Самодельный импульсный осциллограф (до 5МГц)
Нет смысла спорить о том, насколько необходим радиолюбителю осциллограф, но приобретение такого прибора для многих из нас проблематично. Можно сделать осциллограф самостоятельно. Конечно, высокочастотный промышленный образец повторить в домашних условиях будет трудно, так как для его налаживания необходимы специальные приборы.
Но, если вам нужен осциллограф только для изучения процессов в логических схемах и устройствах, частоты в которых не превышают 5 МГц, то можно обойтись и предельно упрощенным прибором.
Здесь описывается простой самодельный импульсный осциллограф, при помощи которого можно исследовать процессы в цепях постоянного, импульсного и переменного тока. Причем осциллограф имеет два входа вертикального отклонения, на первом (Х2) исследование постоянного тока, импульсного и переменного возможно только на пределах чувствительности от 0,5В / деление, до 50V / деление, а на втором (Х2) чувствительность выше, и достигает 30mV / деление, но этот вход только для переменного тока.
Таким образом, Х1 - вход при помощи которого можно исследовать предварительные УНЧ и другие устройства, в цепях которых малые переменные напряжения, а Х2 - вход для работы с логическими схемами, узлами разверток телевизоров, и другими цепями, в которых относительно высокие напряжения и бывает нужно видеть и переменную и постоянную составляющую одновременно.
Принципиальная схема
Изменение чувствительности на Х1 -плавное, не калиброванное, - при помощи R2, а на Х2 - калиброванное, пятипозиционное. Входы переключаются переключателем S1. Переключатель S3 служит для включения импульсного режима на Х2.
Выходной каскад вертикального отклонения заимствован из Л.1. Он выполнен на электронной лампе - триоде. Достоинство каскада в том, что при отсутствии входного сигнала напряжение на сетке Н1.2 равно нулю.
Это позволяет подавать на сетку триода сигнал без разделительного конденсатора, а значит, и постоянное напряжение то же. Для того чтобы получить нуль на сетке, на катод триода Н1.2 подано небольшое постоянное напряжение 1,5V, стабилизированное светодиодом Hl1, работающем здесь как стабистор.
Рис. 1. Схема осциллографа.
Обычно, выходные каскады осциллографов строятся по дифференциальным схемам, но здесь используется обычный усилительный каскад на Н1.2. Вертикальные отклоняюшие пластины лучевой трубки VL1 включены между анодом Н1.2 (+130V) и делителем напряжения на резисторе R40. Установив этим резистором' напряжение на второй вертикальной пластине VL1 равное напряжению на аноде Н1.2 мы установим горизонтальную линию на экране осциллографа в середину экрана. Резистором R40 можно её перемещать.
Второй триод лампы Н1.1 служит предварительным усилителем переменного напряжения, поступающего на вход Х1. Узел горизонтальной развертки выполнен на транзисторах УТ1-УТ4. На транзисторах VT1 и VT2 выполнен мультивибратор. Сигнал синхронизации на него поступает с анода Н1.2 через цепь С6-R20-R21-С7-R22. Резистором R21 можно регулировать уровень синхронизации или вообще отключить синхронизацию переведя его в нижнее (по схеме) положение.
Когда VT1 закрыт, а VT2 открыт, выбранный конденсатор (С10-С18) быстро заряжается через R25 и VT2. Напряжение на эмиттере VT2, при этом, приближается к напряжению на коллекторе VT1, и VT2 закрывается, а на его коллекторе устанавливается напряжение около 260V.
Через цепь С8-С9-R25 поступает импульс на базу VT1 и он открывается, что приводит к понижению напряжения на его коллекторе и еще большему закрытию УТ2. Затем, выбранный конденсатор (С10-С18) начинает разряжаться через источник тока на VT4.
Напряжение на конденсаторе (С10-С18) линейно убывает, и как только достигнет значения ниже напряжения на коллекторе открытого транзистора VT1, происходит быстрая зарядка конденсатора (С10-С18) через VT2 и R6. Весь цикл повторяется. Так образуется пилообразное напряжение горизонтальном развертки.
Частота этого напряжения зависит от параметров (RC-цепи, то есть, от того какой из конденсаторов С10-С18 выбран и от того в каком положении находится R30, управляющим источником тока на УТ4.
На горизонтальные пластины пилообразное напряжение развертки поступает через эмиттерный повторитель Т3 и разделительный конденсатор С20. Подстроечный резистор R27 служит для регулировки размаха этого напряжения (длина горизонтальной линии). Поскольку среднее напряжение на пластинах горизонтального и вертикального отклонения (когда точка в центре экрана) должно быть примерно равным напряжению на второй сетке лучевой трубки, то на пластинах горизонтального отколонения создается напряжение смещения около 130V при помощи делителя R15-R16.
Центровка по горизонтали - переменным резистором R39. Для нормальной работы лучевой трубки требуется подача переменного напряжения около 6,3V на накальную цепь, подача открывающего напряжения на модулятор (вывод 3), подача фокусирующего напряжения на первую сетку (вывод 4), подача напряжения около (-210V) на катод (вывод 2) и подача напряжения на вторую сетку (вывод 8), равное среднему напряжению на отколоняющих пластинах.
От этого напряжения (на выв. 8) зависит четкость линии по краям экрана ("Астигматизм"), которая регулируется резистором R18.
Источник питания
В данном осциллографе используется лучевая трубка 7Л055И, отличающаяся от многих других тем, что для неё необходимо подавать напряжение около +1000V на её "колбу" (на анод). Если вы используете в данном приборе другую лучевую трубку, например, 5Л038И, то источник +1000V не нужен.
Рис. 2. Схема источника питания для осциллографа.
Источник питания осциллографа несколько необычен. Дело в том, что чтобы не изготавливать трансформатор с высоковольтной вторичной обмоткой были использованы два более доступных готовых трансформатора с низковольтными обмотками, включенные, как бы, встречно. Трансформатор Т2 работает понижающим, а трансформатор Т1 - повышающим.
Напряжение +1000V получено простым диодным умножителем.
Следует, однако, заметить что такой источник питания обладает и недостатком -реальное переменное напряжение накала составляет, фактически, 5,9V. В принципе, для 7Л055И этого достаточно, но, если другая лучевая трубка будет плохо работать нужно принять меры к поднятию этого напряжения, например, путем его мостового выпрямления или использовать другой трансформатор Т2, имеющий вторичные обмотки по 6,3...7V.
О деталях
Вместо электронно-лучевой трубки 7Л055И можно использовать многие другие, например, 5Л038И, 6Л01И, 8Л029И.
Все конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не ниже 300V. Мощность резисторов должна быть не менее отмеченной на схеме. Переменные резисторы типа СП-1, СП-2.
Все транзисторы нужно снабдить небольшими радиаторами с площадями поверхности не менее 15 см2.
Источник питания можно сделать и по другой схеме, например, традиционной - с одним трансформатором имеющим повышающие обмотки, но такие трансформаторы сейчас трудно найти в продаже.
На экран лучевой трубки наклеена пленка с нарисованной сеткой по десять линий по горизонтали и вертикали, так что посредине экрана получается крест, а крайние линии сетки отстоят от краев экрана лучевой трубки, примерно, на 3 мм. В качестве материала для выполнения масштабной сетки используется скотч-лента, а рисунок сетки выполнен под линейку перманентной капилярной ручкой с толщиной штриха 0,3 мм.
Налаживание
Налаживая прибор нужно помнить о том, что несмотря на то, что его схема не имеет гальванической связи с электросетью, в ней есть опасные высокие напряжения 260V и 1000V.
Установите все переменные и подстроечные резисторы в средние положения. Включите прибор. Измерьте высокоомным вольтметром напряжения на выходе источника питания.
Они не должны отличаться от указанных на схеме более чем на 10%. После прогрева лучевой трубки на экране должна появиться горизонтальная линия (если линия оказалась вертикальной -значит нужно повернуть лучевую трубку или изменить подключение отколоняющих пластин).
Если линия не появилась попробуйте её "поискать" резисторами (439 и (440. Если вместо линии видно круглое пятно или точка, - это говорит о том что не работает развертка (ошибка в монтаже, неисправные детали).
Получив горизонтальную линию, резисторами R39, R40 и R27 установите её на середину экрана и растяните её на всю его ширину. Резисторами R18, R32, R33 добейтесь чтобы линия была яркая, узкая и четкая, одинаковой ширины по всей длине. Если растянуть линию на всю ширину экрана не удается, - подберите сопротивление R26.
Проверьте развертку линии при всех положениях S4 и R30.
Установив линию на середину экрана переключите S3 в положение "Имп." S2 установите в положение "2V/дел." и подайте на вход Х2 положительное напряжение от другого источника питания, равное 2,5V. Линия при этом должна отклониться вверх экрана. Если линия отклонится вниз - перемените подключение выводов 6 и 7 VL1.
Затем, переключите S2 в положение "0,5V/дел." и подстройте R8 так, чтобы линия была на пять клеток вверх от нулевого (среднего) уровня. Затем, перемените полярность поданного на вход Х2 напряжения, - линия должна уйти вниз на пять клеток относительно нулевого уровня.
При необходимости откалибруйте входной делитель R9-R14 и развертку (подбором конденсаторов С10-С18).
Проверьте работу предварительного усилителя переменного тока на Н1.1, переключив S1 в нижнее положение (по схеме), подавая на вход Х2 переменное напряжение от лабораторного генератора. Необходимую максимальную чувствительность установить подбором сопротивления 141.
Осциллограф годится для исследования сигналов частотой до 5 МГц.
Лыжин Р. РК2005, 2.
Литература:
- П. Вендеревский. Осциллограф, ж. Р2004, 4.
- В. Дамье, В. Козинцев. Транзисторный генератор пилообразного напряжения для осциллографа. ж .Р1974, 1.
- Н. Симакин. Осциллографический пробник, ж. Р1992, 1.
- Нор С., Мартынов В. Любительский осциллограф, ж. Р1980, 9.
- Транзисторный осциллограф. ж. Р1972, 9.