Демонстрационный осциллограф

Метод осциллографических измерений прочно вошел в практику радиолюбительского конструирования, в учебный процесс организаций ДОСААФ, общеобразовательных школ, средних и высших учебных заведений. В связи с этим определенный интерес представляют учебно-демонстрационные осциллографы, позволяющие не только производить простейшие электрические измерения, но и разобраться в принципе работы и устройстве этих электронных измерительных приборов.

Описываемый переносный демонстрационный осциллограф разработан и выполнен учащимися средней школы № 1 г. Коммунарска Ворошиловградской области. С целью возможного уменьшения объема слесарных и столярных работ при изготовлении футляра, в котором размещены электронно-лучевая трубка 13Л037, детали осциллографа и подставки блоков питания, использованы предметы домашнего обихода. Шарнирное соединение футляра со стойкой создает удобство работы с прибором.

Входное сопротивление усилителя вертикального отклонения луча около 50 кОм, чувствительность 0,20— 0,25 мм/мВ, полоса пропускания 50 Гц— 10 кГц. Питание осуществляется от аккумуляторной батареи напряжением 6 В.

Принципиальная схема осциллографа изображена на рис. 1. В двухкаскадном усилителе вертикального отклонения луча работают транзисторы Т1 и Т2. Для увеличения входного сопротивления транзистор Т1 первого каскада включен по схеме эмиттерного повторителя. Исследуемый сигнал, снимаемый с движка переменного резистора R1, являющегося регулятором чувствительности, через конденсатор С1 подается на базу транзистора Т1, а с его нагрузочного резистора R4 — через конденсатор С2 на базу транзистора Т2 каскада усилителя напряжения. Усиленный сигнал снимается с резистора R7, являющегося нагрузкой транзистора Т2, и через конденсатор С5 подается на пластины вертикального отклонения луча электронно-лучевой трубки Л1. Отрицательное

напряжение смещения на базу транзистора Т1 поступает через резистор R2, на базу транзистора Т2 — через резистор R6.

Для отклонения электронного луча трубки на всю высоту экрана на пластины вертикального отклонения необходимо подавать импульсы напряжения амплитудой 100—200 В (чем выше напряжение на участке катод — анод трубки, тем больше амплитуда импульса исследуемого сигнала). В описываемом осциллографе питание усилителя осуществляется от выпрямителя с выходным напряжением около 200 В, а в каскадах работают транзисторы типа МП26, выдерживающие напряжение на участке коллектор — эмиттер до 100 В. Для гашения избыточного напряжения в цепь коллектора транзистора Т1 включен резистор R3. Конденсатор СЗ шунтирует коллекторную цепь этого транзистора по переменной составляющей.

Генератор развертки собран по схеме релаксационного генератора, в разрядную цепь которого включен динистор Д1 (переключающий диод) типа Д228И.

Известно, что заряд конденсатора в RC цепочке (на рис. 1 ~ конденсаторы С6, С7, С8 и резисторы R8, R12) происходит по экспоненциальному, т. е. нелинейному закону, но вблизи нуля эта зависимость близка к линейной, что и определяет питание генератора развертки высоковольтным напряжением.

Синхронизация генератора развертки осуществляется при подаче исследуемого сигнала, снимаемого с нагрузочного резистора R7 коллекторной цепи транзистора Т2, в цепь динистбра Д1 (через конденсатор С4). Диод Д2 предназначен для осуществления отсечки напряжения в цепи зарядного конденсатора (С6, С7 или С8) при подаче синхроимпульсов в цепь динистора генератора горизонтального отклонения луча.

Частоту генератора развертки можно изменять скачкообразно переключателем В1 и плавно переменным резистором R12 в пределах 0,5—5; 5—50 и 50—500 Гц. Фокусирование луча осуществляется переменным резистором R17, яркость свечения — резистором R18. В осциллографе предусмотрена возможность горизонтального и вертикального смещения луча переменными резисторами R11 и R13.

Блок питания осциллографа состоит из преобразователя напряжения на транзисторе ТЗ и двух выпрямителей — для питания электронно-лучевой трубки и питания транзисторов усилителя вертикального отклонения луча. Первый из этих выпрямителей собран на диодах Д4 и Д5 по схеме удвоения напряжения, снимаемого с высоковольтной обмотки III трансформатора Tpl, второй — однополупериодный на диоде Д3, выпрямляющий напряжение, снимаемое с обмотки II трансформатора, Нить накала электронно-лучевой трубки и сигнальная лампа Л2 питаются непосредственно от батареи Б1.

В блоке питания описываемого осциллографа использован трансформатор ТВС-70 (рис. 2) — выходной трансформатор строчной развертки телевизора с отклонением луча на угол 70°. Его высоковольтная катушка выполняет роль обмотки III, а часть анодной катушки (выводы 1—5) —роль обмотки II трансформатора Tp1 блока питания. Секция 5—6 анодной катушки и катушка, питающая нить накала высоковольтного кенотрона, не используются. Обмотка I намотана на свободном участке ферритового сердечника ТВС. Ее секция Iа содержит 50 витков, а секция 16 — 22 витка провода ПЭВ-1 0,3.

Подобным образом можно использовать в блоке питания и ТВС других типов, например TBC-110Л.

Источником питания (Б1) служит батарея, составленная из пяти аккумуляторов Д-0,25. Можно также использовать другие никель-кадмиевые аккумуляторы с номинальной емкостью 2,5—3 А-ч.

Транзисторы типа МП26 (Tl, T2) можно заменить транзисторами типа МП26А, МП26Б; П201 (Т3) —транзисторами типа П213—П217 с любым буквенным индексом. Внешний вид осциллографа показан на рис. 3, а детали корпуса и подставки — на рис. 4. Футляр образуют стаканообразная часть 2 трехлитрового пластмассового бидона, у которого горловина с ручкой отпилены, и пластмассовая коробка 5 с навинчивающейся крышкой 4. В дне бидона и крышке коробки прорезаны отверстия диаметром 80 мм для монтажного каркаса 3. Затем эти детали скреплены вместе тремя винтами МЗ с гайками. Если навернуть их на коробку 5, то получится футляр, в котором свободно разместятся электронно-лучевая трубка и другие детали осциллографа (кроме блока питания), смонтированные на цилиндрическом монтажном каркасе 3.

В донышке коробки 5 прорезано отверстие диаметром 60 мм для цокольной части трубки, которой она вставляется в ламповую панель, прикрепленную снаружи донной части коробки. Кроме того, в боковой стенке коробки просверлено 8 отверстий диаметром 8 мм, через которые проходят оси переменных резисторов и переключателей, и с противоположной стороны (снизу) еще пять отверстий для входных гнезд, проводников, идущих от блока питания, и крепления скобы шарнира футляра к стойке.

На передней части футляра укреплена светозащитная бленда 1, склеенная из плотной бумаги, а сверху — ручка для переноски.

Основанием 7, являющимся экранирующим футляром блока питания, служит алюминиевая кастрюля диаметром 180 мм, повернутая дном вверх. В ней просверлены отверстия для крепления стойки 6, выключателя пита ния ВЗ и глазка индикаторной лампы Л2. Снизу для устойчивости прикреплен массивный металлический диск.

Конструкция монтажного каркаса показана на рис. 5. В качестве каркаса 1 использован пластмассовый стакан диаметром 80 мм в верхней части и высотой 200 мм, на стенках которого смонтированы детали развертки и усилителя вертикального отклонения луча. Донную часть, в которой прорезано отверстие диаметром 60 мм, двумя винтами МЗ с гайками скрепляют с футляром, ламповой панелью 3 и защитным колпаком 4, склеенным из плотной бумаги. Спереди на каркас надето пенопластовое кольцо 2, уплотняющее посадку монтажного каркаса в футляре.

Ламповая панель может быть готовой или самодельной. Самодельная панель представляет собой диск, выпиленный из органического стекла или гетинакса толщиной 3—5 мм, с отверстиями для гнезд и направляющего ключа электронно-лучевой трубки. Гнезда можно согнуть из жести или листовой латуни.

Проверку работоспособности и нала-ж и в а н и е осциллографа целесообразно производить поблочно, начиная с блока питания.

Для проверки преобразователя блока питания выход высоковольтного выпрямителя нагружают резистором сопротивлением 2 МОм, включая его между точкой соединения диода Д5 с конденсатором С15 и заземленным проводником; выход второго выпрямителя нагружают резистором сопротивлением 10 кОм, подключив его параллельно конденсатору С13. Напряжение на конденсаторе С15, измеренное ламповым или транзисторным вольтметром, должно быть в пределах 400—500 В, на конденсаторе С14 800—1000 В (суммарное напряжение на обоих конденсаторах равно 12 000—15 000 В), на конденсаторе С13— в пределах 200—300 В, Разница в напряжениях на конденсаторах С14 и С15 объясняется тем, что в преобразователе напряжения работает один транзистор, из-за чего амплитудные значения напряжения обоих полупериодов не равны. При измерении вольтметром с относительным входным сопротивлением меньше 10 кОм/В напряжения будут несколько меньше (из-за шунтирования измеряемой цепи входным сопротивлением прибора). При значительно меньших напряжениях нужно будет подбирать резистор R20, заменив его на это время переменным резистором с номинальным сопротивлением 270—500 Ом. Если подбором сопротивления резистора не удастся увеличить напряжения на выходах выпрямителей, это укажет на необходимость замены транзистора типа П201 другим той же серии или транзистором типа П213. Затем вставляют электронно-лучевую трубку. После прогрева катода на ее экране должно появиться светящееся пятно, которое легко фокусируется переменным резистором R17, а при помощи резисторов R11, R13 может смещаться по горизонтали и вертикали.

Проверяя генератор развертки, нужно убедиться, что он при наибольшем сопротивлении переменного резистора R12 создает колебания частотой 0,5 Гц. Если частота больше, то несколько увеличивают емкость конденсатора С6. Соответственно, в случае необходимости, подбирают конденсаторы С7 и С8 при других положениях переключателя Частота (В1).

Во время проверки и налаживания усилителя вертикального отклонения луча надо исключить какие-либо случаи разрыва цепей смещения транзисторов T1 и T2. Даже мгновенное отключение базовых резисторов R2 и R6 при включенном питании приводит к немедленному пробою транзисторов.

Динистор можно заменить тиратроном типа МТХ-90, включив его по схеме, изображенной на рис. 6. В этом случае емкость конденсатора С4, через который в цепь генератора развертки подаются синхронизирующие импульсы, должна быть в пределах 20—47 пФ.

Тиратрон с держателем желательно вынести на козырек бленды прибора, что повысит эффективность знакомства обучаемых с процессами получения пилообразного напряжения в генераторах развертки. Так, при частоте развертки 0,5 Гц наблюдатель видит на экране трубки медленное перемещение светящейся точки по горизонтали.

Когда напряжение на конденсаторе (С6—С8) генератора развертки станет равным напряжению зажигания тиратрона, произойдет быстрый разряд конденсатора через тиратрон и возвращение луча в исходное положение.