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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Osciloscopio. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición Un osciloscopio es uno de los aparatos más necesarios en la práctica de un radioaficionado después de un multímetro. No, no faltan los diseños industriales. Sin embargo, ¿cuántos lectores tienen un dispositivo de este tipo? Probablemente no, es caro. E invitamos a todos a prestar atención a la descripción del dispositivo en este artículo. El dispositivo, que no es difícil de fabricar y configurar, será de gran ayuda para configurar productos de equipos radioelectrónicos de baja frecuencia: amplificadores, dispositivos magnéticos de grabación de sonido y varios tipos de dispositivos automáticos para el hogar. En la revista "Radio", 2000, N° 9, p. 56 Artículo de A. Piltakyan "Minilaboratorio de medición". En este dispositivo, junto con otros dispositivos, se presentó un osciloscopio a la atención de los lectores. La diferencia entre el osciloscopio propuesto en este artículo está en las propiedades de frecuencia más alta del generador de barrido y la capacidad de estudiar procesos no solo en CA , pero también circuitos de CC La frecuencia mínima del generador de barrido es de 25 Hz, máxima - 25 kHz Impedancia de entrada - no menos de 100 kOhm El dispositivo es adecuado para observar con relativa precisión los diagramas de señal en las rutas de frecuencia de audio de varios equipos de radio , escaneo horizontal y vertical de televisores, así como para la observación de procesos transitorios en varios circuitos de conmutación. El diagrama esquemático del osciloscopio se muestra en la fig. 1. El estudio del voltaje de CC se hizo posible gracias al uso de un tubo de radio como amplificador de deflexión vertical (Entrada "V"). Como se puede ver en el diagrama, no hay voltaje en la rejilla del triodo derecho de la lámpara en relación con la carcasa del dispositivo, lo que le permite conectar el amplificador directamente al dispositivo en estudio sin usar un condensador separador. La tensión de compensación del punto de funcionamiento de -1,5 V, que es necesaria para el funcionamiento de la cascada, todavía existe. Son la caída de tensión en el LED HL3 conectado en serie con el triodo y su carga. Este voltaje se suministra a la red de control de la lámpara a través de resistencias en el circuito de la red: R37 y R18, cuya resistencia es significativamente pequeña en comparación con la resistencia de entrada de la lámpara. será negativo, lo cual es solo necesario para el funcionamiento del tubo de radio. En este caso, el LED también actúa como estabilizador de tensión.
Esta opción para construir una cascada no fue elegida por casualidad. La forma clásica de generar polarización automática mediante el uso de una resistencia en el circuito del cátodo de la lámpara provoca la aparición de retroalimentación negativa (NFB). NFB en sí mismo es útil, ya que mejora las características de frecuencia de la cascada, pero en este caso habrá que deshacerse de él. Esto se debe a la necesidad de construir una cascada de acuerdo con el circuito amplificador de CC (UCA). La inclusión de los triodos de lámpara de los amplificadores de las desviaciones horizontales (izquierda según el diagrama) y verticales es la misma. La única diferencia es que el amplificador de barrido horizontal tiene un voltaje ligeramente mayor en el cátodo, igual a aproximadamente 2,8 V. Los LED HL1 y HL2 en esta cascada también desempeñan el papel de estabilización de polarización automática, que es igual a la suma de los valores de voltaje en los LED y diodo VD1. El papel de la resistencia de rejilla en este caso lo realiza el diodo VD1 y la resistencia entre el emisor y el colector del transistor de salida del elemento lógico DD1.4. Por lo tanto, el modo de funcionamiento de las lámparas para corriente continua en este dispositivo se establece seleccionando LED con el voltaje de estabilización necesario. El generador de voltaje de diente de sierra horizontal consta de tres nodos. El primero es un generador de pulsos maestro basado en los transistores VT1 y VT2 según el circuito de un amplificador no inversor con retroalimentación positiva a través de los capacitores C5-C15 (dependiendo de la duración del barrido), conectado por la sección del interruptor SA1.1. Uno de estos condensadores, junto con las resistencias R15 y R8.2, realizan la función de un circuito que establece la duración de los pulsos de salida del generador. La resistencia variable R8 le permite ajustar suavemente la duración del barrido. El segundo nodo del dispositivo es una cadena de elementos lógicos del chip DD1. Sobre los elementos DD1.1 y DD1.2 se realiza un disparador Schmitt. Te permite reducir el tiempo de los transitorios, dando a los pulsos una forma más parecida a una rectangular. De hecho, la ausencia de un disparador no afectará negativamente al funcionamiento del propio generador de tensión de diente de sierra, porque el propio generador produce pulsos de una forma bastante estricta. Aquí, el uso de elementos de circuitos lógicos se debe a otras razones. El dispositivo conectado al generador para amortiguar el haz de haz inverso del tubo requiere la entrada de pulsos con la fase opuesta. Los pulsos a la salida del elemento DD1.3 aseguran el funcionamiento normal del dispositivo de extinción. Con un aumento en la frecuencia del oscilador maestro, la amplitud de los pulsos en su salida disminuye. El disparador Schmitt los hace iguales en todo el espectro de frecuencias. El disparador Schmitt en el dispositivo también actúa como un amortiguador entre el oscilador maestro y el circuito de salida del reloj. El tercer nodo del generador es un controlador de voltaje de diente de sierra. Consta de un diodo VD1, resistencias R7, R8.1 y uno de los condensadores C1.2-C16 seleccionados por el interruptor SA26. El diodo VD1 evita que la corriente de salida del elemento DD1.4 cargue los condensadores. La corriente que fluye a través de las resistencias R7 y R8.1 carga suavemente el capacitor.La descarga del capacitor ocurre a través del elemento DD1. Por lo tanto, se forma un voltaje de barrido en diente de sierra con alta linealidad en la salida del generador. El dispositivo de sincronización del generador de barrido está hecho en forma de un amplificador de una etapa basado en un transistor de efecto de campo VT3. La entrada del transistor recibe una señal de la salida del divisor de señal vertical a través del condensador de acoplamiento C36. La señal amplificada del circuito de drenaje del transistor se alimenta a través del circuito de adaptación VD2, R23, R14, C27 a la entrada de la etapa de conducción del generador de impulsos. Cuando aparece un pulso positivo en la entrada del transistor VT1, el capacitor del circuito de retroalimentación del generador adquiere una carga adicional. En este caso, el proceso de conmutación del generador se acelera y comienza a funcionar de forma sincronizada con el dispositivo en estudio. Considere el circuito de conmutación del tubo de osciloscopio VL1. Es un circuito divisor desde el cual se aplican los voltajes necesarios para el funcionamiento del tubo. En su alimentación participan dos fuentes de alta tensión: -290 V y +220 V. El cátodo del tubo está conectado a la fuente de -290 V a través de los circuitos de regulación con la resistencia R16. El haz se enfoca en el primer ánodo del tubo aplicando voltaje desde una resistencia variable R10. El segundo ánodo del tubo se alimenta de una fuente de +220 V a través de un divisor en las resistencias R3 y R6, que proporciona un voltaje de aproximadamente +115 V con respecto a la caja del dispositivo. Como resultado, la diferencia de potencial entre el segundo ánodo y el cátodo alcanza los 400 V, que es suficiente para el funcionamiento normal del tubo 5L038I. La conexión del segundo ánodo al divisor obedece a la necesidad de minimizar la diferencia de tensión entre este ánodo y las placas deflectoras. El incumplimiento de esta condición dará lugar a un fuerte desenfoque del haz en los límites de la pantalla del tubo y, en consecuencia, "borrosidad de la imagen". Las resistencias variables R2 y R5 proporcionan un ajuste de la ubicación de la imagen en la pantalla del tubo vertical y horizontalmente al cambiar la diferencia de potencial entre las placas deflectoras opuestas del cinescopio. La función principal en el dispositivo para amortiguar el haz inverso del tubo se realiza mediante un interruptor realizado en el transistor VT4. Su colector está conectado al modulador del cinescopio a través de un condensador de desacoplamiento C29. Desde la salida del elemento DD1.3, los pulsos se alimentan a través de un divisor de voltaje a través de las resistencias R29 y R30 a la entrada del transistor VT4 Cuando se abre el transistor, aparece un voltaje adicional en el modulador del cinescopio, bloqueando de manera confiable el electrón flujo, y el haz inverso desaparece en la pantalla. Las resistencias R29, R30 minimizan el voltaje en la base del transistor VT4 en el momento en que la salida del elemento DD1 .3 es un cero lógico. Esto es necesario para un cierre más confiable del transistor. El atenuador de entrada consta de un divisor en las resistencias R32, R33, R37 y un amplificador de CC en el chip DA1.1. El cambio de los límites de la medición de voltaje se realiza mediante el interruptor SA3. En el diagrama, los condensadores C3З y C35 están designados como captadores, no se pueden instalar en absoluto. Pero si desea mejorar la precisión de las mediciones de voltaje de CA, debe instalarlas seleccionándolas empíricamente. Esto se puede hacer aplicando una señal alterna con una amplitud conocida a la entrada del osciloscopio. El interruptor SA2 le permite conectar el dispositivo al dispositivo bajo prueba directamente (entrada abierta) o a través del condensador de aislamiento C32. Por lo tanto, es posible seleccionar el modo de medición "Tensión CC y CA" (contactos cerrados) o solo "Tensión CA". El segundo modo es conveniente para observar imágenes de tensión alterna superpuestas a una constante bastante alta (ondulación de las fuentes de alimentación, etc.). El modo "constante y variable" es muy conveniente para monitorear procesos transitorios en dispositivos clave. En la fabricación de este nodo, preste especial atención al blindaje de los circuitos de entrada. Si la protección estática de la entrada del amplificador operacional es insuficiente cuando el límite de medición se activa a 50 mV / div, puede aparecer en la pantalla una imagen de los procesos transitorios que ocurren en los nodos del osciloscopio. La fuente de alimentación genera varios voltajes necesarios para el funcionamiento del osciloscopio. El transformador T2 convierte el voltaje de la red, luego el puente rectificador en los diodos VD8-VD11 genera un voltaje constante de +8 V, y el estabilizador del microcircuito DA2 lo lleva a +5 V, los condensadores C40 y C43 se suavizan . El devanado con un voltaje de -6,3 V alimenta los filamentos del tubo y los tubos de radio. La recepción de alto voltaje se realiza mediante un convertidor de pulso adicional. Es un simple oscilador de transistor de un solo ciclo con una frecuencia de alrededor de 16 kHz. El voltaje del estabilizador de microcircuitos a DA2 a través del filtro L1C42C44, que es necesario para evitar la penetración de ondas del generador en los circuitos de alimentación de los nodos restantes, se suministra a un dispositivo fabricado en un transistor VT5 y un transformador T1. La carga del transistor es el devanado I del transformador, el devanado II realiza la función de retroalimentación. Uno de los requisitos previos para el funcionamiento de dicho generador es la presencia de un voltaje de polarización basado en el transistor VT5. El estabilizador del convertidor consta de un comparador en un chip DA1.2 y una carga controlada en un transistor VT6. Este dispositivo, según el principio de funcionamiento, se asemeja a un diodo zener convencional.Las diferencias importantes con respecto a un diodo zener son la capacidad de regular el voltaje y la corriente de estabilización. El voltaje de estabilización debe configurarse con una resistencia de corte R47. La corriente de estabilización máxima se puede ajustar seleccionando la resistencia R40. El voltaje -5 V se usa solo para alimentar el chip DA1. Transformador de potencia T2. Como circuito magnético y devanado primario, puede usar un transformador TVK-110LM listo para usar de un televisor de tubo. Los devanados secundarios deberán enrollarse de forma independiente, son iguales: están hechos con un cable PEV-2 con un diámetro de aproximadamente 0,6 mm y tienen 110 vueltas cada uno. El transformador T1 está hecho en un circuito magnético de anillo K28x16x9 hecho de ferrita M2000NM, los devanados I y II están hechos con alambre PEV-2 0,5 y tienen 14 y 4 vueltas, respectivamente, los devanados III y IV - con alambre PEV-2 0,25, el número de vueltas es de 200 y 300, el devanado V tiene 16 vueltas, enrollado con alambre PEV-2 0,35. En la fabricación de este transformador, se debe prestar atención al aislamiento de los devanados de "alto voltaje" entre sí y de los demás. El papel del capacitor se puede usar como material aislante. Los devanados III-V se fabrican utilizando el método de "vuelta a vuelta", y I y II se distribuyen uniformemente a lo largo del circuito magnético. Los devanados III y IV deben enrollarse primero, luego el V. Los devanados I y II se colocan en último lugar. Con este orden de devanado, será más fácil, si es necesario, cambiar el número de vueltas de los devanados I o II. Antes de enrollar el transformador, envuelva el anillo de ferrita con una capa de material aislante. Para que el convertidor no afecte el funcionamiento de otros dispositivos, es deseable colocar sus elementos de forma compacta y, si es posible, colocarlos completamente en una pantalla de metal, que está conectada a un bus de alimentación común. La bobina del filtro de suavizado L1 se enrolla con cable PEV-2 0,6 hasta que el circuito magnético K20 * 12x5 se llena con ferrita M2000NM.
En los circuitos de "alto voltaje" del dispositivo, es mejor usar condensadores de poliestireno. Los condensadores del generador de barrido deben tener el menor TKE posible. Los capacitores de pares para la misma duración de barrido (C5 y C16, ... C15 y C26) deben ser del mismo tipo. Los valores de sus denominaciones se dan en la tabla. Las partes utilizadas en el dispositivo se pueden reemplazar con los análogos correspondientes. El chip K157UD2 se puede reemplazar con cualquier amplificador operacional dual. El requisito principal es el funcionamiento normal desde una fuente de 5 V (bipolar). El uso de un amplificador operacional de mayor frecuencia afectará favorablemente el funcionamiento del dispositivo. El chip KR142EN5V se puede reemplazar con K142EN5A o un equivalente extranjero. Los diodos 1 N4004 son reemplazables por cualquiera con una corriente directa de al menos 0,5 A y un voltaje inverso de al menos 20 V - D226, KD105, KD102 o conjuntos de diodos KTs404, KTs405 son adecuados Reemplazaremos el transistor MP39A con MP 13, MP15, MP40-MP42. En lugar del transistor MP38A, es adecuado MP35 o MP37. Para ajustar el dispositivo, debe tener un multímetro y un medidor de frecuencia con un límite de medición superior a 25 kHz. Si desea calibrar su instrumento, también necesitará un osciloscopio industrial. El ajuste debe comenzar comprobando el rendimiento de la fuente de alimentación. Primero debe medir el voltaje a través del capacitor C43 y luego el estabilizador del microcircuito en el microcircuito DA2 Luego, se verifica el funcionamiento del convertidor de "alto voltaje". ¡Al configurar el convertidor, recuerde que no debe encenderse sin carga! El conjunto de la fuente de alimentación en sí, instalado en el modo nominal, no teme la falta de carga. El estabilizador lo salvará del fracaso. Pero hasta que se ajuste el estabilizador, conecte una resistencia de 220 kOhm (200 W) a la salida de fuente de +0,5 V y desconecte todos los consumidores actuales del convertidor. Comience a configurar el convertidor verificando el funcionamiento del generador. Su desempeño puede ser determinado por la presencia de voltaje en la salida de uno de los rectificadores. Si el generador no arranca, intercambie los terminales del devanado I. Si el generador se excita intermitentemente, reduzca el número de vueltas del devanado I o seleccione una resistencia R38. Después de asegurar un arranque confiable del convertidor, ajuste el voltaje de salida de las fuentes. La frecuencia de operación y el voltaje de salida del convertidor se ven afectados en gran medida por el número de vueltas del devanado II. Mida el voltaje en la carga. Debería estar alrededor de +240 V o un poco más. Si el voltaje no coincide, aumente el número de vueltas del devanado II. Luego conecte y ajuste el estabilizador. El único requisito para esto es que, antes del primer encendido, coloque la resistencia de corte R47 en la posición media. Después de encender, es necesario configurar +220 V en la salida del convertidor girando el control deslizante de esta resistencia. Luego debe verificar el voltaje en el colector del transistor VT6. No debe ser inferior a +160 V. Si la tensión está por debajo de este valor, sustituya la resistencia R40 por otra de menor resistencia. Luego mida el voltaje en la salida de la fuente de +220 V (no debería cambiar) y en el colector VT6 (aumentará). Después de ajustar el estabilizador, desconecte la resistencia de carga. Ahora la fuente de alimentación está lista para funcionar. Una característica del estabilizador es que mantiene el voltaje estable no solo en la fuente de +220 V, sino también en la fuente de -290 V. Esto se debe a que el diodo zener analógico está conectado directamente a la salida del puente de diodos y mantiene el tensión directamente en el devanado III del transformador T1. El establecimiento de un generador de barrido consiste en la selección de condensadores emparejados. La duración del barrido en la tabla es para escribir en el panel frontal del osciloscopio. Se mide con la posición de los deslizadores de las resistencias R8.1 y R8.2 en la posición superior según el diagrama. Para controlar la configuración de frecuencia del generador, conecte un medidor de frecuencia a la salida del reloj (pin 6 del chip DD1.2). Luego, seleccione los condensadores C5-C15 para que el generador cubra completamente el rango de 25 Hz ... 25 kHz, es decir, al cambiar los rangos con el interruptor SA1 y girar el control deslizante de resistencia R8, puede seleccionar cualquier frecuencia en el especificado espectro. Al seleccionar los condensadores C16-C26, se regula la amplitud del voltaje de diente de sierra del generador de barrido horizontal. La amplitud de la sierra debe ajustarse en último lugar. Su valor determinará el tamaño horizontal de la imagen. No cambie la capacitancia en gran medida; esto puede provocar una distorsión de la forma de la sierra. Una sierra distorsionada hará que aparezca un punto brillante en los bordes de la tira luminosa (Fig. 2, a), y cuando se aplica un voltaje alterno a la entrada del osciloscopio, aparece una tira vertical en el borde de la imagen ( figura 2,6). El correcto funcionamiento del generador de barrido se indicará mediante una franja horizontal uniformemente luminosa en la pantalla del tubo. La linealidad del barrido se puede comprobar fácilmente aplicando una señal sinusoidal a la entrada del osciloscopio con una frecuencia varias veces mayor que la frecuencia del generador de barrido. Si el voltaje de barrido es lo suficientemente lineal, aparecerá una sinusoide en la pantalla (Fig. 2, c). Si la sierra está fuertemente distorsionada, la sinusoide se estirará en un borde de la pantalla y se comprimirá en el otro (Fig. 2d).
Al ajustar el conjunto de deflexión vertical, mida el voltaje en el ánodo de la mitad derecha de la lámpara de acuerdo con el esquema. Debe ser aproximadamente igual a la mitad de la tensión de alimentación. La lámpara 6N2P utilizada asegura la desviación del haz desde el centro casi hasta el borde de la pantalla del tubo cuando se aplica un voltaje de aproximadamente 1 V a la rejilla de control. Establecer un nodo de sincronización consiste en ajustar el modo del transistor VT3 para corriente continua. Mida el voltaje en su drenaje. Debe ser aproximadamente igual a la mitad de la tensión de alimentación. Si el voltaje es muy diferente al requerido, cambie la resistencia de la resistencia R27 dentro de un rango pequeño. Es muy fácil controlar el funcionamiento del dispositivo de extinción. Para hacer esto, configure la frecuencia máxima del generador de barrido, cambie SA3 a la posición "0,5 V / div", cierre los contactos del interruptor SA2 y conecte la entrada del osciloscopio a la base del transistor VT4. Durante el funcionamiento normal del dispositivo de supresión, no se producirán cambios en la pantalla del kinescopio. Luego desconecte el capacitor C29 del modulador. Después de eso, debería aparecer una imagen de un pulso con una amplitud de aproximadamente 0,7 V en la pantalla sobre la tira brillante (Fig. 2e). El toque final en el ajuste es la aplicación de una escala a la pantalla del tubo. Para hacer esto, necesita una regla, una pluma estilográfica normal (preferiblemente con tinta negra) y una hoja de polietileno delgado. Dibuja una cuadrícula con celdas cuadradas en el polietileno. Para determinar la longitud del lado de la celda, aplique un voltaje constante de 7 V al terminal 6 de la lámpara 2N0,5P y mida la distancia en la que se desvía el haz. Será aproximadamente igual a 1 cm Fije la película de plástico fabricada con una rejilla a la pantalla del kinescopio de modo que una cruz de líneas quede en el centro. Después de eso, presione la película con un anillo de nailon. La cuadrícula aplicada dividirá la pantalla en 16 cuadrados (Fig. 2, e) Habiendo terminado de hacer la escala, seleccione las capacitancias de los capacitores C16 - C26 para que la franja horizontal luminosa en la pantalla del dispositivo tome cuatro divisiones. El cuerpo del dispositivo está mejor hecho de metal. Coloqué el dispositivo en un estuche de un cargador de fábrica para baterías de automóviles. ¡Al conectar el osciloscopio a dispositivos que no estén aislados galvánicamente de la red de 220 V, tenga cuidado, ya que puede aparecer alto voltaje en la carcasa del dispositivo! Autor: P. Venderevsky, Novosibirsk
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