частоте исследуемого сигнала либо получить изображение исходного эллипса при одинаковых частотах сигналов обоих источников.

Рис. 69, ж, з

Проведя подобные эксперименты, вы сможете убедиться, что методом эллиптической развертки нетрудно измерить частоту сигнала, отличающуюся от частоты генератора в 7…10 раз в меньшую сторону и в 20…30 раз в большую. Причем совсем не обязательно подавать на вход смесителя сигнал синусоидальной формы, пригоден и импульсный сигнал и треугольный. Важно, чтобы его амплитуда была достаточна для получения необходимой для измерений «размытости» эллипса.

Доработка осциллографа

Работая с тем или иным осциллографом, радиолюбители порок» совершенствуют его, стараясь сделать его более удобным в обращении либо расширить возможности. Надеясь, что подобный опыт может пригодиться другим владельцам осциллографов, познакомимся с некоторыми предложениями.

Осциллограф серии ОМЛ. Несмотря на надежность в работе, у него есть недостаток — неудобство в пользовании переключателем длительности развертки. Поэтому Г. Тимофеев из пос. Мещерино Московской обл. доработал осциллограф — поставил взамен кнопочных переключателей П2К галетный ПГ2-7-12ПЗНТ (рис. 70). Резисторы делителя остаются прежние, поэтому никакого налаживания после доработки не потребуется.

Для установки галетного переключателя нужно удалить пять верхних секций переключателя длительностей и укоротить верхнюю часть планки переключателя, а конец оставшейся нижней части плавки закрепить небольшой металлической перемычкой. Кроме того, необходимо обрезать по диагонали высоту передней панели около переменного резистора «СИНХР.», чтобы расширить место под переключатель.

В передней панели растачивают отверстие клавиши «5–0,5—50» под диаметр резьбового фланца галетного переключателя, а оставшиеся отверстия закрывают декоративной пластиной с надписями положений переключателя. К выводам контактов переключателя подпаивают резисторы делителя в соответствии со схемой, приведенной на рис. 71.

Помимо указанной доработки, можно установить на передней панели между регулировками яркости, фокусировки и смещения луча светодиод, подключив его через ограничительный резистор (его сопротивление зависит от используемого светодиода) к источнику постоянного напряжения +10 В. И теперь светодиод будет сигнализировать о включении осциллографа.

Галетный переключатель может быть и с одной секцией (рис. 72) — такую доработку провел В. Лазарев из г. Каменка-Днепровская Запорожской обл. Все резисторы — прежние, их позиционные обозначения соответствуют приведенным на принципиальной схеме осциллографа ОМЛ.

Барнаульский радиолюбитель В. Ростовский предложил для осциллографа ОМЛ-ЗМ изготовить приставку (рис. 73), позволяющую более плавно изменять частоту развертки. Работать с такой приставкой менее хлопотно, чем с кнопочным переключателем осциллографа.

Приставка содержит галетный переключатель SA1, с помощью которого устанавливают нужный диапазон частот развертки, набор конденсаторов C1-С8 и цепочку плавного изменения частоты из последовательно соединенных резисторов R1 и R2. В положении «1» переключателя переменным резистором R1 можно изменять частоту развертки от 30 до 100 Гц, в положение «2» — от 100 до 300 Гц, в положении «3» — от 300 Гц до 1 кГц, в положении «4» — от 1 до 3 кГц, в положении «5» — от 3 до 10 кГц, в положении «6» — от 10 до 30 кГц, в положении «7» — от 30 до 100 кГц, в положении «8» — от 100 до 3000 кГц, в положении «9» (в этом случае «работает» конденсатор С5 осциллографа емкостью 1000 пФ) — от 300 кГц до 1 МГц.

Конденсатора должны быть бумажные, слюдяные или керамические. От точности их подбора зависит точность «воспроизведения» указанных частот. Переменный резистор — СПО-1 или СПЗ-4аМ. Детали приставки монтируют в подходящем по габаритам корпусе, на лицевой панели которого укрепляют переключатель и переменный резистор, а через отверстие в боковой стенке выводят четырехпроводный шнур (или просто четыре монтажных проводника в изоляции) и подпаивают концы проводников к штырькам малогабаритного разъема ХТ1. Гнездовую часть разъема укрепляют на пластмассовой скобе, расположенной на задней стенке осциллографа. Проводники от гнездовой части пропускают через одно из отверстий в задней стенке и соединяют их с соответствующими контактами платы генератора развертки (для доступа к этой плате придется снять верхнюю половину корпуса осциллографа).

При работе приставки кнопка «МС-МКС» осциллографа должна быть нажата, а остальные кнопки установки длительности развертки отпущены.

Если нужно установить более точно указанные границы частот в каждом положении переключателя (кроме «9») приставки, следует подобрать соответствующие конденсаторы.

И еще одно предложение, правка, касающееся не самого осциллографа, а его кабеля со щупами. Упоминавшийся выше Г. Тимофеев из Подмосковья заметил, что щупы выносного кабеля не только неудобны порою, а и небезопасны при проверке цепей с большим напряжением. Поэтому он немного доработал выносной кабель, заменив его входной щуп самодельным (рис. 74).

В качестве корпуса 6 входного щупа использован корпус фломастера. Через отверстие в пробке 7 (внутренний конец пробки укорочен), пропущен кабель 5, к его металлической оплетке 2 (она должна возможно ближе подходить к щупу 1, чтобы исключить наводки от руки на щупе припаян многожильный провод 3 с зажимом «крокодил» 4 на конце — это «земляной» щуп.

Входной щуп 1 — штырек от разъема типа ШР. После подпайки к штырьку проводника кабеля штырек в горячем виде запрессовывают в корпус фломастера. Внутреннюю полость корпуса готового щупа желательно заполнить эпоксидной смолой.

Осциллограф Н313. В нем, как и в некоторых других осциллографах, отсутствует режим внешней развертки, что значительно сужает возможности использования осциллографа и подключения к нему описываемых приставок. Несложная доработка, предложенная С. Торбиным из г. Челябинска, позволит превратить этот осциллограф в «полноценный» измерительный прибор.