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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Varredura atrasada em um osciloscópio. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O autor do artigo continua o tópico abordado anteriormente sobre o aumento da precisão das medições oscilográficas. O dispositivo simples que ele recomenda permite melhorar um osciloscópio caseiro ou industrial simples a um nível que é fornecido apenas por osciloscópios com dispositivo de atraso de sinal ou com varredura digital. No canal de deflexão vertical do osciloscópio é feito um atraso de tempo do sinal em estudo, necessário para observar sua seção inicial. Isso geralmente é conseguido por uma linha de atraso (DL). Um radioamador que decide introduzir um atraso em seu osciloscópio pode encontrar dificuldades: é praticamente muito difícil calcular e fabricar de forma independente um LZ com os parâmetros necessários. Seria possível utilizar LZ produzidos industrialmente, mas, via de regra, não existem disponíveis comercialmente adequados para um osciloscópio de banda larga. Em particular, LMs com parâmetros concentrados, apesar de sua diversidade significativa, ainda são inadequados para operação em banda larga: eles têm um longo tempo de subida de pulso na saída [1]. LZs com parâmetros distribuídos, feitos de cabos de atraso especiais, possuem parâmetros melhores [2], mas são muito volumosos. Assim, o osciloscópio de banda larga LZ S1-79 tem dimensões de 160x180x30 mm e peso de 600 g, o que normalmente é um pouco demais para um osciloscópio amador de pequeno porte. Além disso, fabricar e configurar tal LZ também é bastante difícil. É verdade que, para modelos industriais de osciloscópios, LZs modernos de pequeno porte e alta qualidade são fabricados usando métodos microeletrônicos [1, 3], mas não podem ser adquiridos em lojas. E, no entanto, a situação não é tão desesperadora. Para sinais repetidos periodicamente usados por rádios amadores ao medir parâmetros, usando uma varredura atrasada, o problema é completamente solucionável mesmo sem LS. Suponhamos, para simplificar, que estamos estudando uma sequência de pulsos. É possível atrasar não o pulso em estudo, mas o momento em que esse pulso aciona o gerador de varredura. O momento de disparo é selecionado de forma que o início do próximo pulso caia na seção de varredura visível na tela. Ao alterar a duração do atraso do disparo, é possível mover a imagem do sinal que está sendo estudado pela tela do osciloscópio e examinar detalhadamente qualquer um de seus detalhes. E como a duração dos pulsos de tensão linearmente variável (LV) também pode ser alterada, essa parte é examinada como se estivesse sob um microscópio com ampliação, ou seja, com um grande estiramento no tempo. Nenhum LZ oferecerá tal oportunidade. É claro que isso não significa que não seja necessário em um osciloscópio com varredura atrasada. É melhor instalá-lo de qualquer maneira. Isso expandirá os recursos do osciloscópio. É desejável apenas que a linha de atraso possa ser desligada quando não for necessária, pois qualquer LP introduz distorção. O dispositivo de varredura retardada contém dois monovibradores de disparo único, cuja duração do pulso pode ser alterada independentemente um do outro, um gatilho RS, um gatilho Schmitt (TS) e um driver LIN. O diagrama esquemático do gerador de varredura é relativamente simples (Fig. 1). Na ausência de pulsos de sincronização, o gerador opera em modo autooscilante. Após ligar a tensão de alimentação, o nível de log é ajustado na saída 6 do trigger RS DD1.1, DD1.2 e, portanto, na entrada A do monoestável DD2.1 (OB1). 1, na saída Q - log 0. Na saída Q do monoestável DD2.2 (OB2) o nível de log também opera. 0. Consequentemente, os diodos VD2, VD3 e o transistor chave VT2 são fechados, e o capacitor Cτ é carregado com a corrente que flui através do resistor Rτ, ou seja, começa a formação do LIN. Quando a tensão no ponto de conexão dos resistores R12 e R13 atinge o nível de disparo dos TS DD1.3, DD1.4, ele comuta e um log aparece em seu pino 11. 1, que é transmitido para a entrada B de DD2.2. O OB é acionado, 1 aparece em sua saída Q, o diodo VD2 e o transistor VT2 abrem, o capacitor Cτ é descarregado e a formação do LIN é interrompida. O TS retorna ao seu estado original. Ao final do pulso OB2, cuja duração é t = 0.45C7R8, o transistor VT2 fecha e começa a formação de um novo pulso LIN. A diferença de nível de 1 a 0 na saída 8 do DD1.3, chegando na entrada 5 do trigger RS, não pode mudar seu estado e atrapalhar o processo auto-oscilatório, pois na entrada 4 o nível log foi estabelecido já que a alimentação é ligadas. 0.
Com a chegada de um pulso de sincronização, como o momento de sua chegada é aleatório, duas situações são possíveis. Suponhamos que o pulso de sincronização ocorreu durante a formação do LIN. Ele é invertido e amplificado pelo transistor VT1 e alimentado na entrada 2 do flip-flop RS, que comuta, e no seu pino 6 e na entrada A DD2.1 o nível de tensão cai do log. 1 a 0. Na saída Q DD2.1 o nível de tensão é ajustado para unidade. Esta tensão através do diodo VD3 abre o transistor VT2 e interrompe a formação do pulso LIN. Os pulsos de clock que chegam posteriormente não alteram o estado dos elementos ativos do circuito, pois chegam na mesma entrada 2 do flip-flop RS. O tempo de atraso para iniciar a formação do LIN começa a ser contado. O tempo de atraso é igual à duração do pulso na saída Q DD2.1, determinado pela constante de tempo (R6+R7)C, onde C - C4 - C6. O estado OB2 não afeta o circuito base do transistor VT2 e não carrega a saída 0V1, pois está separada deles por um diodo fechado VD2. No final do pulso de atraso, o transistor VT2 fecha e a formação do LIN começa. Ao terminar, o TS é acionado, um pulso do seu pino 8 vai para a entrada 5 do trigger RS e o retorna ao seu estado original. O gerador está pronto para receber um novo pulso de sincronização. Os diagramas de tensão nos pontos do circuito para este caso são mostrados na Fig. 2. Todas as tensões, exceto Usync, correspondem aos níveis TTL.
No caso em que o pulso de clock chega à entrada do gerador no momento de uma pausa entre os pulsos LIN, OB1 está em processo de geração de um pulso com nível log. 1 na saída Q. Um pulso do pino 6 do gatilho RS reinicia o OB1. Os pulsos de clock subsequentes não podem reiniciar o OB1 porque sua entrada é bloqueada pelo gatilho RS acionado pelo primeiro pulso de clock. O pulso da saída inversa DD2.1 interrompe o pulso na saída Q DD2.2, que através do diodo VD2 mantinha o transistor VT2 aberto. Mas o transistor não fecha, pois um pouco antes um impulso da saída Q de DD3 chegou até ele através do diodo VD2.1. Com este pulso, o diodo VD2 fecha. Assim, os diodos VD2 e VD3 eliminam a influência dos monovibradores entre si. O transistor VT2 continua aberto, mas a partir deste momento é contado o tempo de retardo de partida do driver LIN, determinado pela duração do pulso na saída OB1 após a reinicialização. Então tudo acontece como no primeiro caso. A operação do driver LIN não é considerada aqui. A faixa de atraso de varredura é dividida em três subfaixas. Quando repetidos, os rádios amadores podem escolhê-los como desejarem. Na Fig. A Figura 3 mostra a dependência do tempo de atraso do ângulo de rotação do resistor R6 para os valores de capacitância dos capacitores C4 - C6 indicados na figura. O capacitor C3 é a soma das capacitâncias do microcircuito e da instalação. Nesta posição SA1 e na posição inferior do controle deslizante do resistor R6, o gerador opera praticamente sem atraso, pois a duração do pulso OB1 não ultrapassa alguns centésimos de microssegundo. Se esta capacitância não for suficiente, você pode adicionar um capacitor externo de 5...10 pF.
Na Fig. 1 A chave de subfaixa de duração da varredura SA2 não é mostrada. É realizado de forma semelhante ao interruptor de tempo de varredura mostrado em [4, Fig. 2]. Ali também são fornecidos os principais parâmetros do gerador e demais dados necessários para replicar o dispositivo. Os elementos do circuito do gerador são colocados em uma placa de circuito impresso com conector MPH-14-1.As chaves SA1 e SA2 estão localizadas fora da placa. Eles são feitos usando interruptores reed. Uma descrição detalhada dos princípios de operação e projeto de tais chaves é dada em [5]. Os tipos e valores de resistores e capacitores com desvios permitidos são descritos em [4]. Resistor variável R6 - SPZ-9g com característica funcional do tipo B. Os transistores KT316B são substituíveis por KT316A ou quaisquer outros transistores de micro-ondas com tempo de reabsorção não superior a 4 minutos. É permitido substituir o transistor KT326B por KT326A ou KT363A, B, e o transistor KP303A por outra série KP303 com uma tensão de corte de cerca de 0,5 V. Em vez de diodos KD512A, use KD513A ou KD514A, e em vez de microcircuitos da série KR1533 , use as séries MS K155 e K555. A velocidade do scanner neste caso diminuirá, mas na maioria dos casos será suficiente; Neste caso, transistores e diodos comuns de alta frequência são adequados. Ao instalar microcircuitos, é recomendado conectar entradas livres a +Up através de um resistor de 1 kOhm. Várias entradas estão conectadas a ele [6]. A configuração do gerador de varredura é descrita em [4]. A amplitude dos pulsos LIN não deve ser definida para mais de 5 V. Quando este valor é excedido, a não linearidade do LIN aumenta acentuadamente, embora isso não seja visualmente perceptível. A maneira mais fácil de estabelecer a linearidade da varredura é visualmente, mas não é totalmente lógica, pois o gerador permite obter uma varredura com uma não linearidade não superior a alguns centésimos de por cento. Para aproveitar esta oportunidade, são necessários métodos especiais para medir a não linearidade. Eles são simples, mas requerem uma descrição separada [7]. Um pouco sobre como melhorar o funcionamento do gerador de varredura. Apesar da boa linearidade da varredura, ele não pode ser chamado de dispositivo de alta precisão, pois a amplitude e a duração dos pulsos LIN dependem da temperatura. O driver LIN em si é muito estável graças ao uso de um seguidor de fonte com feedback de rastreamento nos transistores VT3 e VT4. Devido à compensação parcial da instabilidade dos transistores bipolares e de efeito de campo e ao feedback profundo, os parâmetros deste repetidor dependem muito pouco da temperatura [8]. Com elementos termoestáveis Ct e Rt, o ângulo de inclinação do LIN praticamente não muda. A dependência da temperatura do LIN é explicada por uma mudança no limiar de resposta do TS. A dependência do limite com a temperatura não é linear, como a dos termistores semicondutores, o que torna relativamente fácil realizar uma boa compensação térmica. O diagrama do circuito de correção é mostrado na Fig. 4. A colocação de termistores perto do corpo do microcircuito reduziu a instabilidade da amplitude e duração dos pulsos LIN dependendo da temperatura em mais de 10 vezes; na faixa de temperatura de 20...50°C não excede 0,7%. O circuito de correção utiliza um resistor MMT-1, que em T = 20°C tem uma resistência de 1660 Ohms. Resistores R4 e R5 - C2-29 com potência de 0,125 W com desvio do valor nominal não superior a +0,25%.
Após a introdução da correção, a amplitude do LIN aumenta em 0,8 V, mas não há necessidade de se esforçar para restaurar a amplitude anterior: isso pode levar a uma violação da correção térmica. É mais fácil alterar o ganho do amplificador de deflexão horizontal. Ao contrário dos osciloscópios de varredura dupla, que possuem dois geradores LIN e dois tipos de sincronização, a unidade de varredura retardada contém apenas um gerador LIN sincronizado. É mais fácil trabalhar com esse gerador. Além das manipulações usuais dos controles do osciloscópio, na maioria das vezes você precisa usar apenas o botão “Sweep Delay” (R6) e, em casos raros, a chave de seleção de subfaixa (SA1). A maioria das medições feitas com um osciloscópio de varredura dupla pode ser feita com um instrumento equipado com essa varredura retardada. Uma exceção é o modo “B iluminação A”: nesta posição do interruptor “Scan view”, a área que deve ser visualizada com ampliação é destacada. Mas o procedimento aqui é bastante complicado e não há necessidade especial de iluminação, pois a área desejada pode ser encontrada sem ela. A semelhança fundamental entre os dois dispositivos em consideração é que a sincronização da varredura é realizada não pelo sinal visível na tela, mas por outro. Graças a isso, é possível considerar bordas de pulso e sinais cuja amplitude é insuficiente para acionar a sincronização. Não é aconselhável usar um gerador em um osciloscópio simples e barato, pois sua alta precisão não é alcançada. Claro, isso é uma questão de gosto e capacidade dos usuários, mas é melhor complementá-lo com um osciloscópio bom e preciso que não tenha varredura atrasada. Também pode ser feito na forma de uma unidade separada com fonte de alimentação autônoma. Em seguida, a saída do gerador é conectada à entrada “X” do osciloscópio. O gerador é sincronizado tanto por um sinal externo quanto por pulsos de clock de um dos canais de desvio vertical, cujas saídas estão disponíveis em cada osciloscópio. Você também pode usar a saída de tensão de rampa de um osciloscópio para isso. Então você terá que instalar uma chave do tipo sincronização e um divisor de tensão no decodificador, se necessário. Literatura
Autor: M.Dorofeev, Moscou
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