Осциллограф со свип генератором

ОСЦИЛЛОГРАФ СО СВИП-ГЕНЕРАТОРОМ

А. Крючков

Осциллограф позволяет исследовать периодические (до 10 МГц) и импульсные (10 -3 — 10 -5 мс) сигналы, имеющие амплитуду от 10 до 300 В. Генератор изменяющейся частоты, или свип-генератор, работает в диапазоне 0,15 — 230 МГц с максимальной девиацией частоты 20 МГц, обес­печивая выходное напряжение от 0 до 0,25 В. Неподвиж­ные частотные метки выдаются через 1 или 10 МГц.

Свип-генератор (рис.1) содержит узлы: задающий ге­нератор (VI, V2, V5, V6), смеситель сигналов (V8), уси­литель высокочастотного сигнала (V13 — V16), триггер с фазойнвертором (D1.1 и D2.1), кварцевый калибратор (D1.2, D1.3, D1.4 у, V3), смеситель меток (V17) и усилитель меток (А1).

Задающий генератор состоит из двух автогенераторов, сигналы с которых подаются на смеситель. Частота коле­баний автогенератора на транзисторе V5 (среднее значе­ние которой равно 250 МГц) изменяется под действием пилообразного напряжения, подаваемого на варикап V4, подключенный к контуру L1C25. Частоту колебаний авто­генератора на транзисторе V6 перестраивают в диапазоне 240 — 490 МГц потенциометром R35, меняя постоянное напряжение на варикапе V7, который подключен к конту­ру L2C28. Пилообразное напряжение частотой 50 — 100 Гц размахом 10 В поступает с выхода генератора горизонталь­ной развертки осциллографа на варикап V4 через конден­саторы С2, СЗ, С17, С18 и резистор R23. Триггер со счет­ным входом (D2.1), срабатывающий от инвертированных микросхемой D1.1 импульсов, поступающих с триггера &5.1 горизонтальной развертки осциллографа, управляет транзистором VI, через который питается генератор на транзисторе V5.

Поэтому высокочастотное напряжение на выходе свип-генератора периодически отсутствует, что обеспечивает получение нулевой линии (оси частот) на экране осцилло­графа. Для согласования выхода D2.1 с транзистором VI служит транзистор V2. Чтобы обеспечить компенсацию паразитной амплитудой модуляции сигнала генератора при изменении пилообразного напряжения, напряжение питания генератора на транзисторе V5 должно изменяться по такому же закону. Для этого с резистора R2 пилообраз­ное напряжение поступает на базу VI.

Сигналы с обоих генераторов подаются на базу тран­зистора V8 (смеситель сигналов). Сигнал разностной час­тоты, пройдя фильтр L3 — L9, СЗЗ, С35, С36, пропускающий сигналы частот 0 — 240 МГц, и усилитель на транзисторах V13 — V16 с полосой пропускания не менее 230 МГц, по- . дается на выход (XI). Амплитуда сигнала регулируется потенциометром R55.

Рис. 1. Принципиальная схема свип-генератора

На микросхеме D1.2, D1.3 выполнен генератор частоты 10 МГц по схеме мультивибратора в автоколебательном режиме. Прямоугольные импульсы частотой 10 МГц, инвертированные микросхемой D1.4, через переключатель К1 подаются на эмиттерный повторитель (V3). Импульсы частотой 1 МГц, получающиеся делением в счетчике D3 импульсов частотой 10 МГц, также подаются на эмиттер­ный повторитель. После этого импульсы частотой 10 или 1 МГц поступают на смеситель меток (диод V17). На этот же диод через конденсатор С49 подается напряже­ние с выхода высокочастотного генератора. К выходу смесителя через конденсатор СП подключен фильтр нижних частот R17C13R18, пропускающий частоты до 20 кГц в те моменты, когда изменяющаяся частота гене­ратора отличается менее чем на 20 кГц от одной из частот кварцевого калибратора. На выходе фильтра вы­деляются напряжения, которые усиливаются операцион­ным усилителем А1 и подаются на базу транзистора V55 выходного каскада канала вертикального отклонения. Ре­гулировка амплитуды меток на экране осциллографа осу­ществляется с помощью потенциометра R21

Для получения подвижной метки напряжение от внеш­него генератора подают на гнездо «Метки внешние».

Все напряжения питания на каскады поступают через проходные конденсаторы.

Осциллограф (рис.2) состоит из усилителя канала вер­тикального отклонения луча (блок У4), усилителя канала горизонтального отклонения луча (блок УЗ) и электронно- лучевой трубки.

Рассмотрим принципиальную схему канала вертикаль­ного отклонения луча. Исследуемый сигнал поступает на гнездо Х5 «Y», а с него на делитель напряжения (R119 — R121 и С81 — С83), уменьшающий сигнал в 1000 и 100 раз (при нажатии соответственно на кнопки S4.2 и S4.3). При нажатии на кнопки S4.4 и S4.5 входной сигнал по­ступает непосредственно на затвор полевого транзистора V51, включенного по схеме истокового повторителя.

Для получения нулевого потенциала на выходе исто­кового повторителя применен делитель R131 — R133. Ре­зисторы R110, R112, R116 и диоды V47 — V50 защищают истоковый повторитель от перегрузок по напряжению. Конденсатор С80 компенсирует частотные искажения.

С истокового повторителя сигнал поступает на вход операционного усилителя А4, который через резисторы R137 или R141 охвачен отрицательной обратной связью. При нажатии на кнопку S4.5 коэффициент обратной связи изменяется в 10 раз. Напряжение смещения нуля на входе А4 компенсируют резистором R142.

На микросхеме A3 выполнен второй масштабный уси­литель. Коэффициент обратной связи, определяемый, де­лителем R117R118R123R125R128, можно изменять кно­почным переключателем S5. При нажатии на кнопки S5.1 — 55.5 коэффициент усиления масштабного усилителя составляет соответственно 20, 10, 5, 2, 1. Напряжение сме­щения нуля компенсируют подстроечным резистором R115

С выхода усилителя A3 сигнал поступает на узел син­хронизации и на выходной усилитель, выполненный на транзисторах V55, V58 и V56 по балансной схеме.

Потенциометром R145 можно перемещать изображение на экране осциллографа по вертикали, a R147 — регули­ровать усиление выходного каскада.

Канал горизонтального отклонения луча состоит из узла синхронизации и генератора развертки. При нажатии на одну из кнопок Sl.l — S1.3 синхронизирующий сигнал через делитель R66R70 подается на один из входов (вы­бирают переключателем S1.4) усилителя синхронизирую­щих импульсов А2, а на второй его вход — постоянное напряжение, уровень и полярность которого можно изменять потенциометром R72, тем самым регулируя момент синхронизации развертки.

Сигнал с выхода А2 управляет работой электронного ключа на микросхеме D4 (ждущий мультивибратор). Свыхо-да мультивибратора короткий отрицательный импульс по­ступает на триггер (D5.1, D5.2). Импульсы с выхода D5.2 управляют работой генератора развертки, который рабо­тает в ждущем режиме. Генератор развертки включает в себя времязадающие конденсаторы С55, С56, С59, С62, электронный ключ на транзисторе V22, каскады регистрации начала и окончания разряда времязадающих конденсато­ров на транзисторах V26 и V29 и стабилизатор зарядного тока на транзисторах V25, V28.

Генератор развертки работает следующим образом. В исходном состоянии на выходах D5.2 и D5.3 — логи­ческая единица, а на выходах D5.1 и D5.4 — логический нуль. С выхода D5.2 положительное напряжение подается на базу транзистора V22 и удерживает его в открытом со­стоянии. Времязадающие конденсаторы при этом разря­жены. С приходом на вход D5.1 (вывод 1) отрицательного импульса со ждущего мультивибратора на выходе D5.2 по­является логический нуль, транзистор V22 закрывается и начинается заряд времязадающего конденсатора. Как только линейно возрастающее напряжение на выходе ис-токового повторителя (V25) достигнет определенного уров­ня (устанавливают потенциометром R83), транзистор V26 открывается и на вход триггера D5.3, D5.4 подается низ­кий логический уровень. С выхода D5.3 логический нуль подается на вход D5.2 (вывод 5) и возвращает первый триггер в исходное состояние. Транзистор V22 открывает­ся и начинается разряд времязадающего конденсатора. По окончании разряда на эмиттере транзистора V29 напря­жение достигнет уровня 0,3 — 0,4 В. При этом триггер воз­вращается в исходное состояние.

Выходной каскад генератора развертки собран на тран­зисторах V30, V35 по схеме, аналогичной выходному ка­скаду канала вертикального отклонения луча.

Рис. 2. Принципиальная схема осциллографа

Узел гашения обратного хода луча выполнен на тран­зисторе V36. Положительный импульс с длительностью, равной обратному ходу развертки, снимается с первого триггера (D5.1, D5.2) и через конденсатор С66 подается на ключ, осуществляя гашение луча трубки на время обратного хода развертки. Для защиты от пробоя высоким напряжением в момент включения питания применен диод V33.

Данные катушек свип-генератора

Обозначение по схеме рис. 1

Конструкция. Элементы прибора размещены на четырех печатных платах (У1 — У4). Платы устанавливаются на П-образном шасси из алюминия. Электронно-лучевая трубка и трансформатор помещены в стальные экраны.

На переднюю панель прибора выведены два разъема «Y» и «X» и все органы управления осциллографом: «Яр­кость» (R152), «Фокус» (R153), «Усиление» (R131), «Ба­ланс» (R133), «Смещение луча по вертикали» (R145); пере­ключатели чувствительности канала вертикального от­клонения луча «Делитель» (S4), «Усиление» <S5), потен­циометры величины и полярности сигнала синхронизации «Уровень» (R70), «+», « — » (R72); смещение луча по горизонтали (R96); переключатель «Синхронизация» (S1); переключатель «Длительность развертки» (S2).

На верхнюю плоскость прибора выведены органы управления свип-генератором «Девиация» (R2), «Частота» (R35), «Амплитуда меток» (R21). «Выход ВЧ» (R55), пе­реключатель «Метки» (К1) и разъемы «Выход ВЧ», «Метки внешние».

Обе платы свип-генератора помещены в экраны. Ка­тушки фильтра расположены по две, взаимно перпенди­кулярно, в отведенных для них отсеках.

Все катушки бескаркасные и намотаны на оправке диаметром 3 мм.

В осциллографе применены конденсаторы KM, K50-6, К53-7, переменные резисторы СПО-1 и СП, переключатели П2К, высокочастотные разъемы СР-50-70Ф.

Настройку прибора начинают с автономной про­верки питания — переменного напряжения накала ЭЛТ и постоянного напряжения на выходах — 600, +250, +12, -12, +5 В соответственно при подключенных эквивалентах сопротивлений нагрузок 10 Ом; 360, 6,2 кОм; 100, 80, 40 Ом.

Далее настраивают канал вертикального отклонения луча. На него подают все напряжения и проверяют высоко-омным вольтметром напряжения на электродах транзисто­ров и операционных усилителей. Если напряжения отли­чаются от указанных на схеме, то сначала вольтметр под­ключают к выходу А4 (вывод 5). Потенциометр R131 ста­вят в положение, соответствующее минимальной чувстви­тельности (влево до отказа). Потенциометром R142 устанав­ливают на выходе А4 напряжение 0 В. Затем R131 ставят з положение максимальной чувствительности и потенцио­метром R133 снова добиваются 0 В на выходе А4. Нажи­мают кнопку S5.1 («20»), а вольтметр подключают к вы­ходу второго операционного усилителя A3 (вывод 5). По­тенциометром R115 устанавливают на выходе A3 напря­жение 0 В.

Затем вольтметр подключают к коллекторам транзи­сторов V55, V58n с помощью потенциометра R145 получают напряжение 125 В. Если же это не удается (коллекторное напряжение меньше или больше 125 В), то настройку осу­ществляют потенциометром R147 (напряжение 125 В не должно меняться при включении кнопок S5).

Далее проверяют правильность настройки масштабного усилителя. Для этого между корпусом и коллектором тран­зисторов V55 или V58 подключают осциллограф (ламповый вольтметр с детекторной головкой), а на вход усилителя подают синусоидальный сигнал частотой 1000 Гц и амп­литудой 300 В. Нажимают кнопку S4.2 («1000») и по ос­циллографу (вольтметру) определяют амплитуду сину­соидального напряжения на выходе канала, она долж­на быть не менее 100 В). Потенциометр R131 при этом установлен на максимальное усиление, а переключатель S5 — в положение «1». Затем на вход канала подают напряжение 30 В и переключатель S4 ставят в поло­жение «100». Синусоидальное напряжение на выходе уси­лителя должно быть также 100 В. Если оно измени­лось, то необходимо подобрать сопротивление резисторов R119, R120 (сумма сопротивлений резисторов должна ос­таваться постоянной). Аналогично проверяются делители сигнала на «10» и «1» и делители «Усиление мВ/дел» для чувствительности «20», «10», «5», «2», «1» с подбором соот­ветствующих резисторов.

Вслед за этим исследуют полосу пропускания усили­теля канала вертикального отклонения луча с помощью свип-генератора типа XI-19. Детекторную головку при­бора подключают на выход усилителя и параллельно ей — конденсатор емкостью 10 пФ. Высокочастотный сигнал со свип-генератора подают на вход усилителя. Диапазон частот, устанавливаемый на приборе, 0 — 50 МГц, пере­ключатель S4 должен быть в положении «100», а переклю­чатель S5 — в положении «1». Ручку регулировки выход­ного сигнала свип-генератора ставят в положение «0 дБ». ручками «Частота», «Девиация», «Усиление» изменяют мас­штаб частотной характеристики, добиваясь ее размеров на весь экран. Включают калибрационные метки и про­веряют полосу пропускания, которая должна быть около 10 МГц (при более высокой чувствительности полоса про­пускания уменьшается).

Перед настройкой канала горизонтального откло­нения луча на плату с блока питания подают необходимые напряжения и проверяют высокоомным вольтметром напря­жения на электродах транзисторов, микросхем и опера­ционного усилителя. Если напряжения отличаются от режимных, то сначала вольтметр подключают к выходу операционного усилителя А2 и потенциометром R72 устанавливают напряжение на выходе А2 равным 10 В. За­тем вольтметр подключают к коллекторам транзисторов V30 и V35, потенциометром R96 и подбором резистора R105 добиваются выходного напряжения оконечного уси­лителя, равного 125 В. Переключатель S1 «Синхрониза­ция» ставят в положение «От сети», а осциллограф подклю­чают на выход усилителя А2. Потенциометром R70 полу­чают на экране осциллографа прямоугольные импульсы частотой 50 Гц и амплитудой 10 В. Затем осциллограф под­ключают на выход микросхемы D4 (вывод 1) — должны наблюдаться короткие отрицательные импульсы частотой 50 Гц и амплитудой 5 В; далее осциллограф подключают х коллекторам V30 или V35 и потенциометрами R83, R90 добиваются устойчивой работы генератора развертки (на экране осциллографа будет наблюдаться пилообразное Спряжение частотой 50 Гц). Амплитуду пилообразного Спряжения (около 100 В) устанавливают потенциометром %85. Не отключая осциллограф, проверяют канал гори­зонтального отклонения луча при работе от внешней син- х Ронизации, Переключатель S1 «Синхронизация» ставят в положение «Внеш» и на вход «X» с генератора Г5-26 подают положительный (отрицательный) импульсный сиг­нал амплитудой от 0,5 до 30 В. Потенциометрами R70, R72 и переключателем S1.4 полярности синхросигнала получают на экране осциллографа напряжение пилообраз­ной формы, частота которого определяется частотой внеш­них синхронизирующих импульсов.

После этого подают питание на осциллографическую трубку и ручками «Яркость», «Фокус» и потенциометром R101 («Астигматизм») добиваются оптимальной яркости и фокусировки электронного луча.

Далее проверяют работу осциллографа при внутренней синхронизации. Для этого на вход «Y» с генератора Г5-26 . подают импульсный сигнал достаточной амплитуды не ме- -нее 1 мВ. Потенциометрами R70, R72 и переключателем S1.4 добиваются устойчивого изображения импульсного сигнала на экране осциллографа.

Настройку свип-генератора начинают с установки но­минальной частоты автогенераторов на транзисторах V5, V6. Один конец резистора R7 временно отключают, а сред­ний вывод резистора R2 заземляют перемычкой. Прибор Х1-19 включают сам на себя (центральная жила высоко­частотного кабеля должна быть соединена с детекторной головкой, а экранная оболочка кабеля — с заземленным концом детекторной головки) и через конденсатор емкости 3000 пФ подключают к коллектору транзистора смеси­теля. На XI-19 устанавливают диапазон частот 220 — 310 МГц, а входной аттенюатор — в положение «Ослаб­ление 40 дБ». На экране Х1-19 должна наблюдаться метка биений между напряжениями автогенератора и свип-ге­нератора. Раздвигая или сжимая витки катушки L1, уста­навливают метку биений на частоту 250 МГц.

Аналогично проверяют крайние частоты автогенератора на транзисторе V6 (регулировкой потенциометра R3,5 «Частота»), которые должны быть 220 и 500 МГц (диапазон частот Х1-19 310 — 400 и 400 — 1000 МГц). Если верх­няя частота ниже 500 МГц, то уменьшают длину (индук­тивность) катушки L2.

Затем подключают резистор R7 и снимают перемычку. На экране XI-19 должны наблюдаться две метки биений симметрично относительно средней частоты 250 МГц. Из­меняя потенциометром R2 напряжение на варикапе V4 и подбирая емкость конденсатора С20, добиваются изменения частоты этого автогене­ратора на 20 МГц.

Рис. 3. Принципиальная схема детекторной головки

Далее настраивают сме­ситель с фильтром. Детектор­ную головку Х1-19 подклю­чают параллельно резистору R37, а высокочастотный шланг через конденсатор емкостью 1000 пФ к базе транзистора смесителя V8. Колебания автогенератора срывают путем закорачивания катушек L1 и L2. На экране свип-генера-тора должна наблюдаться частотная характеристика фильт­ра. Сжимая и раздвигая витки катушек L3 — L9, получа­ют на экране ровную частотную характеристику с часто­той среза около 250 МГц (частоты настроек последователь­ных контуров L4C33, L6C35, L8C36 соответственно 260, 280 и 300 МГц).

Затем детекторную головку подключают параллельно резистору R60. Подбором конденсаторов С38, С41, С44 и резистора R52 добиваются равномерной частотной харак­теристики во всем диапазоне частот 0,15 — 230 МГц.

Возможные замены элементов принципиальной схемы прибора

Источник