Осциллограф-ваш помощник [приставки к осциллографу]

На рис. 75 приведена часть схемы осциллографа Н313, подлежащая доработке. Нужно разомкнуть лишь цепь соединения резистора R20 с транзисторами VT4 и VT5 и подвести проводники от разомкнутых участков к кнопочному переключателю SB1, который соединяют также с гнездом «ВХОД X» осциллографа.

В показанном на схеме положении переключателя усилитель канала X оказывается подключенным к гнезду «ВХОД X», и на это гнездо теперь можно подавать внешнее напряжение развертки. Когда же кнопку нажимают, осциллографом пользуются как и прежде, до доработки.

Практически доработка сводится к перерезанию токопроводящей дорожки на плате (рис. 76) и подпайке проводников в изоляции от дорожек и указанного выше гнезда к переключателю (например, типа П2К), установленному на задней стенке осциллографа.

Осциллограф ОР-1. У этого осциллографа отсутствует вход канала горизонтального отклонения и не выведено пилообразное напряжение. Восполнить эти недостатки позволит предложение москвича А. Суворова — разрезать проводник печатной платы (рис. 77), идущий к затвору транзистора VT23, и соединить получившиеся концы отрезками экранированных проводов с переключателем SB1 и гнездом XS1 выхода пилообразного напряжения. Эти элементы, как и гнездо XS2 горизонтального входа, а также регулятор усиления R1 в режиме внешней развертки, укрепляют на корпусе осциллографа.

Приведенные примеры позволят провести аналогичные доработки и в других осциллографах.

Три приставки к С1-94

Если в вашем распоряжении есть осциллограф С1-94, его возможности можно значительно расширить с помощью предлагаемых приставок.

Активный щуп. Входная емкость осциллографа С1-94 с делителем 1:1 существенна (150 пФ) для высоких частот, поэтому полное входное сопротивление осциллографа на таких частотах часто оказывается слишком низким. Улучшить этот показатель поможет активный щуп, разработанный И. Нечаевым из г. Курска.

Схема активного щупа приведена на рис. 78.

Его входной каскад выполнен на полевом транзисторе (VT1) с изолированным затвором. Для защиты транзистора от перегрузок входным напряжением в цепи затвора установлены диоды VD1 и VD2.

Со стока полевого транзистора исследуемый щупом сигнал поступает на выходной каскад, собранный на биполярном транзисторе VT2. В этом каскаде применена отрицательная обратная связь по напряжению через резистор R4 и конденсатор С4, благодаря чему щуп обладает малым выходным сопротивлением, широкой полосой пропускания и хорошо работает на кабель длиной до 1,5 м.

Коэффициент передачи щупа достигает 1, входная емкость — 5…6 пФ, входное сопротивление — 250 кОм, полоса пропускания (по уровню — 3 дБ) — 0,01…10 МГц. На вход щупа можно подавать сигнал амплитудой не более 3 В.

Для щупа подойдут транзисторы КП301Б-КП301Г, КП304 (VT1), КТ315А-КТ315Г, КТ316, КТ342 с любым буквенным индексом (VT2). Диоды могут быть любые кремниевые маломощные с минимальными емкостью и обратным током.

Конструкция щупа зависит от используемых деталей. Например, автор разместил детали на печатной плате размерами 55х15 мм из стеклотекстолита и поместил плату в алюминиевый стаканчик из-под валидола. С осциллографом щуп соединяют любым высокочастотным экранированным кабелем, желательно небольшого диаметра.

При налаживании щупа сначала подбирают (если это понадобится) резистор R1, чтобы обеспечить указанный на схеме режим работы транзистора VT2. Коэффициент передачи устанавливают подбором резистора R4, а верхнюю границу полосы пропускания — подбором конденсатора С4. Нижняя граница полосы пропускания зависит от емкости конденсатора С1.

Желательно проверить амплитудно-частотную характеристику щупа. Если на ней будет обнаружен подъем на частотах, соответствующих верхней границе полосы пропускания, придется включить последовательно с конденсатором С4 резистор сопротивлением 30…60 Ом.

Двухканальный электронный коммутатор. Его также разработал И. Нечаев. Коммутатор (рис. 79) состоит из двух электронных ключей, выполненных на транзисторах VT1, VT2 и устройства управления, в котором используются транзисторы VT2, VT3 и микросхемы DD1, DD2.

Исследуемые сигналы подаются через конденсаторы С1 и С2 на переменные резисторы R1 и R2 регулировки усиления по каналам. С движков резисторов сигналы поступают на электронные ключи. Если на затвор полевого транзистора подать уровень логической 1 (>= 4 В), сопротивление его канала будет большим (>= 1 МОм) и входной сигнал не поступит на выход коммутатора. Если же на затворе будет напряжение, соответствующее уровню логического 0, сопротивление канала не превысит 1 кОМ и входной сигнал пройдет на выход коммутатора практически без ослабления. Управляющие напряжения на затворы транзисторов ключей подаются с прямого и инверсного выходов триггера DD2.1, поэтому на вход осциллографа будет поступать то один, то другой исследуемый сигнал.

Коммутатор работает в двух режимах «Поочередно» и «Одновременно», устанавливаемых переключателем SA1. Рассмотрим их подробнее.

В режиме «Поочередно», когда контакты переключателя находятся в показанном на схеме положении, частота коммутации определяется длительностью развертки осциллографа. Происходит это так. Пилообразное напряжение с контакта 1 разъема ШЗ (см. схему осциллографа С1-94) поступает на гнездо XS3 коммутатора и далее на формирователь импульсов, собранный на транзисторах VT3, VT4 и логическом элементе DD1.3. Формирователь вырабатывает импульсы положительной полярности, совпадающие по времени и длительности с импульсами обратного хода развертки. Эти импульсы через контакты переключателя SA1 подаются на вход триггера DD2.1 и переводят его (а значит, и ключи 1) каждый раз в новое состояние. Таким образом, исследуемые сигналы поступают на выход устройства поочередно.

Поскольку коммутация происходит во время обратного хода луча, моменты переключения коммутатора на экране осциллографа не видны и создается полная иллюзия работы с «двухлучевым» осциллографом. Такой режим наиболее удобен, так как частота коммутации синхронизируется частотой развертки, которая, в свою очередь, синхронизирована исследуемым сигналом. В этом режиме коммутатор позволяет наблюдать на экране сигналы частотой до 300 кГц.

В режиме «Одновременно» на вход триггера поступают импульсы с генератора, собранного на элементах DD1.1 и DD1.2. Частота коммутации при этом вдвое меньше частоты следования импульсов генератора и равна 40…50 кГц, исследуемые сигналы наблюдаются на экране одновременно, и электронный луч в моменты переключения коммутатора не гасится. Такой режим не очень удобен, поэтому им целесообразно пользоваться при исследовании сигналов частотой в несколько десятков герц.

Взаимное положение осциллограмм сигналов устанавливают переменным резистором R7, а амплитуду сигналов — переменными резисторами R1 и R2.

В коммутаторе можно применить транзисторы КТ315, КТ301, КТ316 с любыми буквенными индексами (VT3, VT4), КП103И-КП103Л с напряжением отсечки тока стока не более 2,5 В (VT1, VT2). Диод VD1 — любой из серий Д2, Д9. Катушку L1 выполняют на кольце типоразмера К7х4х1,5 из феррита 2000НМ, она содержит 50… 60 витков провода ПЭВ-2 0,12. Переключатель SA1 — МТ-1 или другой малогабаритный.

Налаживание коммутатора сводится в основном к подбору конденсатора С4 для обеспечения устойчивой работы формирователя импульсов и триггера при различных длительностях развертки. Частоту коммутации в режиме «Одновременно» можно изменить подбором конденсатора СЗ либо изменением индуктивности катушки L1.

Измеритель емкости. Когда понадобиться измерить емкость конденсатора или подобрать два одинаковых, по емкости конденсатора, сделать это можно косвенным путем — по длительности зарядки проверяемого конденсатора через постоянный резистор между двумя высокоточными уровнями напряжения. При таких условиях время зарядки строго пропорционально емкости. Развертка осциллографа С1-94, обладающая достаточной линейностью и стабильностью, позволяет использовать его для измерения временных интервалов.

Москвич И. Боровик разработал на основе упомянутого принципа приставку (рис. 80) для измерения емкости полярных и неполярных конденсаторов от 500 пФ до 50 000 мкФ с погрешностью ±5…7 %.

Проверяемый конденсатор находится под напряжением, близким к ±1,3 В, размах переменного напряжения на нем не превышает 40 мВ. Питание на приставку поступает из блока питания осциллографа, для чего во входной разъем Ш1 в пустующие гнезда 4 и 5 вставляют подходящие контакты и соединяют их с контактами 8, 9 платы У1. Не исключен, конечно, вариант питания приставки от автономного источника.

Приставка представляет собой мультивибратор на микросхеме DA1 с усилителем выходного тока — комплементарным эмиттерным повторителем на транзисторах VT1, VT2. Подключение проверяемого конденсатора к зажимам ХТ1, ХТ2 вызывает автогенерацию. Длительность выходного импульса прямо пропорциональна емкости этого конденсатора. Элементы приставки подобраны так, что длительности импульса 10 мкс соответствует емкость 1 мкФ (или 1000 пФ на другом поддиапазоне, устанавливаемом переключателем SB1). Размах импульса на выходе приставки — около 10 В. Осциллограф работает в ждущем режиме с внутренним запуском фронтом сигнала.

И другие приставки к осциллографу

В радиолюбительской практике, возможно, возникнет необходимость в других приставках к осциллографу, позволяющих проводить интересные наблюдения при разработке и налаживании электронных устройств. Конечно, обо всех приставках в небольшой брошюре рассказать немыслимо, поэтому ограничимся лишь описанием схемотехнических решений некоторых из них, заимствованных из публикаций журнала «Радио» в разделе зарубежной информации.

Простой калибратор. Такое устройство (рис. 81) предназначено для проверки точности калибровки канала вертикального отклонения луча осциллографа, но его можно использовать и для определения амплитуды контролируемого осциллографа сигнала.

В калибраторе работает микросхема K155ЛA3, но подойдет и другая микросхема серии К155, содержащая нужное количество элементов И-НЕ (при этом все входы каждого элемента соединяют вместе). На элементах DD1.1 и DD1.2 собран мультивибратор, работающий на частоте около 1000 Гц. Подстроечным резистором R2 частоту генерации можно установить более точно. Элемент DD1.3 и резистор R3 позволяют получить скважность импульсов, равную 2.

К выходу элемента DD1.3 подключен через резисторы R4 и R5 аттенюатор (делитель напряжения), составленный из резисторов R6—R16. Указанные на схеме сопротивления резисторов не должны отличаться более чем на ±2 %. Тогда налаживание калибратора сведется к установке подстроечным резистором R5 амплитуды сигнала 2 В на гнезде XS12.

Для уменьшения потребляемой мощности от источника питания входы четвертого элемента микросхемы К155ЛАЗ следует подключить к общему проводу калибратора.

Двухканальный разделитель. Так можно назвать это согласующее устройство (рис. 82), выполненное на двух транзисторах. Для чего оно нужно?

При демонстрации, например, школьникам в радиокружке каких-либо процессов с помощью двух осциллографов их необходимо включить параллельно. Поскольку входные сопротивления осциллографов разных марок могут быть недостаточно велики и к тому же отличаться друг от друга, осциллографы следует подключать к источнику сигнала через предлагаемый разделитель.

Исследуемый сигнал через конденсатор С1 подается на базу транзистора VT1. С эмиттерной нагрузки (резистор R3) сигнал поступает через конденсатор С3 на первый осциллограф. С коллекторной же нагрузки (резистор R4) сигнал подается через конденсатор С2 на эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT2. С его эмиттерной нагрузки сигнал подается через конденсатор С4 на второй осциллограф.

В этом устройстве можно использовать кремниевые транзисторы с коэффициентом передачи не менее 100. Режим работы транзисторов устанавливают точнее (например, по отсутствию искажений сигнала на выходах) подбором резисторов R1 и R6.

Радиочастотный преобразователь. Не всякий осциллограф позволяет наблюдать колебания частотой в несколько десятков мегагерц. Необходимость же в этом возникает, например, у радиолюбителей-коротковолновиков при налаживании любительские станций. Выход из положения — предлагаемая приставка-преобразователь (рис. 83), позволяющая наблюдать на экране сравнительно низкочастотного осциллографа форму колебаний радиочастоты.

Приставка представляет собой, по существу, приемник прямого преобразования, который преобразует исходные радиочастотные колебания в относительно низкую промежуточную частоту — ее значение лежит в пределах полосы пропускания осциллографа.

На транзисторе VT1 выполнен генератор РЧ, на VT2 — усилитель, а на VT3 — эмиттерный повторитель. Благодаря использованию каскадов на двух последних транзисторах и делителя напряжения из резистора R3 и входного сопротивления каскада на транзисторе VT3 удалось избежать искажения осциллограммы исследуемого сигнала из-за паразитной частотной модуляции частоты генератора этим сигналом.

К выходу эмиттерного повторителя подключен диодный кольцевой смеситель А1, который может быть собран, например, по приведенной на рис. 84 схеме. Выходной сигнал смесителя поступает на разъем XS3 — к нему подключают входные щупы осциллографа.

Приставку включают в разрыв цепи исследуемого сигнала, скажем, между выходом передатчика и антенной. Исследуемый сигнал через радиочастотный широкополосный (0,5…100 МГц) трансформатор Т1 и через дополнительный делитель напряжения из резисторов R10, R11 подается на смеситель.

При указанных на схеме номиналах деталей генератора его частота может быть около 25 МГц, что позволяет, например, наблюдать на экране осциллографа с полосой пропускания до 5 МГц форму радиочастотных колебаний сигналов с частотой 20…30 МГц.

Трансформатор Т1 может быть выполнен на высокочастотном ферритовом кольце (например, типоразмера К10х5хЗ с магнитной проницаемостью 50…100). Первичная обмотка представляет собой центральную жилу коаксиального кабеля, пропущенную через кольцо, а вторичная содержит 31 виток провода ПЭВ-1 0,3. Она равномерно размерена но периметру кольца.

Такой трансформатор ослабляет исследуемый сигнал примерно на 30 дБ. Полное же ослабление сигнала (с учетом делителя напряжения) составляет 50 дБ, что позволяет, например, анализировать сигнал передатчиков любительских станций мощностью до 50 Вт.

Потери в смесителе достигают 10 дБ, поэтому максимальный уровень сигнала, поступающего на осциллограф, будет составлять (в зависимости от параметров конкретного смесителя) 20…50 мВ. Соответствующую чувствительность должен иметь и используемый осциллограф.

Трансформаторы Т2 и ТЗ могут быть выполнены на таких же магнитопроводах, что, и Т1. Обмотки I у Т.2 и II у Т3 содержат по 34 витка провода ПЭВ-2 0,15, а остальные обмотки — по 68 витков с отводом от середины такого же провода.

При налаживании приставки следует снять ее амплитудную характеристику. по входному сигналу и найти тем самым максимальную амплитуду исследуемого сигнала, которую можно подавать на приставку.

Восьмиканальный коммутатор. Несмотря на сравнительную простоту схемы (рис. 85), собранный по ней электронный коммутатор позволяет наблюдать на экране осциллографа до восьми временных диаграмм в цепях цифровых устройств.

Исследуемые сигналы подают на входы интегрального коммутатора DD.1 (селектор-мультиплексор на 8 каналов со стробированием). Номер канала, сигнал которого проходит на выход коммутатора (вывод 5), определяется состоянием счетчика DD2 — на его счетный вход поступает пилообразное напряжение развертки осциллографа.

Получение восьми линий развертки на экране осциллографа обеспечивается цифроаналоговым преобразователем на резисторах R2—R4. Формируемое — им напряжение ступенчатой формы подается через эмиттерный повторитель на транзисторе VT1 на вертикальный вход осциллографа, куда также поступает исследуемый сигнал с выхода коммутатора DD1.

Поскольку сигналы на выходах счетчика DD2 последовательно Принимают значения, соответствующие числам 0,1,2…7, последовательно коммутируются и каналы с первого по восьмой. В результате на каждый второй цикл развертки луч на экране осциллографа скачкообразно перемещается вверх и вычерчивает временную диаграмму следующего сигнала.

В показанных на схеме положениях выключателей на экране осциллографа одновременно наблюдаются два сигнала (т. е. коммутатор становится двухканальным). При замыкании контактов выключателя SA1 коммутатор становится четырехканальным, а при установке в такое же положение и выключателя SA2 — восьмиканальным.

Чтобы линий развертки на экране осциллографа распределялись равномерно, сопротивления резисторов должны соотноситься, как 1:2:4. Изменяя это соотношение, можно сгруппировать линии развертки по 2 или по 4. Амплитуду ступенчатого напряжения регулируют подстроечным резистором R11.

С этим коммутатором желательно использовать широкополосный осциллограф, имеющий выход пилообразного напряжения развертки с напряжением, достаточным для запуска счетчика. При отсутствии такого выхода для синхронизации изображения можно использовать один из входных сигналов — тот, у которого период колебаний наибольший.

При работе коммутатор размещают в непосредственной близости от повторяемого устройства, чтобы соединительные провода входных цепей были возможно короче.

Питают электронный коммутатор от двуполярного источника напряжением ±5 В.

Литература

1. Восьмиканальный коммутатор. — Радио, 1980, № 2, с. 61.

2. ВЧ приставка к осциллографу. — Радио, 1982, № 10, с. 61.

3. Гришин А. Активный щуп для осциллографа. — Радио, 1988, № 12, с. 45.

4. Демиденко Д. А., Кругликов Д. А. Радиолюбительские измерительные приборы на транзисторах. — М.: ДОСААФ, 1977.

5. Егоров И. Простой ГКЧ. — Радио, 1987, № 7, с. 31, 32.

6. Иноземцев В. Характериограф для транзисторов. — Радио, 1990, № 12, с. 78, 79.

7. Кузнецов А. С. Портативные любительские осциллографы. — М.: Энергия, 1975.

8. Лазарев В. Доработка осциллографа OMЛ-2M. — Радио, 1988, № 12, с. 55.

9. Нечаев И. Трехканальный электронный коммутатор. — Радио, 1990, № 9, с. 69, 70.

10. Параллельное включение осциллографов. — Радио, 1975, № 3, с. 61.