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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Osciloscópio. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Um osciloscópio é um dos dispositivos mais necessários na prática de um rádio amador depois de um multímetro. Não, não faltam desenhos industriais. No entanto, quantos leitores possuem tal dispositivo? Provavelmente não - é caro. E convidamos todos a prestar atenção na descrição do aparelho neste artigo. O dispositivo, que não é difícil de fabricar e configurar, será de grande ajuda na configuração de produtos de equipamentos radioeletrônicos de baixa frequência - amplificadores, dispositivos de gravação de som magnético e vários tipos de dispositivos domésticos automáticos. Na revista "Rádio", 2000, nº 9, p. 56 A. Artigo de Piltakyan "Minilaboratório de medição". Neste dispositivo, junto com outros dispositivos, um osciloscópio foi apresentado à atenção dos leitores. A diferença entre o osciloscópio proposto neste artigo está nas propriedades de frequência mais alta do gerador de varredura e na capacidade de estudar processos não apenas em AC , mas também circuitos DC. A frequência mínima do gerador de varredura é de 25 Hz, máxima - 25 kHz Impedância de entrada - não inferior a 100 kOhm O dispositivo é adequado para observação com relativa precisão de diagramas de sinal nos caminhos de frequência de áudio de vários equipamentos de rádio , varredura horizontal e vertical de televisores, bem como para observação de processos transitórios em vários circuitos de comutação. O diagrama esquemático do osciloscópio é mostrado na fig. 1. O estudo da tensão DC tornou-se possível devido ao uso de um tubo de rádio como amplificador de deflexão vertical (Entrada "V"). Como pode ser visto no diagrama, não há tensão na grade do triodo direito da lâmpada em relação ao gabinete do dispositivo, o que permite conectar o amplificador diretamente ao dispositivo em estudo sem usar um capacitor separador. A tensão de deslocamento do ponto de operação de -1,5 V, necessária para a operação da cascata, ainda existe. Eles são a queda de tensão no LED HL3 conectado em série com o triodo e sua carga. Essa tensão é fornecida à grade de controle da lâmpada por meio de resistores no circuito da grade - R37 e R18, cuja resistência é significativamente pequena em comparação com a resistência de entrada da lâmpada. A tensão de polarização na grade em relação ao cátodo será negativo, o que é necessário apenas para o funcionamento do tubo de rádio. Nesse caso, o LED também atua como um estabilizador de tensão.
Essa opção de construir uma cascata não foi escolhida por acaso. A forma clássica de gerar auto-bias usando um resistor no circuito catódico da lâmpada causa o aparecimento de feedback negativo (NFB). O próprio NFB é útil, pois melhora as características de frequência da cascata, mas neste caso terá que ser eliminado. Isso se deve à necessidade de construir uma cascata de acordo com o circuito amplificador DC (UCA). A inclusão dos triodos de lâmpada dos amplificadores dos desvios horizontais (à esquerda de acordo com o diagrama) e verticais é a mesma. A única diferença é que o amplificador de varredura horizontal tem uma tensão um pouco maior no cátodo, igual a aproximadamente 2,8 V. Os LEDs HL1 e HL2 nesta cascata também desempenham o papel de estabilização de auto-bias, que é igual à soma dos valores de tensão nos LEDs e diodo VD1. O papel do resistor de grade neste caso é desempenhado pelo diodo VD1 e a resistência entre o emissor e o coletor do transistor de saída do elemento lógico DD1.4. Portanto, o modo de operação das lâmpadas de corrente contínua neste dispositivo é definido selecionando LEDs com a tensão de estabilização necessária. O gerador de tensão dente de serra horizontal consiste em três nós. O primeiro é um gerador de pulso mestre baseado nos transistores VT1 e VT2 de acordo com o circuito de um amplificador não inversor com realimentação positiva através dos capacitores C5-C15 (dependendo da duração da varredura), conectados pela seção de comutação SA1.1. Um desses capacitores, juntamente com os resistores R15 e R8.2, desempenham a função de um circuito que define a duração dos pulsos de saída do gerador. O resistor variável R8 permite ajustar suavemente a duração da varredura. O segundo nó do dispositivo é uma cadeia de elementos lógicos do chip DD1. Nos elementos DD1.1 e DD1.2 é feito um gatilho Schmitt. Permite reduzir o tempo dos transientes, dando aos pulsos uma forma mais parecida com um retângulo. Na verdade, a ausência de um gatilho não afetará adversamente a operação do próprio gerador de tensão dente de serra, porque o próprio gerador produz pulsos de forma bastante estrita. Aqui, o uso de elementos de circuito lógico se deve a outros motivos. O dispositivo conectado ao gerador para amortecer o caminho de retorno do feixe tubular requer a entrada de pulsos com a fase oposta. Os pulsos na saída do elemento DD1.3 garantem o funcionamento normal do dispositivo extintor. Com o aumento da frequência do oscilador mestre, a amplitude dos pulsos em sua saída diminui. O gatilho Schmitt os torna iguais em todo o espectro de frequência. O gatilho Schmitt no dispositivo também atua como um buffer entre o oscilador mestre e o circuito de saída do relógio. O terceiro nó do gerador é um driver de tensão dente de serra. Consiste em um diodo VD1, resistores R7, R8.1 e um dos capacitores C1.2-C16 selecionados pela chave SA26. O diodo VD1 impede o carregamento dos capacitores pela corrente de saída do elemento DD1.4. A corrente que flui pelos resistores R7 e R8.1 carrega suavemente o capacitor, e a descarga do capacitor ocorre através do elemento DD1. Assim, uma tensão de varredura dente de serra com alta linearidade é formada na saída do gerador. O dispositivo de sincronização do gerador de varredura é feito na forma de um amplificador de estágio único baseado em um transistor de efeito de campo VT3. A entrada do transistor recebe um sinal da saída do divisor de sinal vertical através do capacitor de acoplamento C36. O sinal amplificado do circuito de drenagem do transistor é alimentado através do circuito correspondente VD2, R23, R14, C27 para a entrada do estágio de acionamento do gerador de pulsos. Quando um pulso positivo aparece na entrada do transistor VT1, o capacitor do circuito de realimentação do gerador adquire uma carga adicional. Neste caso, o processo de chaveamento do gerador é acelerado e este passa a funcionar de forma síncrona com o dispositivo em estudo. Considere o circuito de comutação do tubo do osciloscópio VL1. É um circuito divisor a partir do qual são aplicadas as tensões necessárias para o funcionamento da válvula. Duas fontes de alta tensão participam de sua alimentação: -290 V e +220 V. O cátodo da válvula é conectado à fonte de -290 V através dos circuitos de dimerização com resistor R16. O feixe é focado no primeiro ânodo do tubo pela aplicação de tensão de um resistor variável R10. O segundo ânodo do tubo é alimentado por uma fonte de +220 V através de um divisor nos resistores R3 e R6, que fornece uma tensão de cerca de +115 V em relação ao gabinete do dispositivo. Como resultado, a diferença de potencial entre o segundo ânodo e o cátodo atinge 400 V, o que é suficiente para a operação normal do tubo 5L038I. A conexão do segundo ânodo ao divisor é causada pela necessidade de minimizar a diferença de tensão entre este ânodo e as placas defletoras. O não cumprimento desta condição levará a um forte desfoque do feixe nos limites da tela do tubo e, conseqüentemente, ao "desfoque da imagem". Os resistores variáveis R2 e R5 fornecem ajuste da localização da imagem na tela do tubo vertical e horizontalmente, alterando a diferença de potencial entre as placas defletoras opostas do cinescópio. A função principal no dispositivo de amortecimento do feixe reverso do tubo é realizada por uma chave feita no transistor VT4. Seu coletor é conectado ao modulador do cinescópio por meio de um capacitor de desacoplamento C29. Da saída do elemento DD1.3, os pulsos são alimentados através de um divisor de tensão entre os resistores R29 e R30 para a entrada do transistor VT4. Quando o transistor é aberto, uma tensão adicional aparece no modulador do cinescópio, bloqueando de forma confiável o elétron fluxo, e o feixe reverso desaparece na tela. Os resistores R29, R30 minimizam a tensão na base do transistor VT4 no momento em que a saída do elemento DD1 .3 é um zero lógico. Isso é necessário para um fechamento mais confiável do transistor. O atenuador de entrada consiste em um divisor nos resistores R32, R33, R37 e um amplificador DC no chip DA1.1. A alteração dos limites de medição de tensão é realizada pela chave SA3. No diagrama, os capacitores C3З e C35 são designados como captadores e não podem ser instalados de forma alguma. Mas se você deseja melhorar a precisão das medições de tensão CA, deve instalá-las selecionando-as empiricamente. Isso pode ser feito aplicando um sinal alternado com amplitude conhecida à entrada do osciloscópio. A chave SA2 permite conectar o dispositivo ao dispositivo em teste diretamente (entrada aberta) ou através do capacitor de isolação C32. Assim, é possível selecionar o modo de medição "Tensão CC e CA" (contatos fechados) ou apenas "Tensão CA". O segundo modo é conveniente para observar imagens de tensão alternada sobrepostas a uma constante bastante alta (ondulação de fontes de alimentação, etc.). O modo "constante e variável" é muito conveniente de usar para monitorar processos transitórios em dispositivos principais. Na fabricação deste nó, preste atenção especial à blindagem dos circuitos de entrada. Se a proteção estática da entrada do amplificador operacional for insuficiente quando o limite de medição for ligado em 50 mV / div, pode aparecer na tela uma imagem de processos transitórios ocorrendo nos nós do próprio osciloscópio. A fonte de alimentação gera várias tensões necessárias para o funcionamento do osciloscópio. A tensão da rede é convertida pelo transformador T2, então a ponte retificadora nos diodos VD8-VD11 gera uma tensão constante de +8 V, e a partir dela o estabilizador do microcircuito DA2 traz para +5 V, os capacitores C40 e C43 estão suavizando . O enrolamento com tensão de -6,3 V alimenta os filamentos do tubo e dos tubos de rádio. A recepção de alta tensão é realizada por um conversor de pulso adicional. É um oscilador de transistor simples de ciclo único com uma frequência de cerca de 16 kHz. A tensão do estabilizador do microcircuito para DA2 através do filtro L1C42C44, necessária para evitar a penetração de ondulações do gerador nos circuitos de energia dos nós restantes, é fornecida a um dispositivo feito em um transistor VT5 e um transformador T1. A carga do transistor é o enrolamento I do transformador, o enrolamento II desempenha a função de realimentação. Um dos pré-requisitos para a operação de tal gerador é a presença de uma tensão de polarização baseada no transistor VT5. O estabilizador do conversor consiste em um comparador em um chip DA1.2 e uma carga controlada em um transistor VT6. Este dispositivo, de acordo com o princípio de operação, se assemelha a um diodo zener convencional, sendo as diferenças importantes de um diodo zener a capacidade de regular a tensão e a corrente de estabilização. A tensão de estabilização deve ser ajustada com um resistor de ajuste R47. A corrente de estabilização máxima pode ser ajustada selecionando o resistor R40. A tensão -5 V é usada apenas para alimentar o chip DA1. Transformador de potência T2. Como um circuito magnético e enrolamento primário, você pode usar um transformador TVK-110LM pronto de uma TV de tubo. Os enrolamentos secundários terão que ser enrolados de forma independente, são iguais - são feitos com fio PEV-2 com diâmetro de cerca de 0,6 mm e têm 110 voltas cada. O transformador T1 é feito em um circuito magnético de anel K28x16x9 feito de ferrita M2000NM, os enrolamentos I e II são feitos com fio PEV-2 0,5 e possuem 14 e 4 voltas, respectivamente, enrolamentos III e IV - com fio PEV-2 0,25, o número de voltas é 200 e 300, o enrolamento V tem 16 voltas, enrolado com fio PEV-2 0,35. Na fabricação deste transformador, deve-se prestar atenção ao isolamento dos enrolamentos de "alta tensão" uns dos outros e dos outros, podendo ser utilizado papel capacitor como material isolante. Os enrolamentos III-V são feitos pelo método "volta a volta", e I e II são distribuídos uniformemente ao longo do circuito magnético. Os enrolamentos III e IV devem ser enrolados primeiro, depois o V. Os enrolamentos I e II são colocados por último. Com esta ordem de enrolamento, será mais fácil, se necessário, alterar o número de voltas dos enrolamentos I ou II. Antes de enrolar o transformador, envolva o anel de ferrite com uma camada de material isolante. Para que o conversor não afete o funcionamento de outros dispositivos, é desejável colocar seus elementos de forma compacta e, se possível, colocá-los completamente em uma tela metálica, conectada a um barramento de força comum. A bobina do filtro de alisamento L1 é enrolada com fio PEV-2 0,6 até que o circuito magnético K20 * 12x5 seja preenchido com ferrita M2000NM.
Nos circuitos de "alta tensão" do aparelho, é melhor usar capacitores de poliestireno. Os capacitores do gerador de varredura devem ter o menor TKE possível. Capacitores de pares para a mesma duração de varredura (C5 e C16, ... C15 e C26) devem ser do mesmo tipo. Os valores de suas denominações são dados na tabela. As peças usadas no dispositivo podem ser substituídas pelos análogos correspondentes. O chip K157UD2 pode ser substituído por qualquer amplificador operacional duplo. O principal requisito é a operação normal de uma fonte de 5 V (bipolar). O uso de um amplificador operacional de frequência mais alta afetará favoravelmente a operação do dispositivo. O chip KR142EN5V pode ser substituído por um K142EN5A ou equivalente estrangeiro. Os diodos 1 N4004 são substituíveis por qualquer um com uma corrente direta de pelo menos 0,5 A e uma tensão reversa de pelo menos 20 V - D226, KD105, KD102 ou conjuntos de diodos KTs404, KTs405 são adequados. Substituiremos o transistor MP39A por MP 13, MP15, MP40-MP42. Em vez do transistor MP38A, MP35 ou MP37 é adequado. Para ajustar o aparelho, é necessário ter um multímetro e um frequencímetro com limite de medição acima de 25 kHz. Se você deseja calibrar seu instrumento, também precisará de um osciloscópio industrial. O ajuste deve começar verificando o desempenho da fonte de alimentação. Primeiro você precisa medir a tensão no capacitor C43 e depois no estabilizador do microcircuito no microcircuito DA2... Em seguida, é verificada a operação do conversor de "alta tensão". Ao configurar o conversor, lembre-se que ele não deve ser ligado sem carga! O próprio conjunto da fonte de alimentação, instalado no modo nominal, não tem medo de falta de carga. O estabilizador irá salvá-lo de falhas. Mas até que o estabilizador seja ajustado, conecte um resistor de 220 kOhm (200 W) à saída da fonte de +0,5 V e desconecte todos os consumidores de corrente do conversor. Comece a configurar o conversor verificando o funcionamento do gerador. Seu desempenho pode ser determinado pela presença de tensão na saída de um dos retificadores. Se o gerador não ligar, troque os terminais do enrolamento I. Se o gerador for excitado intermitentemente, reduza o número de voltas do enrolamento I ou selecione um resistor R38. Depois de garantir um início confiável do conversor, ajuste a tensão de saída das fontes. A frequência de operação e a tensão de saída do conversor são amplamente afetadas pelo número de voltas do enrolamento II. Meça a tensão na carga. Deve ficar em torno de +240 V ou um pouco mais. Se a tensão não corresponder, aumente o número de voltas do enrolamento II. Em seguida, conecte e ajuste o estabilizador. O único requisito para isso é que, antes da primeira energização, coloque o resistor trimmer R47 na posição intermediária. Após ligar, é necessário ajustar +220 V na saída do conversor girando o controle deslizante deste resistor. Então você deve verificar a tensão no coletor do transistor VT6. Não deve ser inferior a +160 V. Se a tensão estiver abaixo deste valor, substitua o resistor R40 por outro de menor resistência. Em seguida, meça a tensão na saída da fonte de +220 V (não deve mudar) e no coletor VT6 (vai aumentar). Depois de ajustar o estabilizador, desconecte o resistor de carga. Agora a fonte de alimentação está pronta para funcionar. Uma característica do estabilizador é que ele mantém a tensão estável não apenas na fonte de +220 V, mas também na fonte de -290 V. Isso ocorre porque o diodo zener analógico é conectado diretamente à saída da ponte de diodos e mantém o tensão diretamente no enrolamento III do transformador T1. O estabelecimento de um gerador de varredura consiste na seleção de capacitores emparelhados. A duração da varredura na tabela é para escrever no painel frontal do osciloscópio. É medido com a posição dos controles deslizantes dos resistores R8.1 e R8.2 na posição superior conforme o diagrama. Para controlar a configuração de frequência do gerador, conecte um medidor de frequência à saída do relógio (pino 6 do chip DD1.2). Em seguida, selecione os capacitores C5-C15 para que o gerador cubra completamente a faixa de 25 Hz ... 25 kHz, ou seja, alternando as faixas com a chave SA1 e girando o controle deslizante do resistor R8, você pode selecionar qualquer frequência no especificado espectro. Ao selecionar os capacitores C16-C26, a amplitude da tensão dente de serra do gerador de varredura horizontal é regulada. A amplitude da serra deve ser ajustada por último. Seu valor determinará o tamanho horizontal da imagem. Não altere muito a capacitância - isso pode levar à distorção do formato da serra. Uma serra distorcida fará com que um ponto brilhante apareça nas bordas da faixa luminosa (Fig. 2, a), e quando uma tensão alternada é aplicada à entrada do osciloscópio, uma faixa vertical aparece na borda da imagem ( Fig. 2,6). A operação correta do gerador de varredura será indicada por uma faixa horizontal uniformemente luminosa na tela do tubo. A linearidade da varredura pode ser facilmente verificada aplicando um sinal senoidal à entrada do osciloscópio com uma frequência várias vezes maior que a frequência do gerador de varredura. Se a tensão de varredura for suficientemente linear, uma senóide aparecerá na tela (Fig. 2, c). Se a serra estiver fortemente distorcida, a sinusóide será esticada em uma borda da tela e comprimida na outra (Fig. 2d).
Ao ajustar o conjunto de deflexão vertical, meça a tensão no ânodo da metade direita da lâmpada de acordo com o esquema. Deve ser aproximadamente igual à metade da tensão de alimentação. A lâmpada 6N2P utilizada garante a deflexão do feixe do centro quase até a borda da tela do tubo quando uma tensão de cerca de 1 V é aplicada à grade de controle. Estabelecer um nó de sincronização consiste em ajustar o modo do transistor VT3 para corrente contínua. Meça a tensão em seu dreno. Deve ser aproximadamente igual à metade da tensão de alimentação. Se a tensão for muito diferente da necessária, altere a resistência do resistor R27 dentro de uma pequena faixa. É muito fácil controlar a operação do dispositivo extintor. Para fazer isso, ajuste a frequência máxima do gerador de varredura, mude SA3 para "0,5 V / div", feche os contatos da chave SA2 e conecte a entrada do osciloscópio à base do transistor VT4. Durante a operação normal do dispositivo de supressão, nenhuma alteração ocorrerá na tela do cinescópio. Em seguida, desconecte o capacitor C29 do modulador. Depois disso, uma imagem de um pulso com amplitude de cerca de 0,7 V deve aparecer na tela acima da faixa brilhante (Fig. 2e). O toque final no ajuste é a aplicação de uma escala na tela do tubo. Para fazer isso, você precisa de uma régua, uma caneta-tinteiro comum (de preferência com tinta preta) e uma folha de polietileno fino. Desenhe uma grade com células quadradas no polietileno. Para determinar o comprimento do lado da célula, aplique uma tensão constante de 7 V ao terminal 6 da lâmpada 2N0,5P e meça a distância de desvio do feixe. Será aproximadamente igual a 1 cm, anexe o filme plástico fabricado com uma grade na tela do cinescópio de forma que uma cruz de linhas fique no centro. Depois disso, pressione o filme com um anel de náilon. A grade aplicada dividirá a tela em 16 quadrados (Fig. 2, e) Feita a escala, selecione as capacitâncias dos capacitores C16 - C26 de forma que a faixa luminosa horizontal na tela do aparelho ocupe quatro divisões. O corpo do dispositivo é melhor feito de metal. Coloquei o dispositivo em um estojo de um carregador de fábrica para baterias de carro. Ao conectar o osciloscópio a aparelhos que não estejam isolados galvanicamente da rede de 220 V, tenha cuidado, pois pode ocorrer alta tensão na caixa do aparelho!!! Autor: P. Venderevsky, Novosibirsk
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