Author: Новопольский В.А.
Tags: общее машиностроение технология машиностроения электрические и магнитные измерения радиоэлектронные аппараты осциллограф
ISBN: 5-256-01453-6
Year: 1999
Text
МРБ
Основана в 1947 году
Выпуск № 1231
В. А. НОВОПОЛЬСКИИ
РАБОТА
с ЭЛЕКТРОННО-
ЛУЧЕВЫМ
ОСЦИЛЛОГРАФОМ
Практический курс
Москва
"Радио и связь"
"Горячая линия — Телеком"
1999
ББК 31.221
Н74
УДК 621.217.75@76.5)
Новопольский в. А.
Н74 Работа с электронно-лучевым осциллографом.— М.: "Радио и
связь", "Горячая линия — Телеком", 1999.— 176 с: ил.
ISBN 5-256-01453-6
Рассмотрены принцип действия, устройство и методика работы
с электронно-л ученым осциллографом (ЭЛО). Приведены методики
измерения временных интервалов и оптимизации характеристик сиг-
налов. Отмечены особенности применения осциллографов при иссле-
довании транзисторных устройств различного назначения. Указаны
типичные неисправности и пути их устранения.
Для широкого круга радиолюбителей и специалистов, занимаю-
щихся настройкой и ремонтом радиоэлектронной аппаратуры.
По заказу 000 "Научно-техническая книга"
ВВК 31.221
ISBN 5-256-01453-6 © Автор, 1999
ПРЕДИСЛОВИЕ
В условиях развития и внедрения современных технических
средств в различные сферы деятельности человека в значи-
тельной степени возрастает роль осциллографической техники,
как наиболее универсального средства измерений.
Осциллограф, этот универсальный индикаторный прибор,
превратившийся в средство измерений с высокими метрологи-
ческими характеристиками, в руках умелого оператора стал не-
заменимым.
С его помощью производят визуальную настройку радиоап-
паратуры, определяют неисправность того или иного узла,
исследуют сравнительно медленно и быстро протекающие про-
цессы в различных цепях.
Осциллограф широко применяют в медицине и во многих
отраслях промышленности, весьма далеких от радиоэлектрони-
ки. Незаменимую помощь осциллограф может оказать и радио-
любителям при конструировании своей аппаратуры.
Однако работа с этим прибором имеет свои особенности.
В книге сделана попытка рассказать, как следует пользоваться
осциллографом, как работать с ним в различных условиях, как
обеспечить соблюдение правил измерения. Особое внимание
уделено исследованиям и проверке транзисторных устройств
различного назначения. Для грамотной эксплуатации оператор
должен ясно представлять устройство осциллографа универ-
сального применения, понимать взаимодействие работы его бло-
ков, уметь обнаружить и устранить неисправность.
Книга адресована прежде всего радиолюбителям, занимаю-
щимся конструированием аппаратуры и ее настройкой, а также
специалистам различных отраслей, встречающихся с осцилло-
графом впервые.
Автор признателен Б. Е. Редькину за ряд полезных советов
и замечаний, сделанных при рецензировании рукописи.
Глава 1
ОСЦИЛЛОГРАФЫ И ИНДИКАТОРЫ
1.1. НАЗНАЧЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА
Электронно-лучевой осциллограф — один из наиболее рас-
пространенных измерительных приборов. И это неудивительно:
он обладает исключительной наглядностью представления
исследуемых явлений, удобством и универсальностью. Наблю-
дение процесса на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)
дает работающему с прибором оператору информацию значи-
тельно большую, чем измерение отдельного параметра процес-
са, потому что форма электрического сигнала несет в себе
информацию о всех его параметрах.
Но возникают вопросы: как выбрать осциллограф для рабо-
ты с тем или иным радиотехническим устройством; какие могут
быть типичные неисправности, в каких местах они наиболее
часто встречаются и как их избежать; как измерить с помощью
осциллографа тот или иной сигнал с возможно большей точно-
стью; как по осциллограмме определить возможные источники
неисправностей?
Попробуем ответить на эти вопросы. Но сначала остановим-
ся на возможностях осциллографа. С соответствующими дат-
чиками, преобразующими неэлектрические величины (темпера-
туру, влажность, давление, скорость вращения и др.) в электри-
ческие сигналы, его применяют во всех отраслях народного
хозяйства. Осциллограф позволяет рассмотреть любые электри-
ческие процессы, даже если сигнал появляется в случайный
мол^^шт времени и имеет длительность несколько наносекунд
A0~® с). По изображению на экране ЭЛТ можно определить
амплитуду рассматриваемого сигнала в каждый момент времени
и длительность любого его участка, т. е. рассмотреть ход собы-
тия во времени, измерить длительность фронта импульса и спа-
да, неравномерность вершины импульса, рассмотреть отклоне-
ния формы сигнала от заданной, параметры модулированных
радиочастотных сигналов, коэффициент модуляции и степень
искажения модулированного сигнала. С помощью осциллографа
снимают амплитудные и фазовые характеристики различных
4
радиоустройств и производят другие комплексные измерения
в самом широком диапазоне частот. Появившиеся в последние
годы цифровые осциллографы открыли новые возможности
исследования сигналов благодаря запоминанию сигнала и его
последующей математической обработке с отделением сигналов
от помех, воспроизведению принятых и преобразованных сигна-
лов на печатающем,устройстве и т. д.
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОВ
По действующему ГОСТ осциллографы по назначению и
принципу действия разделяют на приборы универсальные, за-
поминающие, стробоскопические, скоростные и специальные,
в последние годы появилась группа цифровых осциллографов.
По числу наблюдаемых сигналов их делят на одно-, двух- и
многоканальные осциллографы. Такой многоканальности дости-
гают за счет применения коммутаторов лучей по два на вход-
ной канал, двухканальных электронно-лучевых трубок и реже
многолучевых трубок.
Универсальные осциллографы. Это приборы общего примене-
ния, предназначенные для наблюдения периодических и импульс-
ных сигналов. С их помощью можно регистрировать как одно-
кратные процессы, так и исследовать пачки импульсов, получать
одновременно изображение двух сигналов на одной развертке,
детально исследовать любую часть сложного сигнала и произ-
водить еще много других наблюдений.
Универсальные осциллографы делят на две группы: приборы
моноблочной конструкции и приборы со сменными блоками.
Моноблочные осциллографы общего назначения — наиболее
распространенный тип приборов, применяемый для конкретных
исследований и ремонтных работ. К ним относятся: малогаба-
ритные приборы С1-94, «Сага» (рис. 1.1,а), осциллограф ра-
диолюбительский ОР-1 (рис. 1.1,6), осциллограф-мультиметр
С1-112А (рис. 1.1,в), и к ним можно также отнести осциллогра-
фы С9-7, С1-73, С1-101, С1-107, а с другой стороны, и сложные
приборы, такие, как С1-65А, С1-92 (рис. 1.1,г), сверхширокопо-
лосный двухканальный С1-104 и др. Полоса пропускания таких
приборов от постоянного тока —до 500 МГц (С 1-104), диапазон
исследуемых сигналов по напряжению —от десятков микро-
вольт до сотен вольт. Среди моноблочных приборов имеются
осциллографы с автоматизацией процессов управления, что зна-
чительно ускоряет процесс измерений за счет автоматизирован-
ной установки масштабов, автоматической регулировки яркости
при переключении длительности развертки, знаковой индикации
на ЭЛТ, например, С1-78, С1-98.
Осциллографы со сменными блоками отличаются много-
функциональностью, достигаемой за счет применения сменных
блоков различного назначения. Примером такого осциллографа
мог служить ранее выпускавшийся прибор С1-70, состоящий из
базового и пяти сменных блоков различных усилителей и трех
блоков развертки. Для более современных базовых блоков
осциллографов С1-91, С1-122 и двухлучевого С1-115 была раз-
работана общая серия сменных блоков. На рис. 1.2 показан
базовый блок комплекта С1-122 и его сменные блоки. Базовый
блок имеет полосу пропускания оконечного усилителя X до
150 МГц.
Для упрощения процесса измерения и повышения точности
в схемах этих базовых блоков установлены специальные функ-
циональные генераторы, предназначенные для формирования
символов и знаков. Они непосредственно связаны со сменными
блоками усилителей и разверток. В верхней и нижней частях
экрана ЭЛТ появляются данные из трех информационных кана-
лов— значения амплитуды, длительности двух сигналов и раз-
вертки, а также обозначения их размерностей. Для увеличения
точности измерений к осциллографу придается специальный
Рис. 1.1. Моноблочные осциллографы:
а — универсальный малогабаритный «Сага»; б — радиолюбительский ОР-1; в ~ осцилло-
граф мультиметр С1>112А; г—широкополосный универсальный двухканальный моноблоч*
ный CI-92
Рис. 1.2. Базовый блок осциллографа С1-122 со сменными блоками:
/ — блок калибратора 2К11; 2—блок цифровой задержки Я4С-98; 5 —блок усилителя
Я4С-90; 4 —блок развертки Я4С'91; 5 —блок измерения Я4С-105; б—блок вольтметра
универсального Я4С-97; / — блок логического анализатора Я4С-110; в —блок анализато-
ра сигналов Я4С-122; 9, 10 — блок двухканального стробоскопического преобразователя
со смесителем на 12 ГГц Я4С-96; 11 — блок стробоскопической развертки Я4С-95, 12 — блок
задержки Я4С 102; 75— блок генератора перепада напряжения Я4С-89; 14, /5 — блок
двухканального стробоскопического преобразователя Я4С-100 со смесителем на 18 ГГц,
/<5 —блок стробоскопической развертки Я4С-101
блок ДЛЯ калибровки, позволяющий сохранять требуемую точ-
ность в течение всего времени эксплуатации прибора. В базовом
блоке расположены источники питания, оконечные усилители по
координатам X н Y, генератор знаков, органы управления лучом.
В базовый блок входят также коммутатор У, предназначенный
для коммутации подключения сменных блоков в каналах вер-
тикального отклонения и каналах синхронизации, коммута-
тор X, предназначенный для коммутации пилообразных напря-
жений разверток Л и £, а также для подключения сменных
блоков каналов вертикальных усилителей прибора в канал го-
ризонтального отклонения, усилитель Z для импульсов подсвета
и устройство управления коммутаторами.
Набор сменных блоков позволяет решать самые разнообраз-
ные измерительные задачи, например: проводить одновремен-
ное исследование четырех сигналов в полосе частот от О до
100 МГц с попеременной и одновременной работой каналов,
осуществляя режим одноканального и дифференциального уси-
ления с подавлением синфазной помехи в отношении 2000: 1
с двумя блоками Я4С-90, проверять четырехполюсники с по-
мощью блока генератора перепада напряжений Я4С-89 с дли-
тельностью фронта 50 ПС A ПС = 10-^2 с), проводить времен-
ные измерения с помощью цифровой задержки (блок Я4С-98),
исследовать статические характеристики полупроводниковых
элементов с блоком Я4С-92, исследовать периодические сигна-
лы в диапазоне частот от О до 18 ГГц (с блоками Я4С-100,
Я4С-101) и т. д. Для автоматизации и повышения точности
измерений до ±1,5 % за счет корректировки различных погреш-
8
ностей из-за нелинейностей, астигматизма и др. используется
блок Я4С-105 с микроконтроллером; многоканальный анализ
цифровых схем производится с помощью блока Я4С-110. Мик-
ропроцессорный блок Я4С-122 с программным управлением
содержит высокочувствительный усилитель, генератор разверт-
ки и аналого-цифровой преобразователь; совместно с базовым
блоком С1-122 он образует цифровой запоминающий осцилло-
граф с большим диапазоном возможностей вплоть до самообу-
чения. Всего в комплект входят 14 блоков серии Я4С.
Аналоговые запоминающие осциллографы. Эти осциллографы
основаны на применении запоминающих электронно-лучевых
трубок (ЗЭЛТ). Полоса этих приборов достигает 100 МГц при
скорости записи до* 4000 км/с. Диапазон исследуемых сигна-
лов— от десятков милливольт до сотен вольт.
Время воспроизведения записи изображения, т. е. время,
в течение которого на экране можно наблюдать однократно за-
писанное изображение, в различАых типах приборов колеблется
от 1 до 30 мин. При выключенных источниках питания запоми-
нающие осциллографы сохраняют изображение до 7 сут. Изо-
бражение восстанавливается после включения прибора в сеть.
Осциллографические ЗЭЛТ делятся на полутоновые, бистабиль-
ные и комбинированные. Полутоновые ЗЭЛТ позволяют полу-
чать самую высокую скорость записи, бистабильные — самое
большое время воспроизведения, комбинированные сочетают
достоинства как бистабильных, так и полутоновых ЗЭЛТ.
Схемы этих осциллографов позволяют ЗЭЛТ работать в раз-
личных режимах: обычного осциллографирования, с повышен-
ной яркостью при наблюдении сигналов с малой частотой сле-
дования, в обычном и форсированном режимах запоминания.
В форсированном режиме запоминаются сигналы, скорость про-
хождения которых пятикратно превышает реальную скорость
записи ЗЭЛТ, в режиме накопления — тоже, если скорость пе-
риодических сигналов также значительно выше скорости записи
ЗЭЛТ.
Стробоскопические и скоростные осциллографы. Сущность
стробоскопического преобразования состоит в том, что специ-
альной схемой создаются очень короткие строб-импульсы, ко-
торые при каждом периоде исследуемого сигнала продвигаются
вдоль него в направлении оси времени (рис. 1.3,а) и таким обра-
зом за определенное число периодов проходят исследуемый сиг-
нал полностью. Частота повторения строб-импульса несколько
отличается от частоты повторения исследуемого сигнала, поэто-
му каждый последующий строб-импульс сдвинут относительно
начала сигнала на отрезки времени О, А/, 2Д/, ЗД/ и т. д. (:А/ —
шаг считывания, во много раз меньше длительности исследуе-
мого периода). В результате строб-импульс «ощупывает» иссле-
дуемый сигнал по точкам и за n=T/At строб-импульсов сигнал
II к
Лч Л- f^ А л
&
^
JS^
K'^""^'K"^^""K'"'Tv'--'-7K^^^^^
\^
в)
г)
Рис. 1.3. Эпюры напряжений, поясняющие принцип работы стробоскопическо-
го осциллографа:
а — напряжение сигнала; б — строб-импульсы; в — расширенные импульсы; г — изобра<
жение исследуемого сигнала (Г — время изображения)
Просматривается полностью (рис. 1.3,6). Сигнал и строб-импуль-
сы подводятся к специальному устройству — смесителю. Ампли-
туда строб-импульсов, прошедших через смеситель, пропорцио-
нальна мгновенному значению амплитуды исследуемого сигнала
в момент прохождения строб-импульса через схему преобразо-
вания. Дальше эти импульсы усиливаются и расширяются и
выделяется огибающая исследуемого сигнала (рис. 1.3,в). При
этом сигнал растягивается во времени во много раз A0—
10 000) и во столько же раз уменьшается скорость его измене-
ния, а следовательно, пропорционально уменьшается и верхняя
граничная частота, необходимая для передачи этого сигнала.
В результате появляется возможность изучать высокочастотные
сигналы на низкочастотном приборе. Исходный сигнал выде-
ляется с помощью фильтра нижних частот, накопительных
емкостных схем или с помощью усилителя-расширителя.
Для данной схемы уровень шумов jio сравнению с имеющим-
ся в реальной цепи уменьшается в ^п раз, что еще больше рас-
ширяет возможность стробоскопического метода для исследо-
вания слабых сигналов (л —число выборок в секунду).
Стробоскопические осциллографы являются самыми чувстви-
тельными широкополосными приборами. Их применяют для
изучения периодических сигналов нано- и пикосекундного диа-
пазонов длительностей с эквивалентной полосой пропускания
от постоянного тока до десятков гигагерц, при уровнях сигналов
от единиц милливольт до единиц вольт.
Скоростные осциллографы предназначены для регистрации
однократных и повторяющихся сигналов в полосе до единиц
гигагерц. Исследуемый сигнал подается непосредственно на
сигнальную отклоняющую систему ЭЛТ, построенную по прин-
ципу бегущей волны и позволяющую исключить влияние време-
10
Рис. 1.4. Внешний вид скоростного осциллографа С7-19. Подача сигнала про-
изводится на разъем с левой стороны прибора
ни пролета электронов через пространство отклоняющих пла-
стин, за счет чего увеличивается широкополоеность. Сигнальный
вход таких осциллографов — коаксиальный, со входным сопро-
тивлением 50 Ом. В последних моделях (С7-19, рис. 1.4) при-
менена квадрупольная фокусировка системами магнитных линз,
которая позволяет увеличить скорость записи за счет лучшей
фокусировки. Но главное, за счет чего удается довести скорость
записи до 250 000 км/с —это применение ЭЛТ с микроканаль-
ными усилителями. Такая микроканальная шайба (рис. 1.10)
состоит из многих тысяч тонкостенных трубок диаметром 1,5—
2 мкм, внутренняя поверхность которых путем напыления по-
крыта слоем, способным при пЬпадании на него электрона излу-
чать вторичные электроны, усиливающие общий потбк электро-
нов примерно до 1000 раз.
Цифровые осциллографы. В последние годы большое и во
многих случаях решающее значение приобретают цифровые
осциллографы. Цифровое преобразование принципиально изме-
няет самую сущность методов изучения сигнала. Осциллограф
превращается в устройство, запоминающее сигнал, преобразую-
щее его в цифровую форму, удобную для дальнейшей обработки
и сохранения, и обратно преобразующее сигнал в аналоговую
форму — для индикации.
В настоящее время происходит вытеснение аналоговых
осциллографов цифровыми. Возможны комбинации аналоговых
н цифровых приборов в общем блоке, например С1-131. Однако
аналоговые осциллографы сохраняют свое значение как сервис-
ные малогабаритные приборы, с одной стороны, и как средства
исследования сверхскоростных процессов с другой.
Пример такого преобразования — усреднение сигнала из
шумов (сигнал запоминается много раз, а уровни шумов
11
меняются); внесение корректирующих поправок в сигнал,
искаженный несовершенством испытательного оборудования
пли небольшими рассогласованиями сопротивлений; автома-
тическое масштабирование и преобразование шкал для удоб-
ного наблюдения сигнала, например, при возникновении
преобразования изображения в логарифмическую шкалу частот
и т. д. Измерение любого параметра сигнала практически сво-
дится к составлению программы. При исследовательских рабо-
тах предусматривается режим обучения, позволяющий прово-
дить отладку и коррекцию программы. Подробнее о цифровых
осциллографах см. § 8.5.
Осциллографы специального назначения. Промышленностью
выпускаются осциллографы специального назначения: для
исследования телевизионных сигналов, имеющие счетно-фази-
рующее устройство и позволяющие исследовать любую часть
телевизионного сигнала с высокой временной стабильностью
(С9-1); многоканальные индикаторы для медицинских целей,
осциллографы с матричными экранами и др. Поскольку наи-
большее распространение получили осциллографы широкого
применения и универсальные, то ниже будет рассмотрена мето-
дика их применения для исследования различных транзистор-
ных схем.
1.3. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ОСЦИЛЛОГРАФОВ
Простой осциллограф общего применения С1-94. На рис. 1.5
представлена структурная схема осциллографа общего приме-
нения С1-94. Эта схема общая для целого ряда приборов такого
класса: «Сага», «Ор-1» и др. Назначение основных блоков сле-
дующее. Канал вертикального отклонения (ось У)
усиливает или ослабляет исследуемый сигнал (рис. 1.5,а) до
значения, удобного для рассмотрения на экране ЭЛТ (рис. 1.5,6),
Канал состоит из входного делителя с частотной компенсацией,
предварительного усилителя, усиливающего сигнал, линии за-
держки и оконечного усилителя К, преобразующего сигнал
в симметричный для подачи его на пластины. Линия задержки
нужна для того, чтобы задержать приход оконечного сигнала
на время, необходимое для срабатывания генератора развертки
и усилителя X, так чтобы горизонтальное движение луча по
экрану трубки начиналось прежде поступления усиленного сиг-
нала на вертикально отклоняющие пластины. Это позволяет на-
блюдать передний фронт сигнала (сдвиг между MOMentaMH^i и ^г)
(рис. 1.5,6). В простых осциллографах, таких, как «Сага», линия
задержки отсутствует и в нем даже калибрационный импульс
просматривается у самого края шкалы трубки (см.рис.2.13,6),
но это для периодических сигналов несущественно. Время, не-
обходимое для запуска развертки и подсвета прямого хода луча,
для большинства осциллографов не превышает 0,15 мкс, поэто-
L2
му задержка 0,25 мкс, как правило, обеспечивает возможность
рассмотрения фронта сигнала. В канал вертикального отклоне-
ния входит усилитель синхронизации, который усиливает часть
исследуемого сигнала и передает его для запуска развертки.
Канал горизонтального отклонения обеспечи-
вает синхронное с исследуемым сигналом напряжение для соз-
дания оси времени на экране ЭЛТ. Это напряжение имеет пило-
образную форму (рис. 1.5,г) с высокой степенью линейности.
Начало этого «развертывающего» напряжения — синхронизации
или запуска — производится короткими запускающими импуль-
сами, создаваемыми триггером синхронизации (рис. 1.5,в). Гене-
ратор развертки создает линейно нарастающее напряжение. Ско-
рость изменения этого напряжения регулируется ручкой Вре-
мя/дел. Напряжение развертки поступает на оконечный усили-
тель Ху который преобразует напряжение развертки в симмет-
ричное (рис. 1.5,C) и усиливает его до значения, необходимого
для требуемого масштаба изображения во времени. Положи-
тельно нарастающее пилообразное напряжение подается на пра-
вую отклоняющую пластину ЭЛТ, а отрицательное — на левую.
В результате луч по экрану трубки проходит слева направо за
определенное время, установленное количеством делений шка-
лы. Эти деления (масштаб измерения времени) могут быть сан-
тиметровыми, а также составлять 8 и 6 мм. При переключении
синхронизации в режим непрерывных колебаний обеспечивается
автоколебательный режим работы развертки.
Прямоугольный импульс подсвета луча гене-
рируется в схеме генератора развертки и подается на модулятор
трубки. Длительность его должна совпадать с длительностью
нарастающей части пилообразного напряжения. Назначение
этого импульса (рис. 1.5,г) —отпирать трубку во время прямого
хода луча.
В состав осциллографа входят калибраторы амплитуды и
времени, предназначенные для калибровки масштабов отклоне-
ния вертикального и горизонтального каналов и источники пи-
тания—низковольтный со стабилизацией напряжения и высо-
ковольтный преобразователь для питания ЭЛТ. В состав прибо-
ра входят также выносные пробники-щупы 1 : 1 для подведения
исследуемых сигналов без искажений и 1 : 10 — делитель высо-
ковольтного сигнала. Их применение рассматривается ниже.
Разберем два осциллографа широкого применения: простой
С1-94 и сложный С1-92. С помощью обоих этих приборов можно
рассматривать импульсные и периодические сигналы с ампли-
тудами от 20 мВ до 200 В и длительностями до 0,1 мкс до 0,5 с.
Малогабаритность С1-94 (масса прибора менее 3,5 кг) позволяет
использовать его в службах ремонта радиоаппаратуры, радио-
любителями и в учебных заведениях. Схема содержит: 173 со-
противления, 59 конденсаторов, 16 диодов и 49 транзисторов.
13
'ДВЛ 0,2
ш
'^^ s^'^JiOy
0,1
\о,05
JOfOl
^OjOl
Входной
делитель
Предбари-
тельный
усилитель
/<али^-
ратор
и
вндтр.
Внеш
Запуск
==и
\В2
Усилитель
сигналоб
синхрони-
зации
УроВеиь
+ |л1
Ж
Y^DuHua Т
'TaadepmxiK
Формирова-
тель
импульс об
лодсбета
Триггер
синхрони-
зации
р.
I
I
I Ждищ.
I
Схема
запуска
Схема
блокиробки
8}
Рнс. 1.5. Структурная схема осциллографа
Почти такое же число элементов имеет и осциллограф «Сага».
Двухкан^льный осциллограф С1-92 имеет намного большие
измерительные возможности (он позволяет рассматривать сиг-
налы до 20 не). Схема содержит: 1117 сопротивлений, 456 кон-
денсаторов, 134 диода и диодных сборки, 230 транзисторов,
27 микросхем и свыше 400 разъемов. Такой прибор обеспечи-
вает одновременное изображение двух сигналов — всей формы
14
-4^-QO ©
Cer77t
Время/дел
общего применения С1-94
сигнала на основной развертке, детальное исследование любой
части сигнала при помощи задержанной развертки и др. Но при
этом в структурных схемах С1-94 и С1-92 много общего.
Двухканальный широкополосный универсальный осциллограф
С1-92. Структурная схема (рис. 1.6) отличается от схемы на
рис. 1.5 введением второго усилительного канала, совершенной
15
р
Вход
У1 |_/
Входной
делитель
канала!
Предвари -
тельиый
усилит? ель
канала 1
Устройстдо управле-
ния режимами работы
вертикальноео mpamja
Вход
о
т
Входной
Предвари -
тле льны а
усилитель
канала Ж
Вход
синхро-
низации
Г'
-0 —
развертки
А
Вход
синхро -
низации
■е
развертки
Устройство]
.переклнл/е'
\ния сигналов
синхрона -
заиии раз-
вертки А
Предвари-
тельный
исилитель
внутренней
\синхрснизации
устройство
переключе-
ния сигна -
лов синхро-
низации
развертка Б
Синхрониза-
тор развер-
тки А
Синхрониза-
L^ тор развер-
тки Б
Комму та- h—
тор :<ана -
лоЗ
Коммута-
тор синхро-
иизации
Пенератор
раъвертки
А
U
ht
Генератор
развертки
Б
I
I Устройство запуска и срормирования
упилоодразного напряжения \
Рис. 1.6. Структурная схема двухканального широкополосного универсального
схемой двойных разверток и другими узлами, повышающими
универсальность прибора.
Устройство управления режимами работы вертикального
тракта предназначено для обеспечения режима работы комму-
татора (канал /, канал //, поочередное переключение каналов
с независимой частотой и суммирование), выбора сигналов син-
хронизации, переключения полосы пропускания (со 100 МГц на
20 МГц с одновременным повышением чувствительности
с 5 мВ/дел до 2 мВ/дел) и изменения полярности сигнала в ка-
нале //.
Коммутатор каналов служит для обеспечения одноканаль-
ного и двухканального режимов работы прибора, коммутатор
16
ный источ-
ник пита-
ния
ВисокобольА
тншй ист/щ
ник пита
иия
осциллографа С1-92
синхронизации обеспечивает внутреннюю синхронизацию одной
из разверток сигналами канала / или канала // в одноканаль-
ном режиме и внутренней синхронизации разверток Л и i5
в двухканальном режиме.
Устройство запуска и формирования пилообразного напря-
жения предназначено для запуска генераторов А yl Б синхронно
с исследуемым сигналом, а также для создания временных
Р^^^^ИЖ4^ ^ "^ экране ЭЛТ.
^Hd?ESr?::sj(iepe^^ сигналов синхронизации развер-
'i^'^:/^ 1^ Б j[io^^^si}OT выбирать: вид синхронизации (от сети,
^вйцним йлй иссл^уемым сигналом), полярность синхрониза-
Ч.
17
^''*V<
ции, включать делитель синхронизации A : 10), режим генера-
тора развертки (автоколебательный, ждущий, однократный).
Коммутатор развертки А и Б обеспечивает одновременное
наблюдение на экране ЭЛТ двух сигналов с разными времен-
ными масштабами в двухканальном режиме работы коммута-
тора.
Устройство управления режимами работы горизонтального
тракта коммутирует каналы и обеспечивает вид синхронизации,
установленный оператором, подключает поочередно развертки А
и Б к каналу X, формирует импульс подсвета специальной фор-
мы для подсвета прямого хода развертки А и яркостной метки
на время работы задержанной развертки 5, формирует импульс
гашения луча на экране ЭЛТ в момент переключения каналов
с независимой частотой, обеспечивает чередование импульсов
подсвета прямого хода развертки синхронно с подключением
разверток А и Б в поочередном режиме коммутатора и чередо-
вание импульсов подсвета прямого хода развертки А и подсвета
прямого хода задержанной развертки Б синхронно с поочеред-
ным подключением разверток к каналу X.
Калибратор амплитуды и времени выдает на выходе поло-
жительные импульсы прямоугольной формы амплитудой 0,6 В,
частотой 1 кГц и скважностью 2.
Структурные схемы аналоговых запоминающих осциллогра-
фов по сути не отличаются от незапоминающих, они имеют не-
сколько дополнительных узлов для управления ЗЭЛТ.
1.4. ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ТРУБКИ |ЭЛТ|
Общие принципы построения ЭЛТ. В осциллографических
устройствах применяются ЭЛТ с электростатическими фокуси-
ровкой и отклонением луча. Электронно-лучевые трубки — это
сложный электровакуумный прибор, состоящий в основном из
трех главных частей: источника потока электронов, системы их
фокусировки и системы управления лучом.
Источником потока электронов (луча) является оксидный
катод. Эмиттирующая поверхность катода имеет круглую форму
малого диаметра, что способствует получению тонкого и сим-
метричного относительно оси электронного пучка. Нить подогре-
вателя катода 1 свертывается бифилярно, чтобы магнитное поле,
создаваемое током подогрева, не влияло на электронный поток
(рис. 1.7).
Катод помещен внутри цилиндра с центральным отверстием,
называемым управляющим электродом или модулятором 2. На
цилиндр подается отрицательный по отношению к катоду по-
тенциал; значение его позволяет менять плотность луча электро-
нов, а следовательно, и яркость луча на экране.
18
Рис. 1.7. Основные часги ЭЛТ
Фокусировку луча и начальное ускорение электронов по пути
к экрану обеспечивают две электростатические линзы. Такие
линзы создаются электростатическими полями между модулято-
ром и первым анодом 5 (первая линза) и между первым и вто-
рым анодами (вторая линза). Второй анод 4 —это главное
устройство фокусировки — находится около отклоняющих пла-
стин и собственно этот электрод обеспечивает фокусировку
луча. Далее идет третий узел трубки — отклоняющие пласти-
ны 5 и 6. После них расположен послеускоряющий анод 7, уве-
личивающий яркость луча. На рис. 1.8,а* показан внешний вид
ЭЛТ типа 8Л07И, примененной в осциллографе «Сага» (слева),
и ЭЛТ 8Л06И — в осциллографе С1-112, а на рис. 1.8,6 дана
схема цоколевки трубки 8Л07И.
Отклонение луча прямо пропорционально осевой длине
отклоняющих пластин и расстоянию от них до экрана и обратно
пропорционально расстоянию между пластинами и анодному
ускоряющему напряжению.
Ближайшая к катоду пара пластин, на которую подается
исследуемое напряжение, называется вертикально отклоняющи-
ми пластинами (по оси К), а следующие за ними пластины —
горизонтально отклоняюи^ими (по оси X), на них подается на-
пряжение развертки. Для получения высокой чувствительности
скорость движения электронов на участке отклонения должна
быть низкой. Но при этом уменьшается яркость свечения экра-
на 12, поэтому для сохранения яркости электроны нужно до-
полнительно разогнать с помощью ускоряющих электродов,
расположенных за отклоняющими пластинами.
Система ускорения электронов после отклонения (ее назы-
вают система послеускорения) бывает различной: например,
в виде спирали из графитовой смеси, один вывод которой со-
единяется с анодом, а второй — с экраном, или более современ-
ным способом —на пути луча помещают куполообразную ме-
* Нумерация электродов здесь и далее приведена в соответствии с пас-
портом на трубку.
19
Рис. 1.8. Внешний вид ЭЛТ 8Л07И в ос-
циллографе «Сага» (слева) и ЭЛТ 8Л06И
в осциллографе СЫ12 (а) и схема цока-
левки ЭЛТ 8Л07И (б):
/, 13 — подогреватель; 2 ~ катод; 3 — модулятор;
5. 9 — первый и второй аноды; 7, 8 — сигнальные
пластины У/. Y2', 10, И — временные пластины
Х2, XI; /2 —экран
таллическую сетку, а на баллон трубки наносят токопроводя-
щее покрытие. Большая разность потенциалов, приложенная
между сеткой и токопроводящим покрытием, создает сильное
электростатическое поле, которое кроме ускорения луча допол-
нительно отклоняет его, увеличивая общую чувствительность
отклонения.
Электронно-лучевые трубки изготавливают с экраном диа-
метром от 3 до 23 см. Угол отклонения луча равен 12—18^
В осциллографах чаще всего применяются экраны ЭЛТ с лю-
минофором на основе сульфида цинка и кадмия, имеющих зе-
леное свечение и среднее время послесвечения (Ю""^—10""^ с).
В ЭЛТ с длительным послесвечением применяют экраны с не-
сколькими слоями люминофора различного состава. Для уве-
личения четкости изображения слой люминофора в ЭЛТ покры
вают (как и в кинескопах) слоем алюминия, что повышает
яркость и контрастность изображения.
Характеристики ЭЛТ,
Разрешающая способность ЭЛТ — это мера различения де-
талей изображения, она равняется диаметру светового пятна и
составляет для большинства трубок 0,5—1 мм. В ЭЛТ с воло-
конной оптикой диаметр луча в центре экрана имеет 0,2 мм при
высокой яркости. В этих трубках экран создается из большого
числа стеклянных волокон, скрепленных боковыми частями друг
Рис. 1.9. Схема увеличения коэффициента отклонения ЭЛТ с послеускоряю-
шнм электродом в виде спирали (а), с тонкодисперсной сеткой (б) и труб-
ка (в) с сеткок б
с другом. Такие ЭЛТ применяют в скоростном осциллографе
Диапазон рабочих напряжений. Напряжения на электроды
ЭЛТ снимаются с делителя напряжения, подключенного к вы-
соковольтному источнику. Для большинства трубок на второй
анод подается положительное относительно катода напряжение
800—3000 В, а на фокусирующий анод (первый) —от 0,2 до 0,5
указанного значения. Запирается ЭЛТ отрицательным относи-
тельно катода напряжением.30—90 В, причем запирающее на-
пряжение возрастает с ростом напряжения на первом аноде.
Увеличение напряжения накала выше номинального F,3 В)
резко снижает срок работы трубки. Катод ЭЛТ обычно нахо-
дится под большим отрицательным потенциалом по отношению
к земле.
Для осциллографов, применяющихся в физических, ядерных
исследованиях особенно важна такая характеристика, как ско-
рость записи, т. е. максимальная скорость перемещения луча,
которая еще может фиксироваться на фотопленке @,1 плотно-
сти потемнения пленки над плотностью вуали).
Скорость записи зависит от яркости, степени уменьшения
изображения, светосилы объектива, светочувствительности плен-
ки, режима трубки и т. д.
Коэффициент отклонения — это отклонение электронного
пятна на экране при приложении к отклоняющей системе по-
стоянного напряжения 1 В. Коэффициент отклонения ЭЛТ по
осям Y я X определяет требования к усилителям каналов вер-
21
Рис. 1.10. Устройство микроканального умножителя:
а — эскиз устройства; б — разрез шайбы МКУ; / — шайба микроканального умножителя;
2 — экран ЭЛТ; 3 — изображение на экране; 4 — внутреннее покрытие; 5 ~ ход электро-
нов на входе и на выходе; 6 — каналы; 7 — люминофор; 8 — экран
тикального и горизонтального отклонения. Значение коэффи^
циента отклонения колеблется в больших пределах от 0,15 до
2 мм/В. Поскольку вертикально отклоняющие пластины нахо-
дятся ближе к аноду, то их чувствительность на 15—20 % выше,
чем горизонтально отклоняющих пластин.
Для увеличения коэффициента отклонения и яркости исполь-
зуют различные системы. Для повышения коэффициента откло-
нения при сохранении яркости луча применяют послеускоряю-
щие аноды, расположенные за отклоняющими пластинами.
Такой анод может иметь вид кольца из графитовой смеси
(аквадага), но из-за того, что он вносит некоторые искажения,
послеускоряющий электрод выполняют в виде спирального со-
противления из того же аквадага на 50—300 МОм. Один конец
спирали соединяется со вторым ускоряющим анодом, а на дру-
гой конец подается напряжение послеускорения (рис. 1.9,а).
В современных трубках для улучшения формы полей и усиле-
ния их действия на луч применяют еще специальные тонкострук-
турные металлические выпуклые сетки (рис. 1.9,6), которые
помещают между пластинами и проводящим покрытием колбы
(рис. 1.9,в). Особенный выигрыш в скоростных ЭЛТ дает при-
менение микроканальных умножителей. Такие умножители со-
стоят из огромного числа микроэлектронных каналов (трубок
диаметром в несколько микрометров), изготавливаемых из ди-
электрика, внутренняя поверхность которых покрыта полупро-
водящим материалом с коэффициентом вторичной эмиссии боль-
ше единицы (рис. 1.10). Влетающий электрон выбивает вторич-
ные электроны, что во много раз увеличивает яркость луча,
а следовательно, позволяет снизить энергию электронов
в области отклонения, уменьшить зазор между отклоняющими
пластинами и значительно увеличить чувствительность,
22
Рис. 1.11. Прохождение луча меж-
ду отклоняющими HviacTHHaMn при
равенстве периода рассматривае-
мого сигнала и времени пролета
электронов вдоль пластин:
/ — пластины У; 2 — форма напряже-
ния на пластинах Y; 3 — луч не откло-
няется
Граничная частота. Выше этой частоты сигналы, поданные
на пластины ЭЛТ, не дадут изображения. На граничную часто-
ту влияют емкость отклоняющих пластин и время пролета элек-
тронов между ними. Каждая пара отклоняющих пластин пред-
ставляет собой конденсатор, емкость которого колеблется от
1 до 12—15 пФ, поэтому с повышением частоты входного сигна-
ла до десятков и сотен мегагерц эта емкость начинает искажать
форму сигнала. При граничной частоте за первую половину
периода луч будет отклоняться, а за вторую половину возвра-
щаться на исходную позицию (рис. 1.11), т. е. коэффициент
отклонения станет почти равен нулю. Для трубок с обычной
конфигурацией пластин длиной 1,5—2 см и при напряжении вто-
рого анода 1,5—2 кВ граничная частота будет примерно равна
150 МГц. Дальнейшее повышение исследуемых частот дости-
гается применением в ЭЛТ вертикально отклоняющих систем
с распределенными параметрами или с системой бегущей вол-
ны, расширяющими верхний предел исследуемых частот до
3000 МГц (см. рис. 1.13). В ЭЛТ 10ЛО105А (осциллограф
С7-19) полоса частот достигает 5000 МГц.
Рабочая часть экрана — это та часть, в пределах которой га-
рантируются все технические характеристики осциллографа.
Практически для ЭЛТ 17Л01И (осциллограф С1-92) размеры
экрана составляют 100X120 мм, для ЭЛТ 8Л06И —40X60 мм
(осциллограф С1-112), для прямоугольной трубки двухлучевого
осциллографа 16Л02И размер экрана для каждого луча не ме-
нее 40X100 см и т. ц.
Обозначения ЭЛТ. Первое число обозначения ЭЛТ опреде-
ляет ее диаметр в сантиметрах E, 8, 13 и т. д.); буква Л —
электростатическая с электростатическим отклонением; буква
О —с электростатщеской фокусировкой. Следующее число свя-
зано с порядковым номером разработки, а последняя буква
обозначает цвет свечения экрана, длительность послесвечения и
структуру экрана: покрытие типа И имеет зеленое свечение
средней продолжительности (это покрытие наиболее благопри-
ятно для визуального наблюдения процессов с частотой повто-
рения свыше 10 Гц), покрытие типа А имеет голубое свечение
малой продолжительности (это покрытие наиболее благоприят-
23
i h
Ilk
d 1
a)
Рис. 1.12. Искажения изображений на экране ЭЛТ из-за появления дисторсии:
а — подушкообразные; б >— бочкообразные
НО ДЛЯ фотографирования процессов с экрана ЭЛТ), покрытие
типа В имеет длительное послесвечение (порядка нескольких
секунд) и лучше всего подходит для визуального наблюдения
процессов с малой частотой повторения и т. д.
Искажения изображения в ЭЛТ могут искажать форму
исследуемого сигнала и таким образом приводить к неправиль-
ной его оценке. Эти искажения можно разделить на три группы:
аберрация, дисторсия и астигматизм. Для того чтобы пятно
имело наименьшие размеры и геометрически правильную фор-
му, фокусирующая система должна быть строго симметричной
по отношению к оси ЭЛТ. Практически же из-за кривизны
экспоненциальных поверхностей фокусирующего поля электро-
ны, находящиеся на краю луча, испытывают большее отклонение,
чем те, которые находятся ближе к оси, и в результате очерта-
ния пятна размываются. Этот вид искажений называют сфери-
ческой аберрацией. Во всех трубках существует явление
астигматизма, заключающееся в искривлении формы пятна. При
этом оптимальная фокусировка по двум взаимно перпендику-
лярным осям может быть достигнута при различных положе-
ниях ручки фокусировки. Если при отклонении луча от центра
по радиусу коэффициент отклонения изменяется неравномерно,
то происходит искажение поля (дисторсия). Если по мере уве-
личения радиуса коэффициент отклонения увеличивается, изо-
бражение квадрата становится подушкообразным (рис. 1.12,а),
если уменьшается, то появляются бочкообразные искажения
(рис. 1.12,6). Для уменьшения всех этих искажений вводится
отдельная регулировка астигматизма, проводится подбор сред-
него потенциала каждой пары пластин, тщательный монтаж и
экранировка.
Специализированные ЭЛТ. К ним относятся двух-
лучевые ЭЛТ, имеющие две отдельные системы электронных
пушек. Отклоняющие системы иногда имеют отдельные выводы
для двух отдельных генераторов развертки, но чаще всего обе
24
Рис. 1.13. Схема системы отклонения типа бегущей волны высокочастотной.
ЭЛТ 13ЛО102М:
а — эскиз конструктивного выполнения; б —• схема движения электрона; / — вход; 2 —
выход; 5 —след луча; <# ~ заземленная пластина; 5 —экран; б — низ спирали; 7 — низ
экрана; 8 — Электронный луч (ось Z); / — рассчитанное расстояние между входом и вы-
ходом
системы отклоняющих пластин йитаются от общего генератора
развертки. Регулировка яркости и фокуса производится отдель-
но для каждой пушки.
Высокоскоростные ЭЛТ. Вводы их пластин выполне-
ны в виде коаксиальных линий. Исследуемый сигнал подается
на отклоняющие пластины ЭЛТ через один коаксиал, а другой
коаксиал нагружается на сопротивление, равное волновому.
В такой отклоняющей системе бегущей волны электронный луч
проходит между одной пластиной, в качестве которой служит
плоская сторона экрана, и второй — нижняя сторона металли-
ческой ленты — спираль, которая служит отклоняющим элемен-
том (рис. 1.13). В этих системах время пролета перестает вы-
зывать искажения изображения — оно как бы перестает влиять
на луч, и поскольку каждый виток спирали действует на элек-
троны луча в одном направлении, то общая чувствительность
к отклонению будет повышена. В скоростной ЭЛТ типа
10ЛО105А прибора С7-19 применена система жесткой фокуси-
ровки и управления триплетом квадрупольных линз, предназна-
ченная для фокусировки луча ЭЛТ и для улучшения ее разре-
шающей способности. Квадрупольная линза состоит из четырех
магнитных полюсов, расположенных симметрично на кольцевом
экране. На каждом полюсе помещена катушка, задающая маг-
нитный поток. Питание катушек от источника постоянного тока
происходит таким образом, что противоположные полюса имеют
одинаковую полярность, а соседние — разную.
В квадрупольных линзах основные составляющие магнитно-
го поля направлены поперек движения электронов, поэтому их
называют линзами с жесткой фокусировкой. Таких квадруполь-
25
Рис. 1.14. Тройная система
квадрупольных линз жесткой
фокусировки ЭЛТ 10ЛО105А:
1—3 — первая, вторая и третья лин-
зы; 4 — октупольная линза для
компенсации искажений; 5 ~ уст-
ройство юстирующее; 6 — башмак;
7 -- держатель; 8 — упор; 9 — линза
ных систем три. Первая и третья линзы (рис. 1.14) расположе-
ны так, что их плоскости фокусировки совпадают с плоскостью
горизонтального отклонения луча, плоскость фокусировки вто-
рой линзы совпадает с плоскостью вертикального отклонения.
Линза / и линза 2 располагаются в области отклоняющей
системы. Линза 3 выполняет роль послеотклоняющей системы
и помещается между отклоняющей системой и Х-пластинами.
Для компенсации искажений (дисторсий), свойственных всем
ЭЛТ с послеотклонением, применена специальная октупольная
линза 4, состоящая из восьми полюсов и установленная в зоне
действия послеускоряющей спирали.
Такая фокусировка и шайба с микроканальными усилителя-
ми обеспечивают уверенную скорость записи не ниже
250 000 км/с.
Запоминающие ЭЛТ (ЗЭЛТ). В таких трубках, на-
зываемых также потенциалоскопами, имеется диэлектрическая
мишень, и запись электрических зарядов производится на по-
верхности мишени, находящейся на металлической подложке
(сигнальной пластине). Запись осуществляется при помощи
электронного луча, пробегающего элементы мишени, причем ко-
личество заряда, нанесенного на данный элемент поверхности
мишени, пропорционально току этого луча.
По принципу действиия ЗЭЛТ делят на три основные груп-
пы: полутоновые, бистабильные и комбинированные.
26
'I 11
"TiTX
-J II TT I
ID
1
Pnc. 1.15. Устройство запоминающей полутоновой ЭЛТ:
а — расположение выводов; б — эскиз устройства; ВП — воспроизводящий прожектор;
ВЛ — воспроизводящий луч; ЗП — записывающий прожектор; ЗЛ — записывающий луч;
К — коллекторная сетка; / — мишень; Э —экран; //, /К—накал воспроизводящего про-
жектора; ^2 —второй анод; /, / — накал записывающего прожектора; 3 —катод; 4 —
первый анод; 6 — модулятор
, В полутоновых ЗЭЛТ электрические сигналы преображаются
в видимое изображение, яркость которого в каждой точке про-
порциональна току записывающего луча и имеет его градации,
а в бистабильных трубках электрический сигнал имеет только
два тона — светлый и темный. Каждый из этих видов имеет
свои преимущества. Полутоновая ЗЭЛТ имеет дополнительные
устройства: мишень /, коллекторную сетку К и воспроизводя-
щую пушку (рис. 1.15). В обычном режиме в этой трубке рабо-
тает только основная электронная пушка (записывающая), фо-
кусировка и отклонение луча производится так же, как и
в ,обычной ЭЛТ.
Запоминание осуществляется специальной мишенью, распо-
ложенной около экрана Э. Эта мишень состоит из густой метал-
лической сетки (около 10 000 ячеек на 1 см^) и слоя диэлектри-
ка, способного излучать большое количество вторичных элек-
тронов при попадании на него электронного луча. Между сеткой
и диэлектриком проложена тончайшая изолирующая проклад-
ка, препятствующая попаданию выбитых электронов на сетку.
Благодаря этой прокладке сетка и слой диэлектрика образуют
подобие конденсатора. В непосредственной близости от мишени
располагается коллекторная сетка. Записывающий луч состоит
из быстрых электронов и воспроизводит форму сигнала, пробе-
гая по диэлектрику мишени, выбивая вторичные электроны и
оставляя положительно заряженные участки. Если теперь вклю-
чить воспроизводящий прожектор, то его медленные электроны
могут проникнуть через положительно заряженные участки, они
ускоряются большим положительным зарядом алюминизиро-
ванного экрана и, ударяясь о люминофор, вызывают его свече-
ние. На экране появляется то изображение, которое было на-
черчено на мишени. Вторичные электроны притягиваются поло-
жительно заряженным коллектором и обратно на мишень не
попадают. Время воспроизведения в реальных условиях, т. е.
27
время, пока можно наблюдать изображение на экране, очень
ограничено (для трубки 13ЛН10, например, оно не более 1 мин).
Это происходит потому, что электроны воспроизводящего луча
сталкиваются с оставшимися в колбе молекулами газов, обра-
зуя положительные ионы, которые нейтрализуют отрицательный
заряд мишени. Мишень перестает быть пригодной для воспроиз-
водящих электронов, они свободно проходят к экрану, весь
экран начинает светиться и на общем светлом фоне изображе-
ние теряется. Если же сразу по получении на экране изображе-
ния сигнала осциллограф выключить, то записанное электри-
чески на мишени изображение (потенциальный рельеф) может
существовать довольно длительное время (от 18 ч до 7 сут) и
может быть воспроизведено при повторном включении осцилло-
графа. Стирается изображение подачей положительного прямо-
угольного импульса на металлическую сетку мишени памяти.
Мишень становится прозрачной для медленных электронов, и
они пролетают сквозь нее по всей площади и вызывают сильное
свечение экрана, стирая изображение. После прекращения дей-
ствия стирающего импульса потенциал сетки мишени и диэлек-
трика падает, свечение экрана прекращается и трубка вновь
готова к записи.
Бистабильные запоминающие ЭЛТ (БЗЭЛТ) применяются
в основном для регистрации однократных» и медленно изменяю-
щихся переходных процессов длительностью до 10 ч. В таких
трубках создаются два стабильных уровня потенциала мишени,
которые удерживаются сколь угодно долго. Один из них —не-
прерывно работающий воспроизводящий луч электронов малых
энергий — поддерживает нулевое значение потенциала диэлек-
трика мишени перед записью.
Поскольку плотность тока записывающего луча значительно
превышает плотность тока воспроизводящего луча, потенциал
диэлектрика при записи повышается и далее будет возрастать
до устойчивого значения — потенциала коллекторной сетки, рас-
положенной непосредственно перед мишенью, и будет поддер-
живаться на этом уровне воспроизводящим лучом. Часть элек-
тронов воспроизводящего луча проходит через положительна
заряженные участки мишени и вызывает свечение люминофора
экрана. Стирается потенциальное изображение понижением по-
тенциала на коллекторе до потенциала воспроизводящего, луча.
Как только потенциал этих участков мишени станет меньше
критического, коэффициент вторичной эмиссии станет меньше
единицы, потенциал диэлектрика упадет до нуля и изображение
исчезнет.
Матричные экраны. В некоторых осцил^хографических
устройствах применяют матричные экраны (например, в инди-
каторе скоростных процессов и осциллографе С9-6, работающемг
с ЭВМ и выдающем данные на линию коллективного пользОва-
28
ния). Матричный экран — газо-
разрядная индикаторная панель
(рис. 1.16), представляющая со-
бой совокупность единичных га-
зоразрядных ячеек, имеющих
общую стеклянную матрицу 3
с отверстиями 2, образующими
рабочие объемы ячеек и системы
взаимно ортогональных электро-
дов /, 4, размещенных на обкла-
дочных пластинах 5, 6. Совме-
щают элементы конструкции та-
ким образом, чтобы на осях от-
верстий 2, перфорированных в
средней изолирующей пластине 5,
лежали проекции перекрестий со-
ответствующих взаимно перпен-
дикулярных катодных / и анод-
ных 4 электродов на плоскость
каждой из обкладочных пластин
5, 6. В результате такого совме-
щения каждое перфорированное
отверстие и прилегающие к нему
участки катодных и анодных электродов образуют диодную
ячейку. Панель загерметизирована по периметру специальным
герметиком и внутренняя ее полость заполнена неоно-аргоновой
смесью при давлении 150—300 мм рт. ст.
Такие панели дают, большую яркость тлеющего разряда при
относительно высокой эффективности преобразования электри-
ческой энергии в световую.
В осциллографе С9-6 применен индикатор — газоразрядная
панель типа ИМБ-1-01 с размером экрана ЮОХЮО мм и числом
элементов 10 000 (ЮОХЮО). Питание панели производится от
источников +250 В и 5 В. На этот индикатор подается двоич-
ный код, который дополнительным дешифратором преобразует-
ся в видимое изображение по точкам. Матричный экран 256Х
Х256 точек применен также в прецизионном вычислительном
стробоскопическом осциллографе С9-9. Размеры экрана 150Х
Х150 мм.
Кроме газоразрядных панелей в осциллографах применяют
и жидкокристаллические и светодиодные экраны.
Рис. 1.16. Схема конструкции мат-
ричного экрана
Глава 2
ОСНОВНЫЕ БЛОКИ ОСЦИЛЛОГРАФА
2.1. КАНАЛ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
На структурных схемах рис. 1.5 и 1.6 показаны основные
блоки, определяющие характеристики, а следовательно, и обла-
сти применения осциллографов. Как уже было сказано в § 1.3,
эти блоки составляют каналы вертикального и горизонтального
отклонения; вспомогательные устройства и источники питания.
Канал вертикального отклонения состоит из входных
устройств каскадов предварительного усиления, линии задерж-
ки и оконечных каскадов усиления.
Основное требование к усилителю вертикального отклонения
заключается в том, чтобы он вносил как можно меньше искаже-
ний формы сигнала и наряду с этим имел бы необходимый ко-
эффициент усиления.
В качестве примера схемных решений усилителя вертикаль-
ного отклонения рассмотрим схему канала Y простого осцилло-
графа широкого применения.
Схема канала У осциллографа «Сага». Канал вертикального
отклонения «Саги» (рис. 2.1) состоит из переключателя входа
входного делителя (на схеме не показаны) и собственно усили-
теля. Кнопочный переключатель входа подает сигнал на входной
делитель либо непосредственно (открытый вход), либо через
разделительный конденсатор (закрытый вход). Входной дели-
тель обеспечивает три коэффициента деления 1 : 1, 1 : 10, 1 : 100,
в нсхМ применены точные резисторы, значение сопротивления
которых подобраны так, чтобы обеспечить постоянное значение
входного сопротивления независимо от положения переключа-
теля чувствительности. Частотная компенсация входного дели-
теля во всей полосе частот производится двумя подстроечными
конденсаторами. С выхода входного делителя исследуемый сиг-
нал поступает на входной каскад усилителя, собранный на по-
левом транзисторе VT1 по схеме истокового повторителя для
обеспечения большого входного сопротивления и малой входной
емкости. Защита входа от перегрузок обеспечивается диодом
VD1 и стабилитроном VD2.
Предварительный усилитель выполнен двухкаскадным с глу-
бокой отрицательной обратной связью на транзисторах VT2—
VT5, VT7 и VT8. Такая обратная связь позволяет получить ши-
рокую полосу пропускания, не уменьшающуюся при ступенча-
том изменении усиления в 2 и 5 раз (каскад на транзисторах
VT2, VT3). Это изменение коэффициента усиления производится
изменением сопротивления между эмиттерами транзисторов VT2
30
и VT3 (сопротивления R171 = 162 Ом и R177=52 Ом разме-
щены во входном делителе между точками схемы 4 и 2 и на
рис. 2.1 не показаны).
Балансировка усилителя осуществляется изменением потен-
циала базы транзистора VT3 резистором R6 (БАЛАНС), кото-
рый выведен под шлиц на боковую стенку. Смещение луча по
вертикали производится изменением потенциалов коллекторов
транзисторов VT2 и VT3 резистором R178 ( |), выведенным на
лицевую панель прибора.
Паразитные связи по цепям питания предварительного уси-
лителя исключаются питанием усилителя через фильтр R24yR43,
С1, С9 от источника --10 В и через фильтр R26, R29, С5 и С9
от источника +11,4 Б. Дальнейшее усиление сигнала произво-
дится транзисторами VT7 и VT8. В эмиттерных цепях этих
транзисторов включен подстроечный резистор R39. С его по-
мощью регулируют общий коэффициент усиления. В осцилло-
графах С1-94 и С1-112, где применяют сходные схемы усили-
телей вертикального отклонения, нагрузкой этого каскада явля-
ется линия задержки сигнала относительно начала развертки на
110 нс.
Оконечный усилитель представляет каскадную схему на
транзисторах VT9—VT12,
Коррекция усиления по высокой частоте осуществляется
корректирующими цепочками Си, Ci2, Rsu обеспечивающими
коррекцию коэффициента усиления в зависимости от положе-
ния переключателя V/дел, При необходимости корректировки
калиброванных значений коэффициента отклонения при экс-
плуатации и смене ЭЛТ — эту корректировку КОРР УСИЛ
производят резистором. R39, выведенным под шлиц на боковую
стенку. С эмиттера транзистора VT6 сигнал поступает на вход
схемы синхронизации для синхронного запуска схемы разверт-
ки. С коллекторных нагрузок VT11 и VT12 оконечного усилите-
ля сигнал поступает на вертикально отклоняющие пластины
ЭЛТ. ''
Осциллограф С1-94 имеет аналогичную схему усилителя вер-
тикального отклонения, но в отличие от «Саги» в его канал Y
включена линия задержки сигнала между предварительным и
оконечным усилителями, она должна быть достаточно широко-
полосной и не вносить искажений. Нагрузочное сопротивление
линии должно равняться ее волновому. В первых приборах ли-
нии задержки создавались из большого количества конденсато-
ров и катушек индуктивности, но сейчас ее получают с помощью
отрезка коаксиального кабеля, имеющего распределение емко-
сти и индуктивности. Для кабелей РК-2, РК-3, РК-6 задержка
примерно одинакова и составляет 0,01 мкс на 1 м длины, для
31
нэлт
R24 180
4-
К платам
переключателя
' У/ДЕЛ R3 157
К движку
переключателя
Зходнсй
каскад
Предварительный
усилитель
Ряс. 2.1. Схема усилителя вертикального отклонения осциллографа широкого
кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией типа РК-75-2-11
задержка составляет 5 нс/м, для специальных кабелей задерж-
ки 100 нс/м и более.
2.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАНАЛА ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
Коэффициент отклонения. Усиление (или ослабление) вход-
ного сигнала устанавливается положением ручки управления
«мВ/см» (дел) или «В/см» (дел). Для большинства осцилло-
графов широкого применения за стандартное значение коэффи-
циента отклонения принимают 5 мВ/см. Это значит, что подан-:
ный на вход осциллографа сигнал с амплитудой 5 мВ отклонит
луч на экране ЭЛТ на 1 см. Но для такого отклонения на пла-
стины ЭЛТ, например, 8Л06И надо подать 8,5 В, т. е. усилить
сигнал более чем в 1500 раз, причем это усиление должно быть
постоянно во всей полосе частот и, как правило, чем шире по-
лоса, тем меньше усиление удается получить. На рис. 2.2 пока-
32
На схему
[синхронизщиа
С9 50 мк
Усилительный
каскад
Оконечный каскад
На Z'lL анод
дЛТ
применения «Сага>
зано увеличение погрешности измерения амплитуды сигнала Л,
происходящее из-за увеличения его частоты.
Валяными параметрами осциллографа являются включенные
параллельно входное сопротивление /?вх и входная емкость Свх.
Этот входной импеданс, изменяясь в зависимости от частоты
сигнала, изменяет амплитуду и форму сигнала в рассматривае-
мой схеме. Чем больше входное сопротивление и меньше вход-
ная емкость, тем меньше их влияние на работу подключенной
схемы. Обычно у осциллографа /?вх=1 МОм, а входная емкость
Свх =20—40 пФ, при использовании выносного пробника по-
следняя уменьшается до 10 пФ.
Иногда i?Bx должно быть согласованным, и тогда его значе-
ние составляет 50 Ом, например, у осциллографа С1-108. У ак-
тивных пробников входная емкость уменьшается до 2 пФ.
Обычно во входных каскадах ставятся полевые транзисторы
по схеме истокового повторителя, что гарантирует высокое вход-
ное сопротивление. Основное усиление сигнала происходит
в каскадах предварительного усиления, и именно эти каскады
33
0,917
0,707
0,250
0,1 0,5 1 Zd 10
•J-(log)
'0
Рис. 2.2. Увеличение погрешности из-
мерения амплитуды сигнала А из-за
ухудшения пропускания усилителем
вертикального отклонения высоких
частот: На половине полосы пропус-
кания (f/fo=0,5) оно составляет
^^ % @,917 опорного уровня)
Рис. 2.3. Измерение времени на-
растания переднего фронта сту«
пенчатого сигналаз
Время!дел.: I мкс; tHjp=lX2,6=2,6 мкс
(шкала 80X100 мм)
определяют основные характеристики усилителя. Основным па-
раметром усилителя является время нарастания переходной
характеристики или полоса пропускания канала Y.
Время нарастания и полоса пропускания.
Верхняя граница полосы пропускания /верх определяет зна-
чение частоты, при которой усиление главного канала усиле-
ния—канала Y — уменьшается в 1,4 раза C дБ).
Время нарастания переходной характеристики (ПХ)—это
время, в течение которого луч по экрану проходит от уровня
сигнала 0,1 до уровня 0,9 — такие отметки часто делают на шка-
ле ЭЛТ (рис. 2.3). Время нарастания Тн и полоса частот связы-
ваются зависимостью Тнар==350//верх.
На рис. 2.4 изображены некоторые формы амплитудно-час-
тотной характеристики (АЧХ) канала К и их влияние на вос-
произведение на экране формы сигнала, прошедшего через этот
канал. На рис. 2.4,а показаны идеальная АЧХ и изображение
идеального перепада напряжения. Однако в большинстве осцил-
лографов для повышения равномерности АЧХ в пределах поло-
сы пропускания и получения максимальной ширины пЬлосы при
максимальном коэффициенте усиления оконечного каскада вво-
дится коррекция АЧХ перед ее спадом. Эта коррекция может
привести к выбросу на изображении импульса (бв), следующе-
го непосредственно после окончания времени нарастания
(рис. 2.4,в). При длительности фронта импульса, во много раз
превышающей время нарастания переходной характеристики,
выброс на его изображении не наблюдается.
34
HipxZ
Рис. 2.4. Формы амплитудно-частотной характеристики осциллографа:
а — не дающей выброса; б -> скомпенсированная для получения равномерности в преде-
лах полосы пропускания; в — перекомпенсированная, создающая выброс; т„,р — время
нарастания ПХ (при различных формах АЧХ) соответственно t„gpo, т„зр1. т^нарг» "^у"^
время установления ПХ осциллографа; б,— амплитуда выброса ПХ; 6g,„ •—погреш-
ность измерения, на уровне которой измеряется t»
Быстродействие осциллографа характеризуется также вре-
менем установления ПХ канала У(ту), которое определяется
интервалом времени между моментом начала, отсчитываемого
от уровня 0,1 амплитуды изображения перепада, до момента
уменьшения паразитных колебаний канала Y после выброса на
переходной характеристике до значения, равного погрешности
коэффициента отклонения или погрешности измерения.
Для осциллографов, у которых время нарастания канала Y
близко времени нарастания исследуемого сигнала.
^v
t*r
нар>
35
где Тнар — время нарастания ПХ осциллографа, указанное
в формуляре прибора; п — измеренное время нарастания по
экрану осциллографа.
Спад или плоская вершина импульса вызывается влиянием
конечного значения разделительной емкости входной цепи при
закрытом входе осциллографа. Неравномерность вершины мо-
жет вызываться паразитным пролезанием импульса синхрони-
зации на изображение плоской части импульса, полученное на
широкополосном осциллографе.
Необходимо заметить, что усилитель, имеющий полосу про-
пускания 10 Гц—1 МГц, может передавать без искажений си-
нусоидальное колебание любой частоты этого диапазона, но
этой же полосы будет недостаточно для усиления симметрично-
го прямоугольного сигнала с частотой повторения выше 300 кГц.
Основные виды искажений тракта вертикального отклонения.
Частотные искажения вызываются неодинаковым усилением
сигналов разных частот в полосе пропускания, а при исследова-
нии импульсных сигналов вызывают ошибки измерения ампли-
туды. Причины частотных искажений различны на высоких и
низких частотах. На низких частотах они происходят из-за
влияния разделительных конденсаторов межкаскадной связи,
а на высоких — из-за влияния паразитных емкостей монтажа и
зависимости параметров транзисторов, ИС и ЭЛТ от частоты.
Вводимые для уменьшения этих искажений элементы коррекции
с течением времени могут стать дополнительными источниками
искажений в^ связи с изменением своих параметров. Еще одним
источником искажений может быть линия задержки, если она
имеет неопределенности или плохо согласована.
Фазовые искажения, т. е. непостоянство изменения фазы
с частотой (изменение отношения ф//), искажают форму им-
пульса. Фазовые отношения усилителя осциллографа обычно не
измеряют и не нормируют, так как фазовая характеристика
тесно связана с частотной, идеальная фазовая характеристика
начинается с нуля и проходит до /верх прямой восходящей ли-
нией. Чтобы фазовая характеристика была хорошей, частотная
должна быть равномерной в полосе пропускания, а за ее пре-
делами спадать достаточно плавно.
Амплитудными искажениями называют неодинаковое усиле-
ние сигналов разной амплитуды. Они возникают из-за нелиней-
ности характеристик транзисторов и отклоняющей системы
трубки. Основным источником амплитудных искажений обычно
служат оконечные каскады усилителя вертикального отклоне-
ния и отклоняющая система, так как они работают при больших
амплитудах сигналов. Однако при неправильной эксплуатации
осциллографа каскады предварительного усиления могут пере-
грузиться и сами стать источником амплитудных искажений.
Для возможности подачи на вход осциллографа сигналов боль-
36
шой амплитуды применяют входные делители, которые в совре-
менных широкополосных осциллографах создаются по толсто-
пленочной технологии на кремниевых или ситалловых подлож-
ках. Их компонуют в отдельных корпусах, и они имеют обычно
положения 1 : 2, 1 :4, 1 : 10, 1 : 100.
Выходные каскады усилителей сигналов. Выходные каскады
строят по симметричной схеме, и сигнал подводится к пласти-
нам ЭЛТ отсимметрированным. Причин для этого несколько:
при симметричном питании отклоняющих пластин луч меньше
расфокусируется отклоняющей системой, симметричные схемы
усилителей имеют меньший дрейф, лучшую линейность, потому
что одновременная подача напряжений различной полярности
на пластины приводит к притяжению к одной и подталкиванию
со стороны другой отклоняющей пластины. Общая раскачка
получается вдвое большей от тех же транзисторов при тех же
питающих напряжениях, в симметричных выходных каскадах
легче получить широкую полосу пропускания.
В приборах со сменными блоками оконечные выходные кас-
кады размещают в базовом блоке прибора, в этом случае их
параметры должны обеспечивать устойчивую работу с любым
сменным блоком, а полоса частот оконечного каскада должна
перекрывать полосу самого широкополосного блока.
Усилители постоянного тока. Во всех современных осцилло-
графах отклоняющие системы имеют непосредственную связь
с выходными каскадами усилителей, а сами усилители — непо-
средственную связь между каскадами. Это обеспечивает полное
отсутствие фазовых и частотных искажений на низших частотах
и часто позволяет ускорить проведение измерений (при провер-
ке транзисторных схем можно сразу определить максимальное
и минимальное значения напряжения на коллекторе при подаче
ка вход сигнала сложной формы).
В выпускающихся в прежние годы осциллографах усилитель
постоянного тока применялся нечасто. Обычно их разрабатыва-
ли совместно с усилителями переменного тока, в которых между
входным гнездом прибора и первым каскадом усиления поме-
щался разделительный конденсатор. Он изолировал вход уси-
лителя от любого постоянного напряжения, которое могло на-
ходиться в испытываемом устройстве, но позволял переменному
напряжению сигнала пройти на вход усилителя вертикального
отклонения. Цепи межкаскадной связи такого усилителя также
могли иметь разделительные конденсаторы.
В усилителе постоянного тока такого конденсатора нет. По-
этому как присутствующий в исследуемом устройстве постоян-
ный потенциал питания или сигнала, так и переменная состав-
ляющая сигнала вызывают отклонение луча на экране ЭЛТ.
Разделительный конденсатор в осциллографе ставится обяза-
37
[ш
а)
ш
(Г)
тельно, но он включается и вы-
ключается переключением на «за-
крытый» и «открытый» вход.
В осциллографах с усилите-
лями постоянного тока с боль-
шим коэффициентом усиления су-
ществует явление дрейфа — са-
мопроизвольное смещение луча
по вертикали. Для того чтобы
скорость дрейфа была минималь-
ной и не мешала измерениям,
надо начинать работу после
определенного времени прогрева
осциллографа. Дрейф определя-
ется в милливольтах или микро-
вольтах в час и зависит от уста-
новленного коэффициента откло-
нения. Например, если коэффици-
ент отклонения выбран 1 мВ/см,
Рис. 2.5. Изображение строчного а Дрейф равен 1 мВ/ч, то в
импульса на экране осциллографа течение любого часа работы
входами^'''' ^""^ " открытым (б) („0^^^ прогрева) дрейф не дол-
жен быть больше 1 см. При
большинстве измерений дрейф за
час не имеет большого значения, так как на экране рассматри-
вают изображение от одной до нескольких минут. Определение
дрейфа очень важно в автоматических измерительных системах
и высокочувствительных низкочастотных осциллографах, где
смещение луча из-за дрейфа должно автоматически учитывать-
ся в результате измерений.
Уровень нулевого потенциала. Установка нулевого уровня
при работе с открытым входом определяется однозначно. При
закрытом входе надо отключить входной сигнал, замкнуть нако-
ротко вход и поместить линию развертки на среднее деление
горизонтальной шкалы — эта линия как раз и определяет линию
нулевого потенциала.
На рис. 2.5,а показан строчный задающий импульс ампли-
тудой 50 В на экране осциллографа при закрытом входе и ко-
эффициенте отклонения 20 В/см. На рис. 2.5,6 при тех же самых
условиях, но при открытом входе можно видеть, что там же
находится еще и постоянное (в данном случае отрицательное)
напряжение —60 В. Таким образом, при открытом входе осцил-
лограф одновременно измеряет в схеме и уровень постоянной
составляющей и переменный сигнал. Однако при таких измере-
ниях необходимо следить, чтобы суммарное напряжение, т. е.
сумма положительного и амплитудного переменного напряжений
не превышала допустимого входного напряжения осциллографа.
38
Бывак>т случаи, когда постоянная и переменные составляющие
сигнала имеют разные порядки. Например, если исследуется
усилительный каскад, в котором напряжение на коллекторе
транзистора равно 5 В, а переменная составляющая сигнала
имеет 50 мВ, то нужно изменить коэффициент отклонения и
сместить линию развертки. Установив коэффициент отклонения
осциллографа равным 2 В/см, можно обсчитать постоянное на-
пряжение на коллекторе транзистора непосредственно по сме-
щению линии развертки. Но измерить переменную составляю-
щую сигнала в этом случае не удается, так как под ее действием
луч будет смещаться всего на 0,5 мм. Чтобы рассмотреть такой
сигнал, коэффициент отклонения нужно установить 0,1 В/см, но
при этом постоянная составляющая сигнала отклонит луч дале-
ко за пределы экрана.
Возвратить луч на экран и^ожно двумя способами: или пере-
ключить осциллограф на закрытый вход, или сместить луч руч-
кой смещения по оси У( J ). Такое смещение в больших разме-
рах возможно, например, в приборе С1-92, где пределы переме-
щения луча составляют ±100 мм относительно середины
рабочей части экрана. В тех приборах, где смещение луча регу-
лируется не в первом каскаде, а после предварительного уси-
ления, может оказаться, что при возвращении луча на экран
первый каскад окажется перегружен постоянной составляющей
и внесет сильные амплитудные искажения или даже ограничит
сигнал. В последних моделях осциллографов применяют спе-
циальные схемы, позволяющие получать большие смещения
уровня без перегрузки первых каскадов усилителя для уверен-
ного измерения малых флуктуации при больших уровнях опор*
ного напряжения (например, искажения в сети).
В особовысокочувствительных усилителях вертикального
отклонения полоса пропускания может начинаться от опреде-
ленной граничной частоты переменного тока; например, в смен-
ном блоке Я40-1103 AУ-13) осциллографа С1-70 полоса начи-
нается от 0,5 Гц при чувствительности 10 мкВ/см.
Усилители с несколькими входами. Для расширения функцио-
нальных возможностей осциллографов применяют усилители
с несколькими входами. Это позволяет одновременно рассмат-
ривать и сравнивать различные формы сигналов, например, на
входе и выходе усилителбного устройства, в промежуточных
каскадах и т. д. Особенно в этих случаях полезен дифференци-
альный усилитель.
Дифференциальный усилитель — это усилитель с двумя вхо-
дами, на которые можно подавать сигналы с различной ампли-
тудой, создающий на выходе один сигнал, пропорциональный
разности этих амплитуд.
Одной из областей применения дифференциальных усилите-
39
лей является исследование сигнала, находящегося в области
значительных помех; при этом на один вход подается сигнал
с помехой, на второй — только помеха. В дифференциальном
усилителе полезные сигналы будут усиливаться, а помехи —
подавляться. Отношение сигнала к помехе (называемой в этом
случае синфазной) может доходить до 2000. На рис. 4.3 показан
пример, когда помехой являлся фон сетевого напряжения. В ре-
зультате его подавления был получен чистый сигнал.
Если дифференциальный усилитель устойчив к перегрузкам,
то появляется возможность исследования сигнала (в увеличен-
ном масштабе) по частям: на один вход подается исследуемый
сигнал с амплитудой, достаточной для отклонения луча на не-
сколько диаметров ЭЛТ, а на второй — постоянное напрял^ение
регулируемой величины. На экране трубки будет воспроизво-
диться только та часть сигнала, которая находится близко
к уровню постоянного напряжения. Изменяя этот уровень сме-
щения, можно с большой точностью исследовать небольшие
изменения сигнала на небольших участках и таким образом уве-
личить точность амплитудных измерений.
Двухканальный коммутатор и двухлучевой осциллограф. Два
одновременных или следующих друг за другом сигнала можно
исследовать- или осциллографом с 51вухканальным коммутато-
ром, как в С1-92, или в сменном блоке Я4С-90, или двухлучевы-
ми осциллографами с двухлучевой ЭЛТ типа С1-102, С1-103 или
С1-115. Обе эти системы имеют свои достоинства и недостатки.
В осциллографе с коммутатором временные и амплитудные
характеристики практически одинаковы, тогда как в двухлуче-
вом осциллографе этого добиться трудно из-за разброса пара-
метров отклоняющих систем двух лучей ЭЛТ. Современный
коммутатор представляет собой интегральную схему частного
применения и потребляет небольшую мощность. С коммутато-
ром можно получить устойчивое изображение двух сигналов, не
синхронных друг с другом; для этого вход синхронизации дол-
жен переключаться одновременно с наблюдаемыми сигналами.
Коммутатор осциллографа попеременно подключает оконеч-
ный усилитель к предварительному усилителю или одного, или
другого канала. Возможны два режима переключения: либо во
время обратного хода развертки {синхронный или поочередный
режим, обозначаемый на органах управления -^ -^), либо с по-
стоянной частотой, задаваемой отдельным генератором {несин-
хронный или прерывистый режим, обозначаемый ). Частота
прерывистой коммутации каналов обычно принимается 50—
100 кГц. Пример изображения на экране осциллографа при по-
очередном режиме приведен на рис. 2.6,а, при прерывистом —
на рис. 2.6,6. Штрихом на рис. 2.6,а показан обратный ход раз-
вертки, который гасится. Прерывистость линии изображения на
рис. 2.6,6 дана условно, так как наблюдается не всегда. Ее можно
40
ЛА '
UUL А+Б
в)
г)
Рис. 2.6. Пример изображения сигнала, полученного с помощью электронного
коммутатора:
а — поочередный (синхронный) режим переключения луча; б — прерывистый (несинхрон-
ный) — переключение луча с частотой 50 кГц; в — форма сигналов с некоторым сдвигом
по фазовому углу на входах А п Б\ г —суммарная их форма в режиме АЛ-Б
заметить в том случае, когда. период наблюдаемого процесса
кратен частоте переключения. Если же, наоборот, период часто-
ты переключения окажется близким к целому кратному периода
входного сигнала, то возможно появление неприятных мелька-
ний изображения или даже полное пропадание изображения
одного из двух сигналов на некоторый промежуток времени.
Режим «Прерывисто» применяется при длительных разверт-
ках, где его недостатки не проявляются, а также при фотореги-
страции однократных процессов, когда режим «Поочередно»
вообще невозможно использовать. При этом минимальная дли-
тельность регистрируемого процесса составляет 25—50 периодов
частоты переключения @,5—1 мс при частоте переключения
50 кГц), что намного больше минимальной длительности реги-
стрируемого процесса для двухлучевого осциллографа (несколь-
ко микросекунд).
В остальных случаях используют режим «Поочередно»,
Однако в этом режиме имеется недостаток: одновременно види-
мые на экране изображения сигналов на самом деле могут со-
ответствовать неодновременным процессам в исследуемом
устройстве. Например, если луч прочерчивает изображение сиг-
нала в канале А в нечетные периоды развертки, то в канале Б —
в четные. Это не приведет к ошибкам, когда период сигнала
в каналах Л и Б равен периоду развертки. Но если истинный
41
период сигналов на входах равен двум периодам развертки
(в общем случае — четному числу периодов), то на экране уви-
дим как бы совмещенными во времени первую половину сигна-
ла Л и вторую половину периода сигнала Б, Описанные ситуа-
ции могут встречаться при работе с телевизионными системами
и могут привести к грубым ошибкам. Коммутаторы в режиме
^Прерывисто» и двухлучевые осциллографы полностью свобод-
ны от этого недостатка.
Помимо различных режимов переключения каналов комму-
таторы производят еще и алгебраическое суммирование (т. е.
сложение и вычитание форм сигналов) (рис. 2.6,в). Хотя усили-
тель в режиме вычитания может выполнять функции, сходные
с работой дифференциального усилителя, однако он его не мо-
жет заменить, так как намного хуже подавляет синфазные по-
мехи и менее устойчив к перегрузкам синфазным сигналом.
Двухлучевой осциллограф строят на ЭЛТ с двумя отдель-
ными катодами, модуляторами и анодами. Системы отклоняю-
щих пластин по вертикали — отдельные, по горизонтали —
отдельные или общие. Двухлучевой осциллограф С1-74 позво-
ляет наблюдать два несинхронных сигнала — при использовании
задержанной развертки для отклонения по горизонтали одного
луча и задерживающей — другого луча. Ранее изготавливались
осциллографы с пятилучевыми ЭЛТ (С 1-33), однако из-за вы-
сокой стоимости и низкой надежности их выпуск был пре-
кращен.
2.3. КАНАЛ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
Временной канал, ось X или канал горизонтального отклоне-
ния в общем виде состоят из генератора развертки, схем синхро-
низации (или запуска) и усилителя горизонтального откло-
нения.
В осциллографах обычно используют линейные развертки,
в которых смещение луча по горизонтали, пропорциональное
времени, осуществляется напряжением пилообразной формы.
Небольшая доля длительности периода развертки (время,
используемое для спадания напряжения до исходной величины
и возвращения луча в исходное положение —обратный ход
луча) вызывает выпадение чаети сигнала из изображения. Для
устранения этого недостатка на время обратного хода луч обыч-
но запирают, подавая на управляющий электрод или катод
ЭЛТ запирающий импульс соответствующей полярности. Очень
важно, чтобы напряжение развертки нарастало с высокой ли-
нейностью. Искажения сигнала, вызванные нелинейностью раз-
вертки, показаны на рис. 2.7.
Основными характеристиками развертки являются: коэффи-
циент развертки, т. е. время, за которое электронный луч про-
42
^^^.,AN-.
Рис. 2.7. Искажение синусоидального сигнала в результате нелинейности раз-
вертки:
а —развертка линейна; б —развертка нелинейна; Л —время прямого хода развертки;
^2 —время обратного хода развертки. Для определенной схемы развертки U остается
практически постоянным для любой' частоты развертки
ХОДИТ ОДНО деление шкалы ЭЛТ (или 1 см), нелинейность раз-
вертки, возможности синхронизации, характеристики запуска,
длительность регулируемой задержки развертки, возможности
увеличения скорости и др.
Коэффициенты развертки современного осциллографа изме-
няются в больших пределах: например, даже в осциллографе
массового применения они меняются от 5 нс/дел до 50 мс/дел —
в миллион раз. В запоминающих осциллографах коэффициент
развертки доходит до 25 с/дел. Длительность развертки опре-
деляется временем прохождения светового пятна по длине ра-
бочей части экрана слева направо и измеряется в наносекундах,
микросекундах и секундах: Она обратно пропорциональна часто-
те развертки, т. е. если длительность выражена в наносекундах,
то частота получается в гигагерцах, в микросекундах—'Ь мега-
герцах, в миллисекундах —в килогерцах и в секундах —
в герцах.
Если напряжение развертки генерируется непрерывно и в от-
сутствие сигнала, то такую развертку называют периодической
или непрерывной. Она широко применялась в осциллографах
прежних выпусков и в любительских моделях. Однако периоди-
ческая развертка непригодна для исследования однократных
процессов, а также для рассмотрения импульсов с большой
скважностью, т. е. тех сигналов, длительность которых мала по
отношению ко времени между двумя соседними импульсами.
Например, необходимо рассмотреть импульс длительностью
в 1 МКС со скважностью 1000. Это значит, что за 1 с на вход
прибора поступит 10710^=1000 импульсов. Частоту развертки
примем равной частоте следования, т. е. 1 кГц. При этой дли-
тельности изображение импульса займет 1/1000 длины разверт-
ки, примерно десятую часть допустимого для данной трубки
43
liiiiiiii
fi') (Г)
Рис. 2.8. Изображение импульса с большой скважностью при различных ча-
стотах непрерывной развертки и при ждущей развертке:
а, б —период развертки равен времени между импульсами и длительности импульса;
в — форма импульса, представленного на рис. 2.8,а, при ждущей развертке
диаметра сфокусированного пятна (рис. 2.8,а), и импульса бу-
дет почти не видно. Если длительность развертки принять при-
мерно равной длительности импульса, т. е. 0,1 мкс/см (частота
развертки 1 МГц), то очертания импульса опять-таки будут
почти неразличимы (рис. 2.8,6) из-за ухудшения синхронизации
и резко будет видна лишь одна осевая линия.
Для исследования таких сигналов, а также непериодических
процессов применяют ждущую развертку, т. е. такой режим ра-
боты генератора развертки, когда он генерирует один пилооб-
разный импульс напряжения развертки только после прихода
исследуемого импульса (или внешнего импульса запуска) и
затем ждет следующего запуска. Генератор ждущей развертки
может также работать и в автоматическом режиме, прочерчи-
вая ось времени по экрану и в моменты отсутствия сигнала.
В ранее выпускаемых моделях для того, чтобы измерять
длительность исследуемых процессов, предусматривались спе-
циальные устройства, калибрующие ось времени с помощью
яркостных меток или остроконечных импульсов. Это вводило
неудобства в процесс измерений, и теперь выходные напряже-
ния генератора развертки линейны и стабильны в такой степени,
которая позволяет определять длительность исследуемого про-
цесса непосредственно по экрану ЭЛТ.
На рис. 2.9 приведена структурная схема генератора раз-
вертки осциллографа. Рассмотрим назначение ее основных
узлов.
Узел синхронизации / преобразует входной сигнал в импульс
запуска схемы управления генератором развертки, потому что
для устойчивой работы генератора эти импульсы должны иметь
постоянную амплитуду и длительность независимо от формы,
амплитуды и длительности входного сигнала.
Осциллографы имеют внутреннюю и внешнюю синхрониза-
цию гармоническими сигналами и импульсными сигналами лю-
бой полярности. Диапазоны частот и размеры изображения
синхронизирующих сигналов на экране ЭЛТ оговариваются
в описаниях приборов. Большинство универсальных осциллогра-
фов позволяет производить запуск развертки кадровым синхро-
импульсом телевизионного сигнала.
44
met г
Д-Р
р^*с-~я
. -•
Сжема
однократ-
ного
запдснос
III L
CxsMa
райочего
хода.
ЗлокироЬяа
обратного
хода.
рг:^5ертки
Схема
смещения а
растям<ения\
развертки
\J
Рис. 2.9. Структурная схема генератора развертки универсального осцилло-
графа
Узел управления генератором развертки 2 формирует им-
пульс, длительность которого равняется длительности прямого
хода развертки. Поскольку луч при своем возвращении в на-
чальное положение никакой информации об исследуемом явле-
нии не несет, то он блокируется.
Узел управления устанавливает режим работы генератора
развертки: автоколебательный (периодический), режим с син-
хронизацией (ждущий) и однократный. В автоколебательном
режиме развертка повторяется и при отсутствии синхронизи-
рующих сигналов, в ждущем режиме при поступлении запуска-
ющих импульсов, в однократном — при поступлении сигнала
после снятия блокировки нажатием кнопки.
Схема блокировки обратного хода луча срабатывает по до-
стижении определенной амплитуды развертки и предотвращает
возможность запуска развертки случайным импульсом, попав-
шим на вход во время обратного хода луча. Управляющие
импульсы обычно формируются мультивибраторами или триг-
герами.
Схемы с триггерами легче сочетаются с новыми конструктив-
ными возможностями схем интегрального исполнения, не имеют
отдельных времязадающих цепей, с их помощью легче получать
импульсы в широком диапазоне длительностей и они выпол-
няются чаще всего по толстопленочной гибридной, техно-
логии.
Вместо гашения луча во время обратного хода сейчас при-
меняют подсвет луча во время прямого хода импульсом, взятым
с узла управления генератором развертки.
В качестве генераторов развертки 3 применяют специаль-
ные генераторы со стабилизацией тока заряда (разряда), инте-
граторы с емкостной обратной связью, имеющие высокую
степень изменения линейности выходного напряжения. Доста-
точная линейность и стабильность позволяют определить дли-
тельность исследуемого процесса или по шкале экрана ЭЛТ, или
45
Задержка
[ Развертка
1 ^
1
Генератор
разбертии \
А
€М
Схема
сравнения
(Ворота)
Схема
задершки
Режим раЛты
ПереклиЗ"
чатель
режимов
pacfomh/
1
1 Развертна
Генератор
разЗертни]
Б
Рис. 2.10. Упрощенная структурная схема системы двойных разверток
в приборах, имеющих генераторы знаков — по выводимым на
экран данным. После генератора развертки следует фазовраща-
'гельный и усилительный каскад 4,
В самых скоростных приборах (например, С7-19), имеющих
скорости до 0,2 нс/см, применяют отдельные калибраторы толь-
ко потому, что необходимое постоянство линейности нарастания
скорости такой развертки обеспечить пока невозможно.
Схема однократного запуска 5 имеется в большинстве осцил-
лографов. Схема синхронизации возвращает генератор в состоя-
ние готовности к последующему запуску не только нажатием
кнопки, но и другими сигналами —через дистанционное управ-
ление—электрическими или световыми.
Существуют и более сложные схемы разверток и специаль-
ных аналоговых генераторов разверток: генераторы, создающие
круговые, спиральные, растровые развертки, которые могут
быть очень полезными при сравнении частот, фаз и др.
В цифровых осциллографах применяют специальные раз-
вертки, которые должны сочетать максимальный промежуток
времени (окночинформации), который нужно рассматривать, и
в то же время устанавливать предельно минимальное прираще-
ние во времени, которое еще можно различить (временное раз-
решение) .
В большинстве высококачественных осциллографов приме-
няют системы двойных разверток.
Си€;темы двойных разверток. Система двойной задержанной
развертки позволяет получать большое растяжение во времени
небольших участков сигнала (менее 1 % периода). Структурная
схема такой развертки приведена на рис. 2.10. Эти развертки
использованы в осциллографе С1-92, блоке Я4С-91 и др.
Как видно из схемы, такая система состоит из двух генера-
46
Рис. 2.11. Применение задержанной развертки д^1я исследования сигнала
сложной формы:
а —режим Л+Б; б— режим ^задерж» ^^^ показано изображение участка, отмеченного
утолщенной линией
торов развертки, называемых Л и Б, которые могут работать
вместе или по одному. В каждой из разверток А и Б находятся
блоки, обведенные штриховой линией на рис. 2.9. Задержка
начала развертки относительно подачи запускающего импульса
на время от 1 мкс до 0,5—1 с осуществляется при работе обоих
генераторов. Генератором Б производится калиброванная во
времени задержка, после которой генератор А осуществляет
обычное развертывающее напряжение. При такой системе уве-
личивается точность измерения временных соотношений в сиг-
нале. Наибольшее растяжение во времени сигнала происходит
в режиме одновременной работы обеих разверток А+Б. Для
этого на изображении полного сигнала на развертке А полу-
чают во времени яркостную отметку от развертки Б (рис. 2.11).
Ручкой Задержка смещают яркостную метку так, чтобы высве-
чивалась интересующая часть сигнала (рис. 2.11,а), и уточняют
переключателем Время/дел длительность развертки Б, чтобы
эта часть высвечивалась полностью. Затем устанавливают пе-
реключатель режима работы задержки в положение Бзадерж, и
на экране окажется только интересующее оператора изображе-
ние части сложного сигнала, которое можно подробно рассмот-
реть (рис. 2.11,6).
Усилитель горизонтального отклонения (по оси X). Оконеч-
ный усилитель X усиливает напряжение развертки перед пода-
чей его на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. Усили-
ваемые им сигналы имеют разную длительность, но одинаковую
амплитуду. Главное требование к этому узлу — неискаженное
воспроизведение прямого хода развертки, особенно начальных
нарастающих участков на самых быстрых развертках. Полоса
усилителя X чаще всего составляет 1/5 полосы усилителя У,
начинаясь, к^к правило, от постоянного тока, так как для пе-
редачи пилообразного сигнала достаточно передать меньше со-
ставляющих, чем для быстроизменяющегося прямоугольного
47
сигнала. В канале X размещается часть органов управления
работой осциллографа: смещение Хч-^, множитель, или рас-
тяжка, меняющие коэффициент усиления, что позволяет увели-
чить напряжение развертки на фиксированную величину (Х10
и более), давая возможность более подробно рассмотреть дета-
ли сигнала.
R190 I R191 I F1S2
F19H- I R155 I R19S 1 R197 1 R198
Sl-4Sb4S>MSH4L__.
6'^9 1,3к S,92k 6,¥9к 13к 39,2к 6^,5ii Шк ^02ш
48
Канал X имеет внешний вход, на который могут быть
поданы напряжения, играющие роль развертывающих при вы-
черчивании различных кривых — при фазовых и частотных изме-
рениях по фигурам Лиссажу и др. При измерении сдвига фаз
необходимо учитывать, что в канале вертикального отклонения
имеется линия задержки, которая вносит дополнительное отста-
П\ R116
750
J2%
VT35
КТ315Г
O-f-CEO-f
'^гоог
вателя
напряжения
R1ZS
182
XR109X ±^^^^±f^117 L,,
—/{7В
\yrs2 ^т
\КТ315Г \ ^^50ш
I 12%
VT35 R123
JLC34\^ JTSm 22ч 200%
1й01
R12'f
22к
На пластины ЭЛТ
'* » «■———— ii^——»■ I I
49
Рис. 2.12. Принщшиальцая схема разверт-
ки осциллографа «Сага» (а) и формы сиг-
налов в цепях развертки (б):
1 — Время/дел — 5 мс/дел.; V/дел —2 В/дел.; 2 —
1 мс/дел.. 2 в/дел.; 3 — 0,6 мс/дел., 5 В/дел. и вы-
носной делитель 1 : 10
вание фазы
Аф=360Чз/в,
h
частота
где тз — задержка;
входного сигнала.
Практическая схема генератора
развертки осциллографа широкого
применения «Сага». Как указыва-
лось ранее, канал горизонтального
отклонения (КГО) обеспечивает ли-
нейное отклонение луча ЭЛТ по го-
ризонтали синхронно с исследуемым
сигналом. Канал горизонтального
5j отклонения осциллографа «Сага»
(рис. 2.12) включает в себя схемы
синхронизации и запуска, генератор
развертки, схему блокировки и усилитель развертки.
Схема синхронизации вырабатывает сигнал для управления
схемой запуска и генератором развертки синхронно с исследуе-
мым сигналом и состоит из входного истокового повторителя
VT21, компаратора VD3 и триггера синхронизации (микросхема
D1.1). В приборе предусмотрена возможность синхронизации
развертки внутренним или внешним сигналом (кнопка Впутр/
Внешн). В режиме внутренней синхронизации сигнал снимается
с выхода предусилителя VT6, В режиме внешней синхронизации
сигнал подается на гнездо Запуска,
В приборе предусмотрена возможность подачи синхронизи-
рующего сигнала кадровой развертки через интегрирующую
цепочку R76, С23, в положении ТБ кнопки ТВ/норм.
С выхода истокового повторителя VT21 через переключатель
Полярности синхронизирующий сигнал поступает на вход ком-
паратора VD3.
Изменение значения синхросигнала производится измене-
нием сигнала на входе компаратора VD3 (резистор R77 Уро-
вень).
С выхода компаратора VD3 прямоугольные импульсы посту-
пают на нулевой вход триггера запуска D2, который совместно
с генератором развертки и схемой блокировки формирует пи-
лообразное напряжение.
50
в исходном состоянии на прямом выходе триггера запуска
(микросхема D2,l) устанавливается логическая единица
(<!>). Это напряжение через резистор R91 удерживает в на-
сыщенном состоянии транзистор VT27; времязадающий конден-
сатор С31 разряжен. На входе микросхемы D2.1 имеется <0»,
поэтому с приходом импульса синхронизации на нулевой вход
триггер запуска опрокидывается. Транзистор VT27 запирается,
начинается заряд времязадающего конденсатора С31 током
транзистора VT28. Формируется прямой ход пилообразного на-
пряжения. Пилообразное напряжение поступает на вход уси-
лителя развертки, выполненного на полевом транзисторе VT29
и транзисторах VT31, VT32, VT34—VT36. С коллекторов тран-
зисторов VT34 и VT36 пилообразное напряжение подается на
горизонтально отклоняюпдие пластины ЭЛТ. Часть пилообраз-
ного напряжения с делителя R102, R104 подается на вход схе-
мы блокировки.
Схема блокировки представляет собой ждущий мультивибра-
тор на транзисторе VT26 и микросхеме DL2, При достижении
определенного уровня пилообразного напряжения транзистор
VT26 открывается и запускает мультивибратор. Импульс с вы-
хода микросхемы DL2 через инвертор на микросхеме DIA по-
ступает на вход 04 триггера запуска и опрокидывает его
в исходное состояние. Транзистор VT27 открывается, времяза-
дающий конденсатор С31 разряжается до исходного уровня,
формируется обратный ход пилообразного напряжения. На
время длительности импульса блокировки триггер запуска не
чувствителен к импульсам синхронизации, так как на его вхо-
де S установлен <0>.
Описанный выше режим запус^са генератора развертки сиг-
налами синхронизации происходит при «Cl» на выходе 08
микросхемы D2,2, когда диод VD10 заперт. При <0> на вы-
ходе 08 микросхемы D2,2 диод VD10 открыт и на вход R триг-
гера запуска поступают импульсы схемы блокировки с выхода
микросхемы DL2, Срезом импульса блокировки опрокидывает-
ся триггер запуска, генератор развертки работает в автоколе-
бательном режиме.
Переключение такого режима в ждущий происходит автома-
тически при срабатывании триггера синхронизации. Для этого
в схему введен триггер на микросхеме D2.2, На входе его уста-
новлен <§:0^, поэтому при поступлении импульса синхрониза-
ции на вход О триггера на его выходе OS устанавливается <1>,
генератор развертки работает в ждущем режиме.
На рис. 2.12,6 показаны осциллограммы отдельных сигналов
в цепях развертки.
2.4. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Калибраторы амплитуды и времени. Это устройства, позво-
ляющие значительно повысить точность амплитудных и времен-
ных измерений. В предыдущих моделях для калибровки времен-
ных параметров применяли специальные генераторы меток.
В современных простых моделях СМ 12, С1-94, «Сага» и дру-
гих это транзисторный усилитель в режиме ограничения, запус-
кающийся синусоидальным сигналом с частотой сети питания,
снимаемым со вторичной обмотки сетевого трансформатора
(рис. 2.13). С коллектора транзистора прямоугольные импульсы
(меандр) с частотой сети и амплитудой порядка 10 В подаются
на вход усилителя при положении переключателя чувствитель-
ности Т (калибровка). При этом чувствительность прибора
устанавливается 2 В/дел., а калиброванные импульсы должны
соответствовать пяти делениям вертикальной шкалы прибора.
Калибровка коэффициента развертки возможна в положении
0,5; 1; 2 переключателя время/дел, а переключатель mS/\iS
устанавливается в положение mS.
Для универсальных осциллографов со сменными блоками
выпускается специальный блок калибратора (типа 2К11, поз. /
на рис. 1.2), который в зависимости от канала, который необ-
ходимо откалибровать, вставляется или вместо блока усилите-
ля, или вместо блока развертки. Такой калибратор генерирует
импульсы для проверки переходной характеристики базового
блока, калибрационные напряжения для проверки коэффициен-
тов отклонения выходных усилителей X и Y, специальные коди-
рованные последовательности импульсов для проверки генера-
тора знаков и т. д. Сложность таких блоков вызвана была не-
обходимостью повышения точности измерений универсальных
приборов со сменными блоками, при смене блоков и при экс-
плуатации с течением времени. О калибраторах скоростных
осциллографов упоминалось ранее.
Кпереклю-.
чателю
SxodcL
т
т¥
+Н+
+т
Wi
4W
4Н+
Ш+
1ИШ11
тфМ1
mmm
+Hf
Wf
w+
ш
S)
Рис. 2.13. Схема калибратора осциллографа С1-94 (а) и калибровка ампли-
туды и длительности по экрану ЭЛТ (б) (без линии задержки, как в устрой-
стве «Сага»)
52
Делитель
В7у^ 1110 ^ Оход Y
С62''6,8 M^COS
а) ni^/JO
1 Экранированный Г"
99 М капель ^ 1,0 ЬА I /
l"^1j'
^
с^зо
J( зажиму^ Земля"
Рис. 2.14. Схемы выносных делителей:
а —делитель 1:10 осциллографа «Сага»; б —делитель 1 :10 широкополосно-
го осциллографа С1-92; осциллограммы компенсации делителя; о — нормаль-
ная компенсация; г — перекомпенсация; д — недокомпенсация
|ini|iin|mi|iiii[iiii[iiifMii|iui[iiM|iiu{iiii|iiii
б)
^ -У
-> -У
iii|iiiilim|iiiibm[iiii|i^^
г)
п||{|И1[п1|||||||н1|||1п|||н||||||и||||||||т|[||
д)
со
пробники. Пассивные выносные делители. Осциллограф
в определенной степени всегда нагружает исследуемую схему,
поэтому встречаются случаи, когда исследуемый сигнал нельзя
непосредственно подать «а вход осциллографа. Это может быть
не только в том случае, когда амплитуда сигнала превышает
пределы допустимого. Для уменьшения влияния нагрузки мож-
но применить пассивные выносные делители, позволяющие по-
высить входное сопротивление осциллографа, а значит, и мень-
ше нагрузить источник сигнала (рис. 2.14,а). При этом умень-
шение активной нагрузки будет пропорционально коэффициенту
деления пробника (для делителя 1 : 10 — в десять раз), однако
емкостная нагрузка уменьшается в меньшей степени в зависи-
мости от частоты сигнала. Емкостную нагрузку типичный де-
литель-пробник уменьшает всего в 4—5 раз и улучшить это
отношение трудно, так как через наконечник пробника в схему
вводятся дополнительные паразитные емкости. На рис. 2.14,6
приведена схема выносного широкополосного делителя 1 : 10
осциллографа С1-92, уменьшающего емкостную и резистивную
нагрузки и общую чувствительность, что дает возможность
измерять большие напряжения (до 500 В), пользуясь только
входным аттенюатором усилителя. Верхнее плечо этого делите-
ля образуется резистором Д1 и конденсатором С/, нижнее —
входным сопротивлением и входной емкостью осциллографа.
Между верхним и нижним плечами включен кабель с опреде-
ленной распределенной емкостью от 100 до 30 пФ. Вмонтирован-
ные в корпусе резисторы, катушки индуктивности L1 и подбор-
ный конденсатор С2 подавляют «звон» и помехи кабеля на
высоких частотах. Для обеспечения нужной точности измерений
осуществляется компенсация выносного делителя 1 : 10 и калиб-
ровка коэффициентов отклонения с ним. Соединив пробник
с выходом калибратора, подстройкой конденсатора С2 необхо-
димо добиваться изображения прямоугольного сигнала, как на
рис. 2.14,в.
Высоковольтный емкостный делитель. Его применяют для
измерения больших напряжений (свыше 500 В), например,
в цепях разверток телевизора. Как показано на рис. 2.15, такой
пробник имеет два конденсатора: С1 — высоковольтный малой
емкости; С2 — большой емкости, но с малым рабочим напряже-
нием. Включенные последовательно, они действуют как дели-
тель напряжения, причем основная часть напряжения падает на
С1. Форму сигнала, возникающего на С2, можно рассмотреть
на осциллографе, так как напряжение сигнала по отношению
к «земле» не превышает допустимого для входных цепей осцил-
лографа. Конденсатор С2 полупеременный, что позволяет под-
страивать точность коэффициента деления, который в таких
высоковольтных делителях чаще всего устанавливается 1 : 100,
что упрощает расчет напряжения.
54
Вход Г'ri R2 27i}-^
^=>1lo^
I 4270y\VB1 ii *
Рис. 2.15. Высоковольтный ем- Рис. 2.16. Пробннк^детектор
костный делитель
Активные пробники. Их применяют в условиях, когда внеш-
ние наводки становятся соизмеримы с исследуемым сигналом.
Активные пробники имеют высокое входное сопротивление (бо-
лее 1 МОм), малую входную емкость (менее 10 пФ) и тщатель-
ную экранировку для предотвращения электромагнитной внеш-
ней наводки. Применение активного пробника позволяет иссле-
довать сигналы с амплитудами от 10 мВ до 1 В. Такой пробник
выполняют по схеме катодного повторителя, нагрузкой которого
служит коаксиальный кабель. В схему входят также фильтры
для сглаживания высокочастотных и низкочастотных пульсаций
и цепи компенсации. Иногда очень полезным оказывается йроб-
ник-детектор. Его можно применять для наблюдения телевизи-
онных, радиосигналов или сигналов промежуточной частоты.
Использование такого пробника позволяет наблюдать с доволь-
но высокой точностью форму огибающей высокочастотных
сигналов. Пробник должен иметь минимальную входную
емкость (во избежание расстройки контура) и демодулятор для
преобразования высокочастотного сигнала, а также короткие
выводы для подключения к цепи.
Входной разделительный конденсатор С1 (рис. 2.16) и вы-
ходной развязывающий резистор R2 используются для того,
чтобы как можно меньше влиять на исследуемую цепь. Провер-
ка формы огибающей радиосигналов с таким пробником может
производиться в любой цепи радио или промежуточной частоты
при подаче на вход сигнала соответствующей частоты (ГСС или
другого генератора).
3.5. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОВ
В зависимости от назначения осциллографа в нем приме-
няют блок питания различной сложности исходя из требований
и стабильности питающих напряжений. Нестабильность сетево-
го напряжения вызывает смещение луча по экрану (дрожание
развертки), изменение чувствительности осциллографа, ухудше-
ние синхронизации и дефокусировку.
Блок питания современного осциллографа представляет
собой весьма сложное устройство, состоящее из низковольтного
источника питания, предназначенного для питания схем прибо-
55
pa, и высоковольтного преобразователя, обеспечивающего на-
пряжения питания ЭЛТ. Для нормальной работы осциллографа
«Сага» все источники питания должны иметь малую пульсацию
и обеспечивать стабильные напряжения при изменении напря-
жения сети питания ±10 %. ^ v ^
Низковольтный источник питания (рис. 2.17,а) обеспечивает
следующие значения питающих напряжений: 240 В, ток нагруз-
ки 20 мА; 120 В, ток нагрузки 50 мА; 11,4 В, ток нагрузки
150 мА; —10 В, ток нагрузки 150 мА.
Учитывая одинаковые значения токов нагрузки источников
напряжения 11,4 В и —10 В, их получают от одного источника
напряжения с электронным стабилизатором. Стабилизатор на-
пряжений 11,4 В и —10 В выполнен по типовой схеме и пред-
ставляет собой трехкаскадный усилитель на транзисторах
VT47—VT49. Напряжение на вход стабилизатора снимается со
вторичной обмотки трансформатора Т2 через двухтактный вы-
прямитель VD24 и конденсатор С61, Подстройка стабилизиро-
ванного напряжения —10 В производится резистором R163,
выведенным под шлиц внутри прибора. Стабилизированное
напряжение 11,4 В снимается с эмиттерного повторителя VT46,
на базу которого подается напряжение от резистора R159, Ста-
билизированное напряжение —10 В снимается с эмиттера тран-
зистора Vt45.
Напряжения источников 120 и 240 В нестабилизированы и
снимаются со вторичной обмотки силового трансформатора Т2
через схему удвоения VD4 и конденсаторы С13, С16.
ЧОМ
На схему
преобразователя и R151
1000 т
TSOmk
5в
в приборе использована ЭЛТ типа 8Л07И.
Напряжения для питания ЭЛТ снимаются со схемы элек-
тронного преобразователя (рис. 2.17,6), выполненного на тран-
зисторах VT42 и VT43 и трансформаторе Т1 по схеме самовоз-
буждающегося генератора с индуктивной обратной связью. На-
пряжение питания катода ЭЛТ минус 1600 В снимается со вто-
ричной обмотки Т1 через схему удвоения (диоды VD20y VD21,
конденсаторы С48, С49). Напряжение питания модулятора ЭЛТ
снимается с другой вторичной обмотки трансформатора Т1
через схему умножения (диоды VD17—VD19, конденсаторы С^-^,
С46, С47, С50).
Стабилизация выходных напряжений преобразователя осу-
ществляется двухкаскадным усилителем на транзисторах VT43
и VT44. Выходное напряжение схемы стабилизации с коллекто-
ра транзистора VT43 управляется базовой цепью транзистора
VT42 преобразователя, обеспечивая стабильность выходных на-
пряжений. На рис. 2.17,в приведена специфичная форма напря-
жения в точке ) схемы преобразователя.
Питание канала ЭЛТ осуществляется от отдельной обмотки
трансформатора Т2, Напряжение питания первого анода (фо-
кусировка) снимается с резистора R139. Регулирование яркости
луча ЭЛТ производится резистором R13L Эти резисторы вы-
ведены на лицевую панель прибора и имеют специальное обо-
значение.
Напряжение питания второго анода ЭЛТ снимается с рези-
стора R62, выведенного под шлиц внутри прибора.
ув^ l^jsj" Д
Сеть
ВКЛ
Ил Второй
анод ЭЛТ
-1600 В
57
Ml схвыу запуска
кщчг
К потвнииомвтру
рвгушровки фокуса
58
Рис. 2.17. Схема источников питания ос-
циллографов «Сага»:
а — схема низковольтного источника питания;
6 —схема питания ЭЛТ; в — осциллограмма сиг-
нала преобразователя «Сага» в точке /; Вре-
мя/дел--2 мне; V/дгл —2 В; делитель 1:10
т
mm
т
ш
Схема подсвета луча (рис. 2.17,6) выполнена на транзисто-
рах VT38—VT40 и представляет собой симметричный триггер,
который питается от отдельного источника 30 В, относительно
источника питания катода минус 1600 В. Исходное состояние:
VT40 —открыт, УГ55 —закрыт. Положительный перепад им-
пульса запуска приходит с эмиттера VT37 схемы запуска через
конденсатор С42 и переводит триггер подсвета в закрытое со-
стояние, отрицательный возвращает в исходное. В результате
на коллекторе VT38 формируется положительный импульс
амплитудой порядка 17 В, по длительности равный длительно-
сти прямого хода развертки, который подается на модулятор
ЭЛТ и подсвечивает прямой ход развертки. Схемы источников
питания универсальных осциллографов значительно сложнее.
В них применяются специальны^ схемы защиты, высоковольт-
ные преобразователи.
Для предохранения ЭЛТ иногда применяют схемы задерж-
ки подачи высоких напряжений на электроды ЭЛТ на время
прогрева катода. Для этого используется двоично-десятичный
счетчик импульсов с частотой 50 Гц и постоянные времени це-
пей, создающие в результате суммарное время задержки вклю-
чения 2—3 мин.
Глава 3
РАБОТА С ОСЦИЛЛОГРАФОМ
3.1. ВЫБОР ОСЦИЛЛОГРАФА
В настоящее время существуют две тенденции конструктив-
ного выполнения универсальных осциллографов: в виде моно-
блока и в виде базы со сменными блоками. В тех случаях, когда
необходимые измерения сравнительно однотипны и их жела-
тельно производить при минимальном числе регулировок (на-
пример, при настройке приборов в цеховых условиях), то опти-
мальным будет применение моноблочных осциллографов: С1-94,
С1-112 —при несложных сервисных операциях; С1-65А с поло-
59
сой 50 МГц, С1-101, С1-107, С1-92 —для более широкополосных
измерений. Эти приборы сравнительно малогабаритны и более
просты в эксплуатации. Но для работы в лабораториях более
подходят универсальные осциллографы со сменными блоками
типов С1-70 и С1-91, ранее выпускавшиеся, и С1-122 и С1-115,
изготавливающиеся сейчас. Такие приборы дают возможность
проводить самые различные виды измерений.
При выборе осциллографа необходимо учитывать следующие
важнейшие характеристики.
Полоса и время нарастания осциллографа. Об этих характе-
ристиках упоминалось ранее. Надо иметь в виду, что при вы-
сокой чувствительности B00 мкВ/см и выше) и широкой полосе
пропускания сильно растет уровень шумов, затрудняющий изу-
чение слабых сигналов.
Для лучшего воспроизведения импульсных сигналов частот-
ная характеристика осциллографа должна иметь вид, показан-
ный на рис. 2.4,а, с плавным спадом на верхних частотах.
На рис. 3.1 приведена номограмма зависимости увеличения
погрешности измерения (%) от отношения времени нарастания
исследуемого сигнала и осциллографа. Если время нарастания
осциллографа составит не больше 1/5 времени нарастания рас-
сматриваемого сигнала, то погрешность измерений будет не бо-
лее 2 %, при определенной стандартами полосе пропускания
C дБ) погрешность измерения увеличивается до 3 %, и далее
на половине полосы частот — до 8 %.
Коэффициент отклонения. При работе с сигналами более
30 В необходимо использовать выносные делители. Особенно
чувствительны к перегрузке туннельные диоды в преобразова-
телях стробоскопических осциллографов. Блоки Я4С-96 или
Я4С-100 выходят из строя при подаче на вход напряжения
свыше 1 В. Верхний предел исследуемого напряжения зависит
от пробивного напряжения переходной емкости при закрытом
входе и допустимого напряжения на входе усилителя (суммар-
ного: постоянного и переменной составляющей) при открытом
входе. При применении пробника 1 : 10 допустимое входное на-
пряжение возрастает до 300 В, и такой сигнал можно рассмат-
ривать на большинстве приборов.
При исследовании сигналов малой амплитуды осциллограф
выбирают по минимальному коэффициенту отклонения (макси-
мальной чувствительности), наименьшему размеру изображения
на экране ЭЛТ, для которого еще гарантируется допустимая
погрешность измерения. Но чем больше полоса, тем меньше
должно быть значение входной емкости. Это условие очень
трудно выполнить практически. При измерениях на самых выс-
ших частотах надо применять активные пробники, обеспечиваю-
щие наименьшее значение входной емкости.
60
30
20
15
10
3
6
5
¥
J
V
—I 1—I—i !
l|
il
I M I'И
Рис. 3.1. Зависимость погрешно-
сти измерения от отношения вре-
мен нарастания исследуемого сиг-
нала и осциллографа
1:1 r,S'.f 2:1 3:1 SH 7:1
Рис. 3.2. Измерение задержки
между двумя входными сигнала-
ми А и Бу где ^3 — время задерж-
ки
Сменный блок Я4С-97 имеет выносной высоковольтный дели-
тель 1 : 100, что в результате й<;)зволяет измерять напряжения
от 20 мВ до 20 кВ с отображением результатов измерений на
экране базового осциллографа.
В обычных условиях запускается осциллограф сигналом,
изображение которого занимает на экране ЭЛТ половину деле-
ния шкалы — чаще всего 5 мм (в малогабаритных приборах —
3 мм). Если прибор запускается слабым сигналом или схема
запуска плохо работает, то удержать стабильность запуска
очень трудно. Он может производиться случайными сигна-
лами, что вызывает дрожание и общую размытость изобра-
жения. В этом случае нужно использовать внешнюю синхрони-
зацию.
Скорость развертки. При выборе осциллографа следует учи-
тывать соотношение между ценой деления самой быстрой раз-
вертки и временем установления канала вертикального откло-
нения Ту. Обычно цена деления самой быстрой развертки близка
к Зту. Например, для осциллографа с полосой пропускания
5 МГц, имеющего время нарастания 35 не, максимальная ско-
рость развертки обычно равна 0,2 мкс/см, при полосе 20 МГц —
0,05 мкс/см, при полосе 200 МГц — 5 нс/см и т. д. Такое соот-
ношение выбирается потому, что при большей скорости канал
вертикального отклонения все равно не позволит рассмотреть
более мелкие детали сигнала, а при меньшей скорости возмож-
ности канала вертикального отклонения нельзя полностью
использовать.
61
в современных приборах широко используют возможность
«растяжки» развертки — увеличение ее скорости в 10 раз,
а в отдельных приборах — в 50 раз. Это бывает полезно при
рассмотрении небольших участков сигнала (см. рис. 3.7) или
при измерении задержки между двумя идентичными сигналами,
что часто встречается в вычислительной технике. В этом случае
благодаря идентичности двух входных сигналов, поданных на
оба входа, и двухканальному коммутатору получают два иден-
тичных изображения сигналов, но сдвинутых вдоль оси времени
на величину задержки между ними. Задержку можно отсчитать
довольно точно, даже если она меньше времени установления
осциллографа в 2—3 раза, для чего и нужна повышенная ско-
рость развертки (рис. 3.2).
Из серийно выпускаемых нашей промышленностью осцилло-
графов самые быстрые перепады напряжений и однократные ко-
роткие импульсы длительностью вплоть до 5,4 пс/линию могут
регистрироваться осциллографом С7-19, самые медленные — до
25 с/дел. запоминающим осциллографом С8-17 и цифровыми
запоминающими осциллографами.
Погрешности определения длительности процессов у боль-
шинства простых осциллографов составляют 3—5%, но в уни-
версальных приборах типа С1-122 с блоком измерения Я4С-105
они могут составлять ±1 %. Следует повторить, что если время
нарастания исследуемого сигнала по крайней мере в 5 раз пре-
вышает время нарастания усилителя вертикального отклонения,
то точность временного интервала будет определяться практи-
чески только точностью временной развертки осциллографа.
3.2. ВКЛЮЧЕНИЕ ПРИБОРА И ПОДГОТОВКА ЕГО К РАБОТЕ
На рис. 3.3 показаны лицевые панели простых осциллогра-
фов, объединенных во многом общими конструктивными реше-
ниями. Независимо от типа прибора существует некоторая
общая методика включения осциллографа и подготовки его
к работе. Она заключается в следующем: проверить соответст-
вие положения переключателя сети. Оно должно соответство-
вать имеющемуся напряжению (приборы обычно поставляются
включенными на 220 В). Если в приборе установлен вентилятор,
нужно проверить чистоту сеток фильтра.
Для уменьшения наводок все соединения осциллографа
с источниками исследуемых напряжений следует производить
специальными кабелями, придаваемыми к приборам, поэтому
всегда следует использовать пробник 1 : 1 при небольших сиг-
налах и особенное внимание уделять точке его заземления как
можно ближе к месту измерения.
62
по ОСЦИЛЛОГРАФ СЫ12
ВРЕМЯ/ДЕЛ
с2 1 ос
50 ОрЬ
V/ДЕЛ
ЗАПУСК
JL
ВКЛ СЕТЬ
101 О.
V^
IQjHOpM
УРОВЕНЬ
IMfiJOpP
U;
•СЦИЛЛОГРАФ С1-94-
^м* СЕТЬ
©РАЗВЕРТКА О
ВРЕМЯ/ДЕЛ г=гй
УРОВЕНЬ 5X1 tffl
-€)©
sr^ai
О
D
1Mfi40pF
2@Й5
ЗАПУСК
ЕП
[нещ||1—1|
шп
^J-
^;
ОСЦИЛЛОГРАФ «САГА»
СЕТЬ
ОСЦИЛЛОГРАФ ОР-1
[ ВРЕМЯ/ДЕЛ V/ДЕЛ
9)
JX
П
[ma
О
п
Рис. 3.3. Органы управления малогабаритных универсальных осцил-
лографов:
а —С1-112; б —С1-94; в — сСага», г — ОР!
63
Перед началом работы ручки осциллографов, регулирующие
яркость, амплитуду синхронизации УРОВЕНЬ ставят на мини-
мум в крайнее левое положение, фокусировку и смещение по
вертикали J п горизонтали ч->- — в среднее положение, а по-
скольку органы управления приборов на рис. 3.3 почти одно-
типны, то надо нажать кнопку внутренней синхронизации
ВНУТР, поставить переключатель длительности развертки Вре-
мя/дел в положение 2, а переключатель чувствительности вер-
тикального отклонения У/дел в положение / и включить осцил-
лограф. В старых моделях прибор включался регулятором
яркости, совмещенным с выключателем сети (и это было пра-
вильно, нельзя было сжечь трубку). Если же теперь не обра-
щать внимания на ручку, то яркость может быть довольно
значительной. Через 2—3 мин на экране ЭЛТ появится светлая
линия. Отсутствие ее может объясняться недостаточной ярко-
стью (ручку надо вывести из крайнего левого положения) или
слишком большим отклонением луча за пределы экрана ЭЛТ.
Тут надо устанавливать ручки J и -^-> в различные положения,
пока луч не появится на экране ЭЛТ. Поскольку смещение
осуществляется благодаря изменению потенциала между управ-
ляющими пластинами, то во многих приборах, в том числе
и С1-92, имеется кнопка Поиск луча; при нажатии этой
кнопки происходит стабилизация потенциалов пластин и
луч оказывается в центре шкалы. Но в более простых
приборах действием ручек смещения луча возвращают его
на экран.
На рис. 3,4,а, б показаны возможные установки ручки ФО-
КУС при небрел<ной работе и при необходимости установки чет-
кой линии 0,6—1 мм, одинаковой по всей длине развертки.
Ручка -*-> должна обеспечивать перемещение луча по горизон-
тали, позволяющее совместить начало и конец рабочей части
развертки с центром экрана ЭЛТ.
В двухлучевых осциллографах, например в С8-13, рабочая
часть экрана ЭЛТ 13ЛН11 разделяется на две половины D0Х
Х80 мм для рабочей части луча).
Показанные на рис. 3.3 внутренние ручки переключателей
Время/дел и V/дел позволяют плавно изменять величины, уста-
новленные на шкалах переключателей до 2,5 раз. Таким обра-
зом, при необходимости более детального изучения небольших
участков сигнала (рис. 3,5,а) можно увеличить сигнал до раз-
меров, превышающих размеры экрана, а затем ручкой J вер-
нуть на экран участок, который хотят рассмотреть подробней
(рис. 3.5,6). Однако при этом надо следить за отсутствием пе-
регрузки входного каскада, что может внести большие искаже-
ния. В каждом осциллографе установлены пределы напряжений,
подаваемых на вход, и их нельзя превышать.
64
Рис. 3.4. Управление лучом ЭЛТ:
в —луч не в фокусе; б— луч сфокусирован;
в— луч смещен влево и вверх; г —луч сме-
щен вправо и вниз
Увеличение отдельных участков
сигналов возможно и в горизон-
тальном направлении. В этом
случае скорость развертки выби-
рается больше длительности пе-
риода рассматриваемого сигнала,
что как бы растягивает сигнал
(см. рис. 3.7).
В осциллографах с усилите-
лями постоянного тока (а таких
сейчас подавляющее большин-
ство) полоса чартот начинается
от О Гц, а следовательно, в этих
условиях большое значение на
стабильность работы оказывают
и колебания сети, и случайные
помехи, и другие явления, кото-
рые вызывают нестабильность
положения нулевой линии — ли-
нии развертки на нулевом потен-
циале экрана ЭЛТ, называемую
дрейф. Поскольку дрейф луча
сказывается на точности измерений, то перед подачей сигнала
усилитель необходимо сбалансировать, т. е. симметрировать его
плечи, чтобы луч на экране не перемещался при повороте ручки
плавной регулировки усиления, а также при переключении диа-
пазонов чувствительности.
Обычно симметрирование производят подрегулировкой поло-
жения потенциометра Баланс, Для этого предусмотрены отвер-
стия на боковой стенке корпуса прибора, где находится надпись
г)
Рис. 3.5. Использование органов управления усилением для подробного рас-
смотрения формы сигнала:
а — исследуемый сигнал; б — увеличенный участок сигнала
65
i_r^
Уровень
Рис. 3.6. Различные виды запуска нарастающим (а) и спадающим (б) сиг-
налами
Баланс. При переключении V/дел на более чувствительные
диапазоны добиваются минимального смещения, а потом устра-
няют перемещение луча при поворотах ручки Плавно.
Управление разверткой. При работе в автоколебательном ре-
жиме для исключения потери части сигнала из-за времени
обратного хода луча нужно рассматривать по крайней мере три
периода сигнала. Этот режим применяют в основном для высо-
кочастотных периодических сигналов и импульсных сигналов
длительностью свыше 300 мкс. Устойчивая синхронизация до-
стигается ручкой УРОВЕНЬ, которая регулирует значение
запускающего сигнала, заставляющего срабатывать генератор,
формирующий импульс запуска развертки. Если уровень запус-
ка установить большим, чем амплитуда запускающего сигнала,
то запуска развертки не произойдет. Наибольшая чувствитель-
ность запуска при уровне, близком к нулевому, будет при
среднем положении ручки Уровень. При вращении ручки вправо
запуск будет производиться нарастающей формой сигнала — его
фронтом, а при вращении влево — отрицательно идущей формой
сигнала, отрицательным фронтом импульса (рис. 3.6).
В связи с тем что формы сигналов и цели измерений могут
быть самыми разными, не может быть постоянносо правила
установки ручки Уровень. Правильно определить длительность
исследуемого процесса по шкале осциллографа возможно толь-
ко при установке ручки плавной регулировки длительности
в определенное калиброванное положение, обычно обозначаемое
знаком V (калибровка). При периодически следующих импуль-
сах рассмотрение фронта импульса при отсутствии линии за-
держки в осциллографе (например, «Сага;^) можно выполнить
следующим образом: развертка должна запускаться для рас-
смотрения фронта последующего импульса предыдущим
импульсом или на установленный момент раньше.
Влияние наводок. Как и в большинстве измерительных при-
боров, сигнал на входе осциллографа оценивается относительно
«земли» прибора (внешняя часть входного коаксиального разъ-
ема, которая обычно электрически связана с корпусом). Послед-
66
НИИ в свою очередь соединяется с землей сети переменного тока
через кабель питания. Это значит, что при измерении напряже-
ния между двумя точками в схеме на самом деле измеряются
потенциалы сигналов относительно земли.
В связи с этим, если подключить землю щупа осциллографа
к точке в схеме, которая обладает некоторым потенциалом отно-
сительно земли, эта точка будет в результате закорочена на
землю. Для испытываемой схемы иногда это может иметь самые
отрицательные последствия. При измерении слабых и высоко-
частотных сигналов надо убедиться, что земля осциллографа и
земля схемы, в которой проводятся измерения, одинаковы.
Лучше всего для этого соединить землю щупа непосредственно
с землей схемы, а затем измерить щупом напряжение земли и
убедиться, что сигнал отсутствует. Однако очень часто короткий
конец земля на щупе бывает оборван, на это не обращают
внимания и получают искаженные результаты. Иногда при
измерениях пользуются не щупом, а парой скрученных прово-
дов, чтобы не было наводок, но в этом случае, кроме искажений
сигнала получают еще и размытость фронта и дрожание, т. е.
паразитные перемещения по горизонтали или но вертикали. ТЗри
наводках гармонические составляющие сигнала на самых, высо-
ких частотах получаются чрезмерно увеличенными. Эти гармо-
ники появляются в виде перегибов и пиков на изображении кри-
вой (рис. 3.7). Размытость фронта или дрожание определяют
в миллиметрах (рис. 3.8). Чаще всего, встречается размытость
фронта.
Наводки определяют при наибольших амплитудах изображе-
ния, усилении и различных скоростях развертки, наименьшей
частоте запуска, измеряются в любом режиме работы осцилло-
графа, в любой части экрана трубки и не должны превышать
в нормальных условиях допустимой толщины луча трубки.
При настройке цепей частотной коррекции, усилительных
каскадов, содержащих быстродействующие операционные уси-
лители, цифровые схемы, входное сопротивление должно быть
высоким, а входная емкость — малой. Однако входной кабель
осциллографа длиной около 1 м совместно с емкостью входного
каскада осциллографа образуют суммарную емкость 120—
150 пФ (емкость кабеля с волновым сопротивлением р=50 Ом
равна 100—125 пФ/м). Введение емкости в «алаживаемое
устройство во многих случаях влияет на его работу, что приво-
дит к увеличению погрешности измерения формы сигналов на
частотах свыше 10 кГц. Кроме roto, широко внедряемые в на-
стоящее время быстродействующие операционные усилители
склонны к самовозбуждению при подключении указанной емко-
сти осциллографа к их выходу. При настройке таких усилите-
лей допустимая входная емкость щупа осциллографа должна
быть равна 10—15 пФ.
67
Рис. 3.7. Изображение наводки,
полученное при разомкнутых вход-
ных проводниках, лежащих на
столе:
а -> наводка; б — растяжка X 10
Рис. 3.8. Размытость или дрожа-
ние изображения:
/| — уровень дрожания по вертикали
(размытость фронта); ^2 —Уровень дро-
жания по горизонтали (размытость
вершины)
Входная емкость Свх осциллографа снижается при использо-
вании выносного компенсированного делителя 1 :10. Уменьшая
входную емкость со 150 до 10—15 пФ, он одновременно десяти-
кратно снижает чувствительность осциллографа. Для сущест-
венного снижения входной емкости без уменьшения чувстви-
тельности применяют выносные активные щупы-пробники, в ко-
Т9рых смонтированы повторители напряжения, построенные по
самым различным схемам, в том числе и по более простому ва-
рианту— эмиттерного повторителя напряжения.
Благодаря глубокой отрицательной обратной связи парамет-
ры эмиттерного повторителя малочувствительны к шунтирую-
щему действию емкости кабеля, включенной параллельно его
нагрузочному резистору. При этом коэффициент передачи пов-
торителя по напряжению близок к единице практически во всем
диапазоне частот. Для повышения входного и снижения выход-
ного сопротивлений, а также для ослабления зависимости вы-
ходного сопротивления от сопротивления исследуемой схемы
такой щуп выполняют чаще всего на составном эмиттерном
повторителе. Для проверки высокочастотных сигналов, напри-
мер, осциллогра(}юм С1-92 следует использовать только .прила-
гаемые к приборам высокочастотные кабели. Кабель обязатель-
но должен нагружаться у входов каналов I и II на волновое
сопротивление, равное 50 Ом. Заземляющая шина на ВЧ даже
длиной в несколько сантиметров может создать помехи ампли-
тудой порядка нескольких процентов.
Потери, вызываемые рассеянием энергии в диэлектрике ка-
беля, пропорциональны частоте сигнала. Таким образом, боль-
68
шая часть высокочастотной информации в импульсе с малым
временем нарастания может быть потеряна в соединительном
кабеле длиной всего в несколько десятков сантиметров в случае,
если он не согласован с волновым сопротивлением.
3.1. отщЕЛЕнт модного сопмтимения
и ВХОДНОЙ ЕМКОСТИ ОСЦИЛЛОГР^АФА
Обычно эти характеристики определяются схемой (и в основ-
ном конструкторским решением) и указываются в сопроводи-
тельной документации. Но работники, использующие данный
экземпляр прибора, часто хотят знать параметры именно этого
прибора, поскольку необходимо стремиться к тому, чтобы вход-
ное сопротивление осциллографа и сопротивление исследуемой
схемы были согласованы.
Входное сопротивление можно измерить с помощью моста
сопротивлений типа ШМС или ему подобного, а входную
емкость —с помощью измерителя емкости типа ЕВ-1 и др! Для
этой цели используются также и генераторы сигналов. Однако
это можно сделать с помощью осциллографа. Для этого выход
калибраторе или пилообразного напряжения с другого осцил-
лографа подают на вход У через переменный резистор в не-
сколько мегом. (Подача собственного выхода, развертки на,
вход У одного и того же осциллографа результата не даст —
изображения не будет). Установив сначала нуль сопротивления
и длительность развертки примерно 10 мс/дел, подбирают такую
чувствительность входа, чтобы размер изображения на экране
составил, скажем, четыре деления (рис. 3.9). Затем перемеще-
нием движка резистора добиваются уменьшения изображения
на экране вдвое. После этого резистор исключают из измери-
тельной схемы и омметром измеряют его сопротивление, оно и
будет равно активному входному сопротивлению осциллографа.
Для проверки значения входной емкости также можно вос-
пользоваться генератором развертки, подав его сигнал на вход
через конденсатор переменной емкости порядка 8—25 пФ. Дли-
тельность развертки устанавливают 10 мкс/дел. Конденсатор
10МС/Д£Л.
ЮМКС/ДЕЛ.
^^
ь)
Рис 8.9. Определение входного сопротивления осциллографа (а), входной
емкЛти (б) и соотношение изображений (в)
69
закорачивают и измеряют полученный размер изображения.
Затем перемычку удаляют и изменением емкости добиваются
уменьшения изображения до половины первоначального. После
этого измеряют емкость конденсатора — она и будет равняться
входной емкости осциллографа (включая и входной кабель).
Подача сигналов на отклоняющие пластины ЭЛТ. При доста-
точной амплитуде сигнала, частота которого лежит на границе
или за границей частотного диапазона, сигнал может быть по-
дан непосредственно на отклоняющие пластины трубки. Это
значительно уменьшает частотные и нелинейные искажения.
3.4. УХОД ЗА ОСЦИЛЛОГРАФОМ
Сохранение ЭЛТ. Выход из строя ЭЛТ —это одна из наибо-
лее частых причин отказов осциллографов в работе, поэтому
с трубкой надо обращаться бережно. При включении осцилло-
графа луч должен быть заперт (ручка регулировки яркости по-
вернута до отказа влево), между подачей напряжения на моду-
лятор и катод должны проходить 2 мин, это позволяет увеличить
срок службы ЭЛТ. При работе ЭЛТ желательно иметь неболь-
шую яркость. Это определяет хорошую фокусировку и долго-
вечность трубки. Повышение напряжения питания может вы-
звать паразитную эмиссию с электродов трубки, следствием
которой. будет паразитное свечение экрана. Понижение напря-
жения анода сокращает долговечность экрана, так как нагрузка
люминофора увеличивается с понижением скорости электронов.
Однако понижение напряжения анода требует значительного
увеличения тока луча для компенсации падения яркости. Разру-
шение люминофора под действием бомбардировки его отрица-
тельными ионами (ионное пятно) также быстрее обнаруживает-
ся при пониженном напряжении, от этой бомбардировки про-
исходит затемнение всего экрана.
Если прибор длительное время не эксплуатировался, то
перед его включением надо провести внешний осмотр, проверив
его на отсутствие механических повреждений, прочность креп-
ления органов управления и коммутации, наличие предохраните-
лей, чистоту гнезд, разъемов и клемм, отсутствие отсоединенных
или слабо закрепленных элементов схемы (определяется на
слух при наклонах прибора) и т. д. Хорошие контакты — это
гарантия надежной работы. Внутри осциллографов, особенно
высоковольтных, в большом количестве скапливается пыль. За-
земляющие выводы пробников, насадки могут стать источником
неожиданных помех. Осциллограф нужно тщательно очищать
от пыли, грязи, коррозии. Чистку желательно проводить в су-
хую погоду чистой сухой или смоченной в бензине Б-70 тряп-
кой или кисточкой. Лицевую часть экрана протереть от пыли
сухой чистой салфеткой.
70
3.5. ОБЩИЙ ПОДХОД Пт НАСТРОЙКЕ и ОТЫСКАНИИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ
В ТРАНЗИСТОРНЫХ УСТРОЙСТВА)(
Полное представление об исправности радиотехнического
устройства можно получить после внешнего осмотра, сравнения
измеренных значений сопротивлений н напряжений, а главное,
осциллограмм в наиболее характерных точках с данными, при-
веденными в соответствующих инструкциях. При этом жела-
тельно пользоваться осциллографом того же типа, что и при
снятии образцовых осциллограмм. В отдельных случаях необ-
ходимо проверить плавность хода и исправность потенциомет-
ров. Неисправность потенциометра обнаруживают омметром, но
кратковременные скачки сопротивления, разрывы цепи или уро-
вень шумов обнаруживаются с помощью осциллографа.
Замечания по технике безопасности. При ремонте транзистор-
ной аппаратуры следует придерживаться некоторых правил.
Следует помнить, что уже ток, превышающий 10 мА, может
парализовать человека и лишить его возможности оторваться
от провода, находящегося под напряжением. Воздействие тока
более 100 мА может привести к смертельному исходу, хотя, ска-
жем, этот ток значительно меньше тока батарейки карманного
фонарика. Человеческая кожа имеет сопротивление несколько
сот килоом, и угроза поражения током в низковольтных цепях
мала, однако если человек вспотел или кожный покров его
имеет повреждения, то сопротивление кожи уменьшается до не-
скольких сот ом, так что напряжение в 36 В может стать
опасным.
При работе с любым напряжением надо соблюдать осторож-
ность и выполнять определенные правила: не работайте в со-
стоянии усталости, при плохом освещении или в сыром поме-
щении, во влажной одежде; используйте только те инструменты,
оборудование и защитные средства, которые указаны в инструк-
ции; перед включением осциллографа и проверяемого прибора
в сеть убедитесь в исправности сетевого шнура и соедините
клеммы «Земля» с шиной заземления до других подсоединений
с приборами.
Выравняйте потенциалы корпусов приборов, если их несколь-
ко, измеряя при открытом входе щупом осциллографа их по
отношению к земляной шине.
Замену любого элемента производите только при отключен-
ном от сети соединительном шнуре и при хорошем теплоотводе
от паяльника. Проверьте, разряжены ли конденсаторы. Неко-
торые конденсаторы способны сохранять опасный для жизни
заряд в течение длительного времени. Пользуйтесь в работе
только исправным инструментом, не допускайте, чтобы в вынос-
ных делителях заземляющий вывод был оборван или заменен
каким-то проводом.
71
Пользуйтесь только заземленным паяльником, поскольку
изоляция между жалом паяльника и нагревательным элементом
может нарушиться и жало паяльника окажется под напряже-
нием сети; не производите пайку без теплоотвода.
Отсоединение клеммы от шины заземления производите
после всех отсоединений.
При работе с приборами высокого вакуума — замене ЭЛТ,
кинескопа — применяйте защитные очки.
Если произошло загорание, используйте огнетушитель на
двуокиси углерода (СОг).
Но главное — не начинайте работы по методу тыка, а озна-
комьтесь тщательно с описанием той схемы и того осциллогра-
фа, с которым вам предстоит работать.
3.i. ОТКАЗЫ В ЦЕПЯХ ПИТАНИЯ
Транзисторные устройства часто перестают работать из-за
отказов источников питания (разряд батарей или другие дефек-
ты). Напряжение питания можно проверить осциллографом.
Для этого замыкают между собой рабочий вывод и <:землю:»
пробника (чтобы снять размытость линии развертки из-за на-
водок) и смещают ручкой линию развертки на два деления
ниже осевой линии. Устанавливают чувствительность 0,5 В/дел.
при открытом входе. Затем прикладывают вывод Земля проб-
ника к минусовому выводу батареи, а рабочий конец — к плю-
совому выводу, смещение линии развертки на определенное чис-
ло делений определит годность батареи и измерит ее напряже-
ние (рис. 3.10).
Полезно также измерить потребляемый устройством ток.
Если тестер покажет нулевое значение тока, то можно предпо-
ложить обрыв цепи питания. Чрезмерный ток может свидетель-
ствовать о наличии в схеме коротких замыканий или больших
утечек. Иногда для того, чтобы вернуть прибору работоспособ-
niilmi|iiii|im|iiiiTiiii|ini|mi|iiii
а)
iiii|iiii|iiii|iiii|iiiiTmi[iiii|iiii|m(
f)
Рис. 3.10. Измерение постоянного напряжения для чувствительности входа
0,5 В/дел.:
а- напряжение 1 В; б—напряжение —1 В
12
ность, достаточно сменить батарею или предохранитель или за-
чистить выводы, подсоединенные к батарее.
Отказы в результате перегрева. Ток через переход, смещенный в обрат-
ном направлении, возникает из-за неосновных носителей, в прилегающих
к переходу областях и равен току неосновных носителей, умноженному на
коэффициент размножения носителей в переходе. В диодах при обратном
смещении неосновные носители появляются только за счет процесса тепло-
вой генерации электронно-дырочных пар. Их число при нормальной темпе-
ратуре мало, но при повышенной температуре ток неосновных носителей
возрастает и, следовательно, растет ток через переход. При этом увеличи-
ваются рассеиваемая в приборе мощность и разогрев- перехода.
В некоторых случаях может развиться процесс лавинообразного нара-
стания тока, приводящий к разрушению полупроводникового прибора. Это
явление носит название теплового пробоя. Его развитию благоприятствуют
плохой теплоотвод, высокая окружающая температура, напряжения на пере-
ходе, близкие к предельным, и работа при большом уровне рассеиваемой
мощности.
В транзисторах явление температурного пробоя происходит так же, как
в диодах, углубляется эффектом усиления тока транзисторной структурой.
Для предотвращения теплового пробоя в транзисторных каскадах предусмат-
ривают стабилизацию режима по постоянному току либо включают в кол-
лекторную цепь резисторы, ограничивающие ток через переход.
В транзисторных усилителях низкой частоты используют
электролитические конденсаторы большой емкости, в которых
из-за старения могут возникать значительные токи утечки, изме-
няющие значения напряжений смещения. Такую неисправность
отыскать довольно трудно.
Для проверки утечки в конденсаторах связи осциллограф
подключают таким образом, чтобы он показывал форму сигнала
на коллекторе транзистора, по входу которого подключен «по-
дозрительный» конденсатор связи. Один из выводов конденса-
тора отсоединяют от схемы и наблюдают, изменится ли при этом
коллекторный ток. Если при подключении и отключении кон-
денсатора ток коллектора изменяется, то это свидетельствует
о наличии утечки. Скачки тока в моменты включения из-за за-
ряда конденсатора не учитываются.
Замыкания или разрывы в цепях переходов. Если обнаружено
отсутствие тока коллектора или эмиттера, то нужно посмотреть
форму сигнала или наличие напряжения на выводе базы. При
пайке иногда нарушаются контакты между припаиваемой де-
талью и выводом транзистора. Если такая «холодная» пайка
попадает в цепь базы, то токи базы, коллектора и эмиттера
будут отсутствовать.
Разрушение транзистора из-за неправильного проведения
измерений. Транзисторы плохо переносят перегрузки по току и
напряжению в течение коротких промежутков времени. Броски
73
тока могут привести к разрушению перехода или к значитель-
ному изменению характеристик транзистора. Особенно чувстви-
тельны к перегрузкам приборы СВЧ.
При подключении контрольно-измерительных приборов, если
их щупы недостаточно хорошо изолированы, случайное корот-
кое замыкание может вызвать бросок тока. Сначала надо под-
ключить щупы измерительного прибора к проверяемой цепи,
а затем включить питание. Скачки напряжения или тока могут
возникать при отъединении деталей от схемы, находящейся под
напряжением, что иногда производится под предлогом ускоре-
ния работы. Это категорически недопустимо, так как в этом
случае помимо опасности поражения током самого оператора
возникает опасность выхода из строя многих комплектующих
деталей.
Паразитная генерация. Некоторые транзисторы, особенно из
предназначенных для работы в высокочастотных схемах, при
проверке могут возбуждаться. Если режим каскада по постоян-
ному току меняется при прикосновении пальцем или отверткой
к коллекторному выводу, значит, имеет место самовозбуждение.
Паразитная генерация может возникать и тогда, когда про-
веряемый транзистор подключается к измерительному прибору
длинными проводниками. Если транзистор возбуждается, то
можно попробовать» сорвать возбуждение, введя в цепь коллек-
тора резистор в несколько десятков или сотен ом. Паразитная
генерация не только искажает результаты измерений, но и мо-
жет повлечь за сббой разрушение транзистора, поскольку при
генерации коллекторный и эмиттерный токи могут превысить
допустимые значения.
Гла1« 4
АНАЛИЗ СИГНАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА
4.1. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ
Рассматривая сигналы в радиотехнических транзисторных
устройствах с помощью осциллографа, оператор сталкивается
с сигналами синусоидальной формы различной частоты, с им-
пульсными сигналами различной длительности, формы и частоты
следования, сигналами сложных форм.
При измерении напряжения синусоидального сигнала тесте-
ром обычно определяют его действующее значение, равное 0,707
амплитудного. Пиковое напряжение синусоидального сигнала
равно удвоенному амплитудному. Действующее значение сину-
соидального сигнала равно его пиковому напряжению, деленно-
му на 2,83 (рис. 4.1).
74
|-\^/7оложа-.
тельная
амплитуда.
Отрицательная
амплитуда
Рис. 4.1. Характеристики основ- Рис. 4.2. Измерение амплитуды и
ного синусоидального сигнала длительности переменного напря-
жения. Положение переключате-
лей: У/дел--1 В, Время/дел--
1 мс. Амплитуда сигнала 6 В, ча-
стота—250 Гц
Соотношения между действующим и амплитудным значения-
ми напряжений, которые были справедливы для синусоиды, не
будут верны для других форм сигналов, например для прямо-
угольного или треугольного. Поэтому обычно сравнивают на-
пряжения различных форм по их пиковому значению. Пиковые
значения наиболее удобны при анализе работы схем с помощью
осциллографа, поэтому осциллограф калибруется по ним.
Целесообразно, чтобы измеряемая часть сигнала занимала
0-^УО % рабочей части экрана. В этом случае погрешность изме-
рения можно уменьшить в 1,5—2 раза по сравнению с приве-
денной в технических характеристиках. Для измерения перемен-
ного напряжения производят балансировку каналов (для двух-
канальных приборов типа 01-92) и плеч усилителя. Устанавли-
вают переключатель чувствительности в такое положение, чтобы
размеры изображения были не менее трех делений (а больше —
лучше) и переключателем Время/дел развертки получают не-
сколько периодов исследуемого сигнала (рис. 4.2). Ручка ^
устанавливается так, чтобы один уровень сигнала совпадал
^ ^й"п? «"«"иеи шкалы, а другой — находился в пределах экра-
на c^jii. Ручкой ч-#^ горизонтального перемещения изображение
смещается таким образом, чтобы один из уровней находился на
центральной вертикальной линии шкалы. Ручка Плавно при
этом находится в крайнем правом положении. Число делений
между крайними .точками изображения по вертикальной оси
умножается на показания переключателя ^(9гл и на 10 если
используется при измерении выносной делитель 1 : 10.
Приводимые в справочниках нормы погрешностей относятся
к самым худшим случаям: минимальному размеру изображения
75
C0% от общего числа делений по координате измерений). Но
при этом нельзя не учитывать частоты измеряемого сигнала.
Если, допустим, синусоидальный сигнал с частотой 10 МГц на-
блюдается на экране осциллографа с полосой также 10 МГц, то
наблюдаемая амплитуда сигнала будет меньше фактической на
30 %, поэтому лучше всего работать с запасом по полосе про-
пускания до 5 раз. Значения основной погрешности измерения
амплитуды импульсов прямоугольной формы длительностью не
менее времени нарастания переходной характеристики при ма-
ксимальном размере изображения 4 деления составят 5 %.
Точности измерения напряжения возрастают при беспара-
лаксных шкалах, которые наносятся с внутренней стороны ЭЛТ,
применяемых во всех современных осциллографах.
При измерении постоянного напряжения работают с откры-
тым входом. Линию развертки (при неизвестной полярности
измеряемого источника) устанавливают на центральную осевую
линию и подключают «горячий» и земляной концы щупа
к источнику напряжения. Если линия развертки пошла вверх,
то, значит, входной щуп подключен к плюсовому выводу, при
смещении луча вниз — полярность подключения обратная.
Смещение луча по делениям умножается на цену деления и,
таким образом, измеряется напряжение (см. рис. 3.10).
Но самые большие возможности измерения напряжений
(точнее, малых изменений уровня больших напряжений) пред-
ставляют дифференциальные усилители (С1-92 и др.). Для
этого на один вход усилителя подают исследуемый сигнал,
имеющий большую постоянную составляющую, а на другой —
постоянное напр^^ение той же цолярности, что и исследуемый
сигнал. При этом наблюдают только небольшую переменную со-
ставляющую. Этот же усилитель позволяет рассмотреть сигнал,
избавленный от помех. На один его вход подается сигнал
с помехой (рис. 4.3,а), а на другой — одна помеха (рис. 4.3,6).
Результирующий сигнал показан на рис. 4.3,в.
С помощью осциллографа исследуются импульсы различных
форм: прямоугольные, трапецеидальные (симметричные и не-
симметричные) с линейными или экспоненциальными фронтом
и спадом, треугольные, синусквадратные и т. д.
При этом погрешности измерения амплитуд импульсных сиг-
налов с плоской вершиной (прямоугольные, трапецеидальные)
будут меньше, чем погрешности измерения амплитуд сигналов,
не имеющих плоской вершины (колоколообразные, треугольные
и т. п.) даже при одних и тех же длительностях, амплитудах,
фронтах и частотах повторения сигналов. Но, в общем, при
измерении напряжений с помощью осциллографа необходимо
соблюдать следующие правила: при переходе от калибровки
к измерению не надо трогать ручек регулировки усиления; пом-
нить, что применение выносных делителей увеличивает погреш-
76
Рис. 4.3. Применение диффе-
ренциального усилителя для
освобождения изображения от
помехи:
^^ а-— изображение сигнала с поме-
ту хой; б — изображение помехи; в —
изображение «чистого» сигнала
ность измерений; пользоваться усилителем только в пределах
полосы пропускания, а высокочастотные сигналы подавать на
пластины ЭЛТ; избегать применения длинных соединительных
проводов, емкость которых шунтирует исследуемую цепь и иска-
жает данные измерений.
4.2. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ СИГНАЛА
Длительность сигнала измеряют различными методами: по
яркостным меткам, по кварцевому калибратору, а в современ-
ных осциллографах — по калиброванным разверткам. В этом
случае скорость развертки следует установить такой, чтобы
измеряемый сигнал или его участок занял максимальное число
делений горизонтальной шкалы (рис. 4.4).
Измерения нужно проводить либо оба по правым, либо оба
по левым краям линии изображения (для уменьшения погреш-
ности измерения за счет толщины линии луча). При увеличении
длины измеряемого интервала на экране ЭЛТ точность измере*
НИИ увеличивается. Обратимся к рис. 4.4, на котором 5 периодов
занимают расстояние 9 делений шкалы при коэффициенте раз-
вертки 2 мкс/дел. Тогда частота сигнала
f=nl{lTp) =5/(9.2.10-«) =5.10-^18=277 кГц,
/ — расстояние, которое
Гр — коэффициент раз-
где п — число измеренных периодов;
занимают измеренные периоды, дел.;
вертки на измеряемом диапазоне с/дел.
Чтобы гарантировать точность измерения, желательно иметь
время установления осциллографа на порядок меньше измеряе-
77
Рис. 4.4. Измерение длительности
сигнала
Рис. 4.5. Измерение временно-
го интервала между двумя
точками сигнала
МОЙ длительности сигнала. Однако это не всегда возможно. Но
если измеряется длительность фронта или спада трапецеидаль-
ного импульса либо длительность самого этого импульса на
уровне 0,5, то влияние времени установления осциллографа лег-
ко учесть.
Длительность прямоугольного (или трапецеидального) им-
пульса, отсчитанная по шкале осциллографа на уровне 0,5
амплитудного значения, равна истинной длительности входного
импульса, отсчитанной также на уровне 0,5.
Истинная длительность вершины импульса на уровне 0,9
амплитудного значения больше кажущейся (видимой на экра-
не) на значение
M^t,
Yt\
-t'
«■ф г * ф* — у»
где /ф — кажущаяся длительность фронта; ^у г—время установ-
ления осциллографа.
Длительность по основанию на уровне 0,1 меньше кажущей-
ся на такое же значение, только вместо кажущейся длительно-
сти фронта tф нужно подставить длительность спада /с. Прави-
ла эти справедливы, если изображение импульса на экране
имеет плоскую вершину.
На рис. 4.5 показано измерение временного интервала между
двумя точками сигнала. Переключатель Время/дел установлен
в положение 0,5 мс. Изображение занимает 5 делений. Следова-
тельно, временнбй интервал между двумя точками сигнала будет
0,5X5=2,5 мс.
Для измерений временного сдвига между двумя сигналами,
например, с помощью осциллографа С1-92 применяют двухка-
нальный режим работы прибора (рис. 4.6). Сигналы подаются
ца оба входа прибора одинаковыми коаксиальными кабелями
с одинаковым временем задержки. Если сигналы противополож-
ной полярности, то нажатием кнопки Инверт меняют полярность
сигнала в канале //. Переключателем V/дел устанавливают
размер изображения 4—6 делений, ручкой Уровень — устойчи-
78
Уро6ень50°/о
амплитуды
im|>iii[iiii|^iii|i
itiiii|iii'[im[iin
Разница по горизонтали
Рпс. 4.6. Измерение временного
сдвига между двумя сигналами
Рис. 4.7. Измерение временных
интервалов с помощью задержан-
ной развертки:
//, X—начало и конец отсчета; ^g —
временнбй интервал. Переключатель
Время/дел —иа 0,2 мкс. Интервал
между импульсами (8,81—1.41)-0,2=
«=1.48 МКС
щ
/^L__A.J=___'^
mi
и|[||И||Ч|||Цф||||||1|[иП|1
Wf
вую синхронизацию. Переключателем Время/дел устанавливают
между двумя импульсами 4 и более делений. Ручкой смеще-
ния J устанавливают точки изображения, между которыми
проводится измерение, на центральную линию шкалы ЭЛТ,
а ручкой ч-^ сигнал, поданный на вход канала /, на пересечение
центральной горизонтальной линии шкалы с вертикальной ли-
нией. Затем измеряют расстояние по горизонтали между точка-
ми в середине импульса (рис. 4.6) и умножают его на коэффи-
циент развертки, установленный переключателем Время/дел.
В осциллографах, имеющих двойную систему разверток (на-
пример, С1-92, блок Я4С-91 и др.), временные интервалы
измеряют с погрешностью 1,5—2%. На рис. 4.7 показано изо-
бражение двух сигналов. Ручкой Задержка устанавливают под-
светку участка, который должен быть растянут. Длительность
этого участка регулируется ручкой Время/дел развертки £, и
при переключении в положение А+Бзалерж весь этот участок
появляется на экране. Увеличение длительности изображения
(«лупа времени:^) можно определить, разделив показания пере-
ключателей Время/дел развертки А на развертку Б (в данном
случае —около 100).
Измерение периода. Можно, конечно, просто измерить дли-
тельность одного периода, как и при измерении длительности
импульса, но лучше измерить длительность 5—10 периодов, раз-
вернув их на весь экран, и разделить измеренную длительность
на число периодов. Заметим, что измерение периода возможно
даже в тех случаях, когда частота входного сигнала выше верх-
ней предельной частоты полосы пропускания осциллографа, так
79
как точность передачи формы и амплитуды при этом несущест-
венна. На современных осциллографах, имеющих плавный спад
за пределами полосы пропускания, возможности умножения
развертки и запас по частоте синхронизации, можно измерить
период частоты сигнала в 2—5 раз выше предельной.
4.3. ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗЫ И ЧАСТОТЫ
Измерение можно производить с помощью осциллографа и
генератора по фигурам Лиссажу, если сигнал имеет простую
форму. При этом максимальная измеряемая частота ограничена
полосой пропускания усилителей. X осциллографа, так как уси-
лители канала У более широкополосные. В осциллографу С1-92
для работы в режиме X—Y сигналы подаются на входы кана-
лов I и II я нажимается кнопка X—Y, Этот режим использует-
ся для определения фазовой разницы между двумя сигналами
одной частоты. Этот метод более,удобен для частот сигналов до
100 кГц. Изображение устанавливается на середину экрана
ЭЛТ (рис. 4.8,а) и переключателями V/дел обеспечивают раз-
мах изображения до четырех де-
лений в каждом направлении.
Переключатель V/дел канала /
управляет вертикальным откло-
нением, а переключатель V/дел
канала // — горизонтальным. Изо-
бражение располагают симмет-
рично относительно вертикальной
градуированной линии шкалы эк-
рана ЭЛТ. Измеряют расстояния
L между точками пересечения
кривой с вертикальной градуиро-
ванной линией и расстояние Я —
максимальное по вертикали. Си-
нус фазового угла ф определяют,
разделив L/H, т. е. 8тф=1/Я=з
=2/4=0,5, откуда <р=30°. Не-
обходимо учесть имеющуюся соб-
ственную' разность между усили-
телями Y и X, которая вызывает-
ся разницей между их схемами и
конструкцией и дается в харак-
теристиках йрибора. В данном
случае она равна 3°, т. е. (р=
Рис. 4.8. Измеренне разности фаз меж-
ду двумя сигналами однбй частоты
80
б) г)
Рнс. 4.9. Измерение разности фаз:
а и б — графически; в и г — аналогично по осциллограмме; f==l МГц; Время/дел-
0,2 мкс
Рис. 4.10. Примеры фигур Лиссажу при различных соотношениях
частот
=30—3=27°. При нулевом сдвиге получают прямую линию
(рис. 4.8,6), при сдвиге 90° — окружность (рис. 4.8,в).
Измерение разности фаз можно проводить, как показано на
рис. 4.9. Фазовый коэффициент определяется как отношение
3607^, где п — число делений, занимаемых одним периодом сиг-
лала.
81
Ct wo R1 700 k
Vlfl
A3U
Ко 6xodi/
осциллограсра
F
Рис. 4.11. Одна из схем изме-
рения частоты исследуемого
сигнала
Рис. 4.12. Искажение сигнала
благодаря сдвигу по фазе
третьей гармонической состав-
ляющей, имеющей амплитуду
30 % основного сигнала
^аэа1
Фаза 2
ФазаЗ
Измеряют разность по горизонтали между соответствующи-
ми точками сигналов (в делениях шкалы) и умножают измерен-
ное расстояние в делениях на фазовый коэффициент для полу-
чения точного значения фазовой разности. В данном примере
фазовая разность равна 360/8-0,6=2?'. Более точное измерение
фазы между двумя сигналами производится включением рас-
тяжки разверток. В этом случае погрешность измерения раз-
ности фаз уменьшится в 10 раз. Фигуры Лиссажу для соот-
ношения частоты 1:1 приведены на рис. 4.10,а и 1:2 — на
рис. 4.10,6. В данном случае один из источников — нестабилен.
Другой способ измерения частоты свободен от ограничения,
налагаемого более узкой полосой усилителя. Он заключается
в том, что сигналы измеряемой частоты и генератора подводят-
ся к простейшему смесителю (рис. 4.11), а осциллограф исполь-
зуется как индикатор нулевых биений. Обычно нулевые биения
наблюдаются на нескольких частотах. Биения максимальной
амплитуды соответствуют совпадению основных частот, а по-
следующие— их гармонических составляющих. Но при этом
легко может произойти и искажение сигнала. На рис. 4.12 по-
казано, как вторая и третья гармоники, опаздывающие по фазе,
могут искажать основной сигнал в зависимости от того, попа-
дают они в положительную или отрицательную форму сигнала.
4.4. ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ
Сигнал пpямoyfoльнoй формы, который применяется как
испытательный при исследовании радиоустройств, может быть
разложен на большое число синусоидальных сигналов, частота
которых увеличивается, а амплитуда уменьшается. Но все эти
составляющие обычно находятся в фазе по отношению к основ-
82
Рнс. 4.13. Синтез формы прямоугольно-
го сигнала из синусоидальных гармони-
ческих составляющих: основная часто-
та, третья и седьмая гармоники
ной (проходят через нуль одновременно). Амплитуда гармоник
обратно пропорциональна порядку гармоник. На рис. 4.13 вид-
но, что уже воспроизведение седьмой гармоники позволяет по-
лучить форму, .относительно близкую к исходной форме прямо-
угольного сигнала.
Связь параметров переходной характеристики осциллографа
с погрешностями измерения исследуемых сигналов. Параметры
переходной характеристики (ПХ) осциллографа достаточны для
того, чтобы по ним можно было при необходимости определить
погрешность измерения сигнала любой формы.
Для типичной переходной характеристики осциллографа
(рис. 4.14) характерны участки: 1) аЬ {а^У)—нарастание от
уровня 0,1 до уровня 0,9 — время нарастания (тн); 2) точка с —
мгновенное значение ПХ, соответствующее максимальному пре-
вышению над установившимся значением и определяющее ве-
личину выброса (бв); 3) ad (a'd' — время установления (ту),
после которого дальнейшие отклонения ПХ от установившегося
значения не превосходят оговоренной величины, в качестве ко-
торой обычно берется допустимая величина неравномерности
установившегося значения ПХ; 4) участки dg {d'g') и ef
7,07
r.02
WO
0,Эд
0,9 \
0,70
Ц05
Г с с'
•1 1
i
W \t 1 ...1 1 J 1 L
ж —
1 1 1 L 1 ..J 1 1
Рис. 4.14. Изображение переходной характеристики осциллографа (приведено
изображение двух импульсов)
83
(e'f^) — типичные формы неравномерности G) ПХ, а в нерав-
номерность включаются отражения, синхронные наводки, спа-
ды, подъемы, наклоны и т. п.
Рассмотрим связь этих параметров ПХ с погрешностями
воспроизведения сигналов.
Время нарастания влияет на точность воспроизведения -сиг-
налов, длительность или период повторения которых одного по-
рядка со временем нарастания осциллографа. Для большинства
реально существующих форм сигналов, в том числе и колоколо-
образного, синусоидального и синусквадратичного имнульсов,
погрешность воспроизведения, обусловленная временем нараста-
ния ПХ осциллографа, не превышает 2%, если длительность
(время нарастания) импульсного сигнала не менее чем в пять
раз превышает время нарастания ПХ осциллографа, а период
повторения непрерывных сигналов не менее чем в пять раз
превышает время нарастания ПХ осциллографа («правило
пяти»).
Выброс. Если время нарастания исследуемого сигнала рав-
но или превышает Зт» ПХ, а длительность выброса не превы-
шает 2тн ПХ, то погрешность воспроизведения сигнала в виде
дополнительного выброса не превышает 0,2 от значения выбро-
са ПХ. Неравномерность вершины ПХ осциллографа обычно
ограничивают 1—2 %. В этом случае не имеет смысла стре-
миться к уменьшению выброса менее 3—5 %, так как погреш-
ность воспроизведения сигналов, обусловленная выбросом ПХ
3—5 %, не превышает погрешности, обусловленной неравномер-
ностью вершины ПХ.
Время установления определяет минимальную длительность
сигнала прямоугольной формы, параметры которого могут быть
измерены на осциллогра^)е с такой же точностью, как и пара-
метры сигналов большей длительности.
Неравномерности больших длительностей (>Тн) полностью
воспроизводятся при передаче исследуемых сигналов некоторых
форм (напрйхмер, прямоугольных импульсов), поэтому неравно-
мерность должна полностью входить как составляющая погреш-
ности измерения амплитуды. Неравномерности малых длитель-
ностей (<Стн), если они не являются синхронными наводками
на вертикальный тракт сигналов от других узлов осциллографа,
воспроизводятся на исследуемом сигнале в зависимости от
спектральных составляющих этого сигнала. Однако в связи
с трудностями разделения неравномерностей, являющихся след-
ствием внутренних синхронных наводок осциллографа и нерав-
номерностей, обусловленных ПХ, например отражениями в вер-
тикальном тракте, необходимо любую неравномерность ПХ
независимо от ее формы и длительности считать как составляю-
щую погрешности измерения амплитуды исследуемых на осцил-
лографе сигналов.
84
4.5. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ФОРМИРУЮЩИЕ ЦЕПИ
Ограничивающие цепи являются наиболее распространенными формирую-
щими цепями. Их можно классифицировать как ограничители с насыщением,
с отсечкой или с их комбинацией. Ограничение уровня может сочетаться
с усилением сигнала.
На рис. 4.15,а показана упрощенная схема транзисторного ограничителя
с усилением, на рис. 4.15,г — статическая переходная характеристика тран-
зисторного усилительного каскада с общим эмиттером. Ограничение насы-
щением происходит при соответствии напряжения смещения точке А харак-
теристики (рис. 4.15,г). Во время положительного полупериода входного на-
пряжения работа происходит на линейном участке, ограничения не происхо-
дит. Во время отрицательного полупериода входной сигнал увеличивает
прямое смещение перехода эмиттер — база, увеличивая ток эмиттера. Тран-
зистор работает на участке насыщения АВ характеристики, и происходит
ограничение сигнала насыщением (рис. 4.15,6).
Ограничение отсечкой получается тогда, когда рабочая точка транзисто-
ра в отсутствие сигнала соответствует точке Б (рис. 4.15,г). В этом случае
при положительной полуволне транзистор работает на участке характеристи-
ки БГ и наступает ограничение. При отрицательной полуволне, если сигнал
не выводит транзистор за пределы участка БА^ сигнал усиливается линейно
(рис. 4.15,в).
Двустороннее ограничение происходит, если входной сигнал имеет до-
статочный размах, обеспечивающий заход на участки АВ и БГ характери-
=г-Ек
X ^^)
Рис. 4.15. Транзисторный ограни-
читель:
а — схема; б — форма выходного сиг-
нала при ограничении насыщением; в —
форма выходного сигнала при ограни^
чении отсечкой; г — статическая пере-
ходная характеристика
иеэ -0,2В
85
Рис. 4.16. Ограничитель-селек-
тор отрицательных пиков
стики. Ограничение будет симметричным, если рабочая точка при нулевом
сигнале попадает на середину линейного участка характеристики (точка О
на рис. 4.15,г). Когда прямоугольный сигнал формируется из Слабого сину-
соидального, для качественного ограничения нужно предварительное уси-
ление.
Ограничители применяют в радиоприемниках с частотно-модул1фованны-
ми сигналами, в звуковом канале телевизора для устранения паразитной час-
тотной модуляции.
Транзисторные селекторы представляют собой разновидность ограничи-
телей. Их назначение пропускать и ограничивать положительные или отрица-
тельные пики и отбрасывать оставшуюся часть сигнала. Простейшее изобра-
жение такого селектора-ограничителя отрицательных пиков дано на рис. 4.16.
Переход транзистора база — эмиттер (в отсутствие сигнала) имеет нулевое
смещение. Но при поступлении отрицательного полупериода сигнала появля-
ется базовый ток, который заставляет конденсатор связи заряжаться, уве-
личивая запирающее смещение на базе. Между отрицательными пиками
входного сигнала некоторая часть напряжения стекает на землю. Значение
этой утечки зависит от постоянной RC в цепи базы.
Входной синусоидальный сигнал будет открывать переход база — эмиттер
в течение каждого отрицательного пика, чтобы возместить утечку заряда.
Амплитуда ограниченного предельного сигнала в коллекторной цепи и степень
хограничения зависят от постоянной времени, в цепи базы, а также от уровня
входного сигнала. При малых входных сигналах в коллекторную цепь про-
ходит почти половина периода входного сигнала, а при больших сигналах —
только небольшая часть вершины.
Этот принцип широко используется в телевидении для вы-
деления синхронизирующих импульсов. Длительность строчных
импульсов синхронизации составляет 5 мкс, а кадровых —
200 МКС. Выделение импульсов синхронизации из общего теле-
визионного сигнала выполняется простым амплитудным селек-
тором-ограничителем по минимуму, так как синхронизирующие
импульсы всегда превышают сигнал изображения, а далее для
выделения строчных синхроимпульсов используются дифферен-
цирующие ячейки, а для выделения кадровых синхроимпуль-
сов— интегрирующие. Для проверки осциллографом этих
86
форм сигналов необходимо использовать частоту развертки
0,2 Гц/дел., скорость 0,02 мкс/дел. и чувствительность входа
2 В/дел.
4.6. НЕКОТОРЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ СИГНАЛОВ
Генераторы сигналов можно разделить на два класса: гене-
раторы импульсных сигналов различных форм и генераторы си-
нусоидальных сигналов.
Генераторы импульсных сигналов. Они представляют собой
нелинейные системы, генерирующие колебания с крутыми пере-
падами токов и напряжений. Их выполняют н^ усилителях
с широкополосной положительной обратной связью. Эти схе-
мы— мультивибраторы, блокинг-генераторы и триггеры — ши-
роко применяют в осциллографической технике.
Мультивибраторы предназначены для получения прямо-
угольных импульсов заданной длительности, деления частоты
следования импульсов, задержки импульсов относительно
импульсов запуска и др.
На рис. 4.17 показано применение мультивибратора в каче-
стве генератора в схеме коммутатора двухканального осцилло-
графа (см. рис. 2.6). Электронный переключатель, управляющий
выходами усилителей Л и Б, собран на мультивибраторе на
транзисторах VT1 и VT2y работающем в автоколебательном ре-
жиме. Формирующий каскад на выходе мультивибратора обес-
печивает четкое переключение. Сигналы со входов А и Б попе-
Усилите/fb
канала
А
Усилитель
канала
Б
Коммути-
руемый
каскад
-Н
Кс^му ти-
руемый
каскад
[Змиттерныщ
повторитель
и оконе*>ный.
усилигель
КдЛТ
Формиру-
ющий,
каскад
Рис. 4.17. Структурная схема усилителя-коммутатора двухканального осцил-
лографа
87
/о i
110
«{^» или«1»
«о» или«^»
Рис. 4.18. Усилитель-коммутатор аналогичного назначения в виде интеграль-
ной схемы частного применения
ременно поступают на эмиттерные повторители и на оконечный
усилительный каскад..
На рис. 4.18 приведен переключатель режимов работы уси-
лителя Y осциллографа С1-92 в интегральном исполнении на
гибридной микросхеме частного применения МС-1. В зависимо-
сти от того, какая кнопка управления режимами нажата: / —
только канал /, ... — прерывисто, 2 — алгебраическая сумма
каналов I и И, ->► -^—поочередно, 2 — только канал // — схе-
ма управления обеспечивает на контактах 10, 12 микросхемы
МС1 <0> или <с1». В ответ на это схема коммутаторов вы-
бирает один или смешивает два входных аналоговых сигнала,
поступающих на контакты 6, 9 или 2, 13 микросхемы с усилите-
лей каналов. На контакт 13 со схемы синхронизации подаются
управляющие импульсы, поступающие с независимой частотой
или с частотой развертки.
В отличие от мультивибраторов в блокинг-генераторах тран-
зисторы открываются только на время формирования импуль-
сов, благодаря чему возможен форсированный режим работы
транзисторов и увеличение отдаваемой мощности в импульсе.
Блокинг-генератор может работать в автоколебательном или
ждущем режимах.
На рис. 4.19 дана схема блокинг-генератора, взятого из теле-
визора, собственная частота задается времязадающей цепью
R7, С4, включенной в эмиттер транзистора VT, Особенность
такой схемы состоит в том, что напряжение на RC цепи не со-
держит импульсной составляющей и может подаваться непо-
средственно на усилитель. Период собственных колебаний опре-
деляется постоянной /?С, а также положением резистора R2.
В импульсных трансформаторах Т обычно применяются ферри-
88
Рис. 4.19. Схема блокинг-генера-
тора кадровой развертки малога-
баритного телевизора:
а — схема; б — синхроимпульс, посту-
пающий на базу VT\ в — импульс на
обмотке импульсного трансформатора;
г — выход на усилитель
Выход
К усилителю
. пилы
ТТ1 \А-Ц, Ууу
г)
товые сердечники, добротность которых может вызвать появле-
ние различных нестационарных процессов. Диод VD шунтирует
вторичную обмотку трансформатора после выключения VT, рас-
сеивая избыточную энергию, накопленную в сердечнике транс-
форматора и предотвращая появление чрезмерно больших
импульсов напряжения, которые могли бы вывести из строя
транзистор или вызвать повторный самопроизвольный запуск.
При указанных на схеме параметрах /?С-цепи ее постоянная
времени близка к периоду следования полукадров, поэтому на-
пряжение на выходе будет иметь заметную нелинейность, легко
различимую на экране осциллографа (рис. 4.19,г). Эта нели-
нейность компенсируется в последующих каскадах усилителя.
Кадровые синхроимпульсы отрицательной полярности посту-
пают на базу VT через конденсатор CL Потенциометром R2
устанавливают частоту собственных колебаний несколько ниже
частоты приходящих синхроимпульсов. Амплитуда выходного
напряжения (и, следовательно, тока в кадровых катушках
отклоняющей системы) регулируется переменным резисто-
ром R8,
Если при проверке осциллографом частота колебаний бло-
кинг-генератора отличается от требуемой или наблюдаются
произвольные ее изменения, следует проверить исправность де-
талей, определяющих постоянную времени. Изменения частоты,
которые сопровождаются падением амплитуды импульсов, что
89
сразу видно на экране осциллографа, могут быть вызваны де-
фектом трансформатора.
Блокинг-генераторы часто применяют в схемах делителей
частоты, обеспечивая в одном каскаде коэффициент деления до
10—20. Если частота синхроимпульсов меняется в широком диа-
пазоне, а коэффициент деления частоты должен оставаться не-
изменным, то блокинг-генератор использовать нельзя. В таком
случае применяют дискретные делители частоты на основе триг-
геров.
4.7. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
LC-генераторы. LG-генераторы применяют в приемниках, маг-
нитофонах и других устройствах. В радиоприемнике LC-генера-
тор выполняет функции гетеродина, а в магнитофоне создает
переменное напряжение подмагничивания при записи и сти-
рании.
На рис. 4.20,а показана схема LC-генератора на транзисторе
П'р-п по схеме трех точек. Отвод катушки подключен к эмитте-
ру. Резистор /?б обеспечивает подачу смещения на переход
база — эмиттер. Значения L и С контура определяют частоту
колебаний, которую можно просмотреть на осциллографе
(рис. 4.20,6). Конденсатор Ct разделяет по переменному току
катушку контура и базу транзистора, а Сэ устраняет отрица
тельную обратную связь через ^э. Катушка с отводами опре-
деляет коэффициент связи трансформатора с контуром и коэф-
фициент трансформации между эмиттером и базой.
В установившемся режиме напряжения на базе и эмиттере
близки к синусоидальным, ток эмиттера и коллектора имеет
вид коротких импульсов. Непосредственное наблюдение формы
эмиттерного тока невозможно без токового пробника, но ток
коллектора легко наблюдать, включив в цепь коллектора рези-
стор небольшого сопротивления (около сотни Ом для мало-
мощных генераторов). Введение этого резистора полезно и по
другой причине — он предотвращает возможное возбуждение
транзистора на сверхвысокой частоте за счет паразитной индук-
тивности коллекторной цепи.
Наблюдение за формой коллекторного тока позволяет сде-
лать вывод о запасе возбужден'ия: при большом запасе возбуж-
дения импульсы коллекторного тока узкие, при малом — состав-
ляют значительную долю периода. Большой запас возбуждения
означает надежность работы генератора, несмотря на воздей-
ствие неблагоприятных факторов (ухудшение добротности кон-
тура, понижение напряжения питания, изменение параметров
транзисторов и т. д.).
С помощью осциллографа можно настраивать генераторы,
собранные по другим схемам. Для оценки длительности импуль-
90
Рис. 4.20. LC-генератор:
а — схема; б — формы сигналов
сов коллекторного тока требуется осциллограф с полосой про-
пускания на порядок выше частоты генератора. Длитедьность
импульсов коллекторного тока можно также оценить, рассмат-
ривая на двухканальном осциллографе напряжения базы и
эмиттера и определив долю периода, в течение которой напря-
жение базы больше напряжения эмиттера на значение отпира-
ния эмиттерного перехода. В этом случае требования к полосе
пропускания осциллографа существенно ниже, но и точность
измерений также уменьшается..
С помощью осциллографа легко,определить нежелательное
явление, которое иногда наблюдается в генераторах —преры-
вистая гейерация. При этом явлении амплитуда колебаний ге-
нератора самопроизвольно модулируется частотой в 100 раз
ниже основной. Иногда эта частота настолько нестабильна, что
ее изображение не удается остановить на экране. Обычно это
явление возникает при сочетании очень большого запаса воз-
буждения и больших постоянных времени /?бСб, /?эСэ.
На рис. 4.21 приведена общая схема генератора стирания
магнитофона, построенная по двухтактной схеме для получения
симметричной формы колебаний и достаточной выходной мощ-
ности. Положительная обратная связь образуется благодаря
перекрестному включению между коллекторными и базовыми
цепями транзисторов двух /?С-цепочек.
В процессе работы генератора в течение одного полупериода
один транзистор отпирается, другой запирается. От вторичной
обмотки трансформатора Т питается стирающая головка. Эта
цепь настраивается на максимальную отдачу напряжения кон-
денсатором С2=0,08 мкФ. От этой же обмотки через конденса-
тор С/=27 пФ снимается ток подм^гничивания в записываю-
щую головку.
91
о-
сч
ом
Рис. 4.21. Общая схема генератора стирания с двух-
тактным выходом
При налаживании генераторов стирания подмагничивания
нужно иметь в виду, что кpo^4e отдачи необходимой мощности
они должны удовлетворять еще одному требованию — симмет-
рированию формы напряжения подмагничивания. Даже неболь-
шое отклонение от симметрии (несколько процентов) вызывает
заметное повышение шума ленты. По форме синусоиды на экра-
не однолучевого осциллографа это обнаружить не удается. Надо
на двухканальном осциллографе с усилителем-коммутатором
подать сигнал на оба канала и как можно точнее совместить
в них изображения сигналов. Затем, заменив полярность
в одном из каналов, снова сместить изображения с помощью
ручки Смещение по X или ч-^, не трогая других органов
управления. Асимметрия синусоиды выявится на экране в виде
размытия или двоения линии. Возможной причиной искажения
формы сигнала может служить нарушение симметрии двухтакт-
ного каскада, которое может быть вызвано выводом из строя
одного из транзисторов или коротким замыканием в катушке.
Измерение тока стирания /ст и тока подмагничивания in произ-
водят косвенным методом при помощи измерительных резисто-
ров /?и, включенных последовательно с магнитными головками
стирания ГС и записи ГЗ в их заземленный вывод. Схема изме-
рения тока стирания, подмагничивания и частоты стирания при-
ведена на рис. 4.22.
Форму тока подмагничивания проверяют в цепи стирающей
головки, так как ГС и ГЗ питаются от одного и того же генера-
тора, а ток стирания значительно больше и влияние на него
измерительных цепей меньше. Осциллограф подключается
к измерительному резистору. Частота колебаний должна быть
порядка 45—50 кГц, т. е. при длительности развертки
92
/««кГц
Рис. 4.22. Схема измерения тока стирания, подмаг-
ничивания и частоты стирания
0,05 мс/дел. — на экране 2—3 периода сигнала, а отклонение
луча при чувствительности 0,1 В/дел. при значении измеритель-
ного резистора I кОм должно быть 5—6 дел., т. е. значение тока
подмагничивания 0,5—0,6 мА.
4.8. ГАРМОНИЧЕСКИЕ /^С-ГЕНЕРАТОРЫ
Существует класс транзисторных гармонических генерато-
ров, у которых обратная связь с выхода на вход задается с по-
мощью многозвенной фазосдвигающей цепочки. Их часто при-
меняют, если нужно получить колебания на звуковых частотах,,
так как LC-контуры на этих частотах громоздки.
Один из генераторов звуковой частоты показан на рис. 4.23.
Он представляет собой двухкаскадный усилитель с частотно-
иЩ
0,0^7 [Oft'fy^ ^^^
VJI
A818A
% jprlOOHK
^VTZ± Jt
RIO У^г
180 КШ1А
-С2>-й—О
\KT3B1B
I
R6
20k
VT1
"KT361B
R9 42K
+£«
Рис. 4.23. Схема простого ге-
нератора звуковой частоты:
а — схема, б — искажения выход-
ного сигнала, вызванные чрезмео-
ной обратной связью
9а
зависимой обратной связью. Этот генератор выпускается в на-
боре для изучения радиотехники в школе. Цепь обратной связи
обеспечивает необходимый для самовозбуждения колебаний
сдвиг фаз только на одной определенной частоте, зависящей от
емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов, образую-
щих эту цепь. При соответствующем выборе элементов схемы и
режима работы генератора можно получить практически сину-
соидальные колебания, например, 1 кГц ±0,3 кГц при данных
схемы. Почему берут именно эту частоту? Для характеристики
звука по частоте пользуются октавой — основным музыкальным
интервалом, соответствующим изменению частоты ровно вдвое.
Поэтому для удобства изображения частотных характеристик
берут ряд частот, отличающихся одна от другой на одну октаву
или ее кратные доли. При этом за Ьпорную частоту берут 1 кГц
и все отсчеты ведут от нее в обе стороны — как в сторону повы-
шения, так и в сторону понижения. При измерениях в магнит-
ной записи за опорную принимают частоту 400 Гц, потому что
все измерительные ленты с записью установочного уровня
используют в качестве опорной частоты 400 Гц. Частотно-зави-
симая обратная связь вводится в цепь базы транзистора VT1
из цепи его коллектора через фазосдвигающую цепочку, обра-
зуемую конденсаторами С/—С4, резисторами /?/, R2, R4, R6,
а также входным сопротивлением транзистора VT1. Частота
генерируемы[х колебаний
f=65-104 (RC),
где /--частота, Гц; /?1=/?2=/?з, Ом; С1 = С2=СЗ=С4, мкФ.
В таких генераторах с помощью осциллографа можно опре-
делить несколько параметров: амплитуду выходного сигнала,
частоту колебаний и наличие искажений формы сигнала.
На осциллограмме (рис. 4.23,6) приведен искаженный сиг-
нал из-за чрезмерной обратной связи, вызванной дефектным
резистором R3. Частоту определяют по шкале ЭЛТ. В данном
случае на экране видны 2,5 периода сигнала, длительность раз-
вертки I мс/дел., в итоге длительность одного периода сигнала
4 мс или 250 Гц.
Общий подход при проверке генератора: подключая осцил-
лограф к генератору, нужно учитывать влияние его входной
емкости и сопротивления, применяя делитель-пробник. В неко-
торых случаях иногда приходится подключать осциллограф при
его закрытом входе через конденсатор емкостью в несколько
пикофарад.
Глава 5
ПРИМЕНЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА ПРИ НАЛАЖИВАНИИ
НИЗкОЧАСТОТНЫХ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
5.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
При работе с усилительными устройствами осциллограф
используют для проверки прохождения сигнала по цепям уси-
лителя, для измерения коэффициентов усиления каскадов и
выходной мощности, для локализации шумящих транзисторов
или других элементов схемы,, а также определения случайных
источников шумов, для измерения фазового сдвига, определе-
ния места возникновения паразитных искажений и для провер-
ки переходной характеристики усилителя. Для этих измерений
применяют генераторы синусоидальных и прямоугольных сиг-
налов, а также генераторы качающейся частоты.
Полоса пропускания осциллографа, например, для проверки
высококачественных систем, верхние гармоники которых дохо-
дят до 200 кГц, не может быть меньше I МГц. Для этой цели
вполне подходят осциллографы типа «Сага» или С1-94.
Промышленностью выпускается генератор радиолюбитель-
ский низкочастотный типа ГРН-3, объединяющий генераторы
синусоидальных и прямоугольных сигналов. На рис. 5.1,а при-
веден общий вид, на рис. 5.1,6 — несколько упрощенная его схе-
ма. Генератор вырабатывает электрические сигналы синусо-
идальной и прямоугольной формы (меандр) в диапазоне частот
от 3,15 Гц до 250 кГц, разбитом на пять поддт1апазонов (ХЬ
ХЮ, Х100, ХЮОО и ХЮООО). Каждый поддиапазон имеет
одиннадцать стандартизированных фиксированных частот: 3,15;
4; 5; 6,3; 10; 12,5; 14; 16; 18; 20; 25. Максимальное выходное
напряжение на нагрузке 1 кОм синусоидального сигнала не ме-
нее 5 В (среднеквадратичное значение)-, прямоугольного сигна-
ла — не менее 8 В. Длительность фронта и среза меандра менее
150 НС. Коэффициент гармоник синусоидального сигнала в диа-
пазоне от 250 Гц до 25 кГц не превышает 0,06 7о, ниже этого
диапазона 0,4%, вьЛие 0,6%.
Генератор синусоидальных сигналов позволяет помимо
общей оценки работоспособности усилительного устройства про-
извести и количественные определения его характеристик. Ге-
нератор прямоугольных сигналов совместно с осциллографом
позволяет сразу судить о наличии в усилителе всех видов иска-
жений: частотных, фазовых и амплитудных.
Частоту прямоугольного сигнала устанавливают равной или
несколько ниже самой низкой частоты усилителя для проверки
низкочастотной характеристики и> допустим, 2 кГц для контро-
ля диапазона до 20 кГц. Этот метод довольно чувствителен
95
а)
96
Рис 51. Внешний вид (а) и принципиальная схема генератора ти-
па ГРН-3 (б)
J"^^®
97
к небольшим изменениям в характеристиках, легко обнаружи-
вает фон, моторные шумы или паразитную модуляцию, позво-
ляет легко налаживать компенсирующие цепи и проверять ра-
боту регуляторов тембра. Но проверка этим методом носит
только приближенный качественный характер без определения
количественных соотношений.
С помощью генератора прямоугольных импульсов можно
также обнаружить неисправность в радиоприемнике, так 1^ак
выходной прямоугольный импульс ГРН-3 (генератора люби-
тельского радиочастотного) и аналогичных ему генераторов со-
держит, как об этом ранее упоминалось, множество гармоник-
сигналов с частотой, кратной основной, число которых и ампли-
т)да тем больше, чем круче фронт и спад импульсов. Например,
у прямоугольных импульсов с частотой следования 500 Гц
нетрудно обнаружить 3216-ю гармонику, соответствующую
крайней верхней частоте вещательного диапазона на средних
волнах.
На низких частотах искажения часто появляются из-за кон-
денсаторов связи между каскадами, иногда выходной сигнал
содержит следы колебаний — результат резких изменений в ча-
стотных и фазовых характеристиках каскадов. Несимметрия по-
ложительных и отрицательных полупериодов сигнала свидетель-
ствует о том, что усилитель работает со значительными нели-
нейными искажениями. Все эти явления становятся более
заметными при приближении к границам полосы усилителя.
Рассмотрим несколько форм сигналов в низкочастотных уси-
лителях с различными формами связи.
5.2. УСИЛИТЕЛИ С /?С-СВЯЗЬЮ
Простой усилитель с /?С-связью имеет максимальное усиле-
ние в среднечастотном диапазоне. Усиление на нижних частотах
ограничивается из-за увеличения реактивного сопротивления
конденсатора связи, а на высших частотах — уменьшается
вследствие действия паразитных емкостей схемы и переходов
транзистора, а также из-за ухудшения его параметров по мере
повышения частоты.
Независимо 6т конкретных значений /? и С и типа транзистора
частотная характеристика любого усилителя с /?С-связью будет
сходна с характеристиками, приведенными на рис. 5.2 (характе-
ристики выполнены в логарифмическом масштабе). Если два
каскада с RC-связъю соединены последовательно, то напряже-
ние на выходе первого каскада умножается на коэффициент
усиления второго. Если частотные характеристики первого и
второго каскадов близки, то второй каскад как бы возводит
в квадрат характеристику первого.
Частотную характеристику каскадов усилителя с RC-связъю
удобнее всего снимать с помощью генератора качающейся ча-
wo
1 60
% ^0
1 20
0
^
In
/1
111/ /
Ln -^
11/
[-И
>]
^^/ ^^^^,i^J 0,7 0,2 0,3 7,0 2,0 3,0 <A)RC 70
a)
JOO
c§ BO
I 60
\
% ^0
'^ 20
Ofi7 0fl20fi7 0,7 0f20,d 7,0 Zfi3fi<jURC70
Phc. 5.2. Частотная характеристика каскада с /?С-связью (в единицах про-
изведения (oRC):
а — низкочастотная часть; б — высокочастотная часть; ■ характеристика для
двух одинаковых каскадов
II I I 11 llixi \ I I I I
n— |i \J
H— Г\ \
H \ N1
H—HHtttiti—i 14
II INIIIIII nU
СТОТЫ, при этом сигнал должен быть таким, чтобы заведомо
исключить возможность перегрузки усилителя во всем диапа-
зоне качания частоты. Сигнал должен по крайней мере в 20 раз
превышать уровень шума, а нагрузочное сопротивление усили-
теля соответствовать номиналу. Генератор качающейся частоты
(ГКЧ) позволяет снимать самые сложные характеристики и
дает наглядный результат, однако он не всегда имеется в рас-
поряжении.
В простейшем случае ГКЧ представляет собой генератор
звуковой частоты с устройством, позволяющим плавно изменять
(«качать») частоту выходных синусоидальных колебаний в за-
данном диапазоне. Эти частоты подаются на вход проверяемого
усилителя, и амплитуда выходного сигнала будет изменяться
в зависимости от частоты входного в данный момент. На экране
осциллографа, подключенного к нагрузке выходного каскада,
можно наблюдать огибающую амплитудно-частотной характе-
ристики усилителя. На рис. 5.3 представлена схема приставки —-
ГКЧ, в которой колебания высокой частоты (ВЧ) образуются
99
VT%VT2,VT%VT5-KTil5A,
VT3-KTS61A, У]Iу]JД901Б
P22 VT7 KTS51A C2 0,1m
.VT6
KT315A
RZn
Частота
Рис. 5.3. Схема приставки генератора качающейся частоты
В результате биений сигналов двух генераторов, работающих на
частотах в сотни килогерц. Частота одного из генераторов пе-
рестраивается пилообразным напряжением развертки осцил-
лографа, а другой работает на фиксированной частоте.
Неперестраиваемый генератор на транзисторе VT4 собран
по схеме емкостной трехточки и генерирует частоту около
470 кГц, зависящую от индуктивности катушки L3 и емкости
конденсатора СИ, Колебания возникают из-за положительной
обратной связи между эмиттерной и базовой цепями транзисто-
ра, образуемой делителем напряжения: конденсаторами СИ
и С12.
С эмиттерной нагрузки R18 синусоидальные сигналы посту-
пают на развязывающий каскад транзистора на VT5, а с его
коллекторной нагрузки R15—на смеситель, собранный на тран-
зисторе VT3. На этот же смеситель поступают сигналы от пере-
страиваемого генератора, выполненного на транзисторе VT1,
также по схеме емкостной трехточки. Частота колебаний этого
генератора зависит от индуктивности катушки L1 и емкости це-
почки, включенной между выводами коллектора и эмиттера
транзистора. Цепочка составлена из параллельно включенных
конденсатора /С5, варикапов VD1, VD2 и последовательно
с ними включенного конденсатора С4. Изменяется частота после
100
подачи на аноды варикапов постоянного напряжения положи-
тельной полярности. При нажатии кнопки SA1.1 (генерирование
частоты) на аноды VD1 и VD2 с движка переменного резисто-
ра R2 подается напряжение. При изменении постоянного напря-
жения от О до 9 В частота колебаний генератора меняется при-
мерно от 455 до 475 кГц. Эти колебания с катушки связи L2
поступают на делитель напряжения R9, R14.1 и с него на Вы-
ход ПЧ, С этого разъема сигнал может подаваться на усили-
тель ПЧ радиоприемника. При проверке тракта ПЧ нажимают
кнопку SA2 {ГКЧ ПЧ), В этом случае на варикапы поступает
фиксированное постоянное напряжение с делителя R3, R4,
устанавливающее частоту генератора 465 кГц, и пилообразное,
подаваемое через конденсатор С1 с движка переменного рези-
стора R2y изменяющее ее в обе стороны максимум на 10 кГц.
Усилитель низкой частоты (НЧ) проверяется сигналами
с выхода генератора. На нагрузке смесителя (резисторы R13,
R19) выделяются колебания разностной частоты от 500 Гц до
20 кГц. Для получения качающейся частоты колебаний 34 на-
жимают кнопку ГКЧ 34, При этом кнопка SAI отпускается,
а на верхний вывод резистора R2 с разъема XS1 подается пи-
лообразное напряжение развертки с осциллографа. Напряжение
должно быть возрастающим, чтобы АЧХ соответствовала обще-
принятому начертанию — нижние частоты слева, высшие — спра-
ва. В малогабаритных осциллографах типа «Сага», С1-94 и др.
амплитуда выходного пилообразного напряжения меньше 9 В
(порядка 4 В), поэтому если полосу качания можно уменьшить
до 15—13 кГц, что достаточно для снятия АЧХ многих моно-
и стереофонических усилителей невысокого класса, то можно
изъять резистор R1 и подавать напряжение пилы на разъем
XSU соединенный с выводом резистора R2,
Для исследования более качественных усилителей в схему
вводится двухкаскадный усилитель на транзисторах VT6, VT7
и включается вместо ограничительного резистора R1. Второй
транзистор ставится для получения нужной полярности сигнала
(например, в «Саге» выходное пилообразное напряжение поло-
жительное, в С1-94 — отрицательное и после каскада усиления
полярность изменяется).
Схема включения осциллографа проверки усилителя с RC-
связью с помощью генератора прямоугольных сигналов ГПС
показана на рис. 5.4. Работу надо вести при номинальной вы-
ходной мощности, заведомо меньшей максимальной. Измерив
значение напряжения изображенного на экране прямоугольного
сигнала, вычислим мощность Р=£2/^н, где Е — значение изме-
ренного напряжения; R^ — сопротивление нагрузки. Затем опре-
делим верхнюю граничную частоту характеристики по измерен-
ному времени нарастания выходного сигнала между уровня-
ми 0,1 и 0,9 амплитудного значения: /верх=0,35/тнар.
101
Рис. 5.4. Схема проверки усилителя генератором прямо-
угольных сигналов
Если время нарастания измерено в миллисекундах, то /верх
будет в килогерцах. Эта формула приближенная, но определен-
ная по ней /верх очень близка к полученной при снятии частот-
ной характеристики с помощью звукового генератора, но толь-
ко определяется в этом случае намного быстрее.
Осциллограммы для определения частотной характеристики
усилителя в области низких частот представлены на рис. 5.5.
Для этого уменьшаем частоту следования сигнала, пока на изо-
бражении его вершины не покажется явный спад. На рисунке
частота следования прямоугольного сигнала составляла 20 Гц.
Нижняя предельная частота усилителя
/н=4я/с1п (E2/Ei),
где /с — частота следования прямоугольного сигнала; £2 и £i —
значение переднего фронта и среза импульса, определенные не-
посредственно по шкале осциллографа.
В определенной степени частотную характеристику в обла-
сти низких частот можно несколько скорректировать, включив
последовательно с сопротивлением нагрузки корректирующий
резистор и конденсатор d. Соответствующим их подбором мож-
но несколько улучшить форму сигнала (рис. 5.6).
Искажения импульсов и частотная характеристика. На осцил-
лограммах рис. 5.7 представлены подаваемый на УНЧ прямо-
угольный сигнал и его изображение на выходе усилителя при
От УНЧ 5сз компенсащи
ЛГ
Рис. 5.5. Определение низко- . ri -^
частотных характеристик уси- а J j
лителей ^ "*
/РГ='^5кОм;^/=;мкФ
Рис. 5.6. Коррекция низкочастотных искажений-
102
и и
л1 и г
^
м
А ]г
\/
1
ЩААААА
\1\1\1У\1
л
л
/
Ч
ц
71 7] У
^)
^)
^ Рис. 5.7. Различные виды искаже-
ний прямоугольного сигнала
различных искажениях частотной характеристики, где а —вход-
ной сигнал — меандр 1 кГц; б — резкий спад усиления на НЧ и
ограничение амплитуды; в —уменьшение усиления на верхних
частотах; г —вогнутая вершина, уменьшение усиления на сред-
них частотах, уменьшение усиления на низких частотах, без
фазового сдвига (этот вид искажений может быть вызван,
в частности, неправильным подбором С/ и /?/ в цепи низкочас-
тотной компенсации); д —вогнутая вершина со спадом —
103
уменьшение усиления на низких частотах с опережающим
фазовым сдвигом и некоторое уменьшение на верхнем участке;
е — подъем средних частот; ж — показано, какая часть прямо-
угольного сигнала несет информацию о воспроизведении низко-
частотных (НЧ) и высокочастотных (ВЧ) составляющих.
Прямоугольные импульсы применяют также для настройки
широкополосных делителей напряжения (см. рис. 2.14). В этом
случае осциллограммы полностью определяют частотные ха-
рактеристики делителей.
S.3. КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ
Каскады усиления с трансформаторной связью применяют во мйогих
радиоустройствах. Трансформаторная связь обладает рядом достоинств. Низ-
кое сопротивление в цепях баз облегчает температурную стабилизацию
рабочей точки по постоянному току. Поскольку в цепи коллектора нагрузка
но постоянному току отсутствует, то эффективность использования напря-
жения питания высокая, а КПД приближается к теоретическому E0 %)• По
этой причине транзисторные усилители с трансформаторной связью широко
используют в портативных приемниках и других устройствах, питающихся от
батареи.
Трансформатор согласует выходное реактивное сопротивление задающе-
го каскада со входным реактивным сопротивлением базовой цепи возбуж-
даемого каскада, что позволяет получить максимальное усиление. Однако
при трансформаторной связи частотная характеристика получается хуже, чем
правильно рассчитанного /?С-каскада, потому что шунтирующая индуктив-
ность первичной обмотки вызывает большое падение усиления на низших
частотах. В области высших частот падение усиления вызывается паразит-
ными емкостями и индуктивностями рассеяния обмотки. Эта емкость между
витками шунтирует индуктивности обмоток, вызывая резонансы и, следова-
тельно, неравномерности в широкой полосе частот. В результате резонансов
«ненастроенного» трансформатора частотная характеристика может получить
подъем в области высших частот, как показано на рис. 5.8.
Такой подъем характеристики иногда улучшает воспроизведение в опре-
деленной полосе частот, например от 1000 до 7500 Гц. Но обычно эта нерав-
номерность вызывает искажения. Изменение сопротивления нагрузки транс-
форматора меняет вид его частотной характеристики. Если вторичную обмот-
ку шунтировать достаточно малым сопротивлением, то действие распределен-
ных емкостей будет резко уменьшено и частотная характеристика станет
сравнительно плоской, но это одновременно вызовет понижение верхней ча-
стоты пропускания.
С ПОМОЩЬЮ осциллографа можно просто определить харак-
теристики низкочастотного трансформатора. Типичная схема
испытания приведена на рис. 5.9,а.
Первичная обмотка демпфирована сопротивлением около
10 кОм, вторичная нагружена емкостью пробника (порядка
104
30
25
20
15
10
5
О
~Т"
1
^
г^^
iii
П^
ii^
Щ
1
1 ►
[Ж.
1
N HI
ш
1
1
i
ill
/^i?
1000
lOOOOf^
Рис. 5.8. Частотная характеристика транзисторного усилителя с трансформа-
торной связью
10 пФ). Как видно из рис. 5.9,6, форма сигнала сильно искаже-
на. Если вторичную обмотку шунтировать сопротивлением
100 Ом, то вершина воспроизводимого прямоугольного сигнала
становится значительно более плоской. Однако на ней появля-
ются «пички» из-за звона на высших частотах.
Увеличение демпфирующего сопротивления первичной обмот-
ки вызывает заметное интегрирование воспроизведенного на экра-
не прямоугольного сигнала, уменьшение его способствует
увеличению амплитуды звона. В этой же измерительной схеме
трансформатор другого типа может дать совершенно иные изо-
бражения, т. е. трансформатор, обеспечивающий хорошую час-
тотную и переходную характеристики в одном усилителе, может
вызвать чрезмерные искажения в другом. Ниже приводится ме-
тодика отыскания неисправностей с помощью звукового генера-
тора и осциллографа в усилителе с трансформаторной связью
в варианте довольно широко применяемой схемы, входящей и
в малогабаритные приемники, и в проигрыватели.
На выход усилителя вместо динамика включается нагрузоч-
ный резистор соответствующей мощности. Конечно, возможно
подключение щупа и к самому динамику, но это вызывает
излишний шум и фоновые помехи. Генератор ГРН-3 вполне
обеспечивает все характеристики входного сигнала: 1 В для
работы усилителя с обычным звукоснимателем; 0,1 В для рабо-
ГЯ7
^,5 кГц ^
F2 10к т
^ю&
/
ч)
JV\
S)
Рис. 5.9. Испытание выходного трансформатора УНЧ с помощью генератора
прямоугольного сигнала:
а —схема; б — воспроизведение сигнала 2,5 кГц
105
106
ты микрофоном; до 0,05 В (т. е. 40 дБ) для работы с различны-
ми низкочастотными устройствами.
На рис. 5.10 показана схема трехкаскадного усилителя с RC- и транс-
форматорной связью. Первый каскад — предварительный усилитель собран
по схеме с общим эмиттером и нагрузкой R11 в цепи коллектора. В эмиттер
VT4 включен стабилизирующий резистор R10, увеличивающий входное со-
противление каскада (он является нагрузкой детектора по низкой частоте),
повышая тем самым коэффициент передачи детектора. Для уменьшения иска-
жений сигнала из цепи коллектора в цепь базы подается отрицательная
обратная связь через R8. Второй каскад выполнен на VT5 (МП40), нагруз-
кой служит согласующий трансформатор TI. Выходной каскад НЧ — двух-
контактный, собранный на транзисторах VT6 и VT7 (МП40) по трансфор-
маторной схеме. Нагрузкой выходного каскада является выходной трансфор-
матор Т2, во вторичную обмотку которого включен громкоговоритель типа
0,25 ГДЮ.
Напряжения смещения на базы транзисторов VT6 и VT7 снимаются
с делителя на резисторах R17 и R18, включенных в цепь эмиттера VT5, Это
позволило получить относительно малый ток покоя. Два последних каскада
УНЧ охвачены отрицательной обратной связью через цепочку R26 и СЗЗ.
Конденсаторы C3I и С32 корректируют частотную характеристику и устра-
няют фазовый сдвиг в области верхних частот.
Термистор R22 с параллельно подключенным резистором R21 обеспечи-
вает температурную стабилизацию выходного каскада УНЧ. Для устранения
паразитных колебаний первичная обмотка согласующего трансформатора за-
шунтнрована конденсатором СЗО.
В схему приемника введен стабилизатор напряжения на ста-
бисторе VD2 GГЕ2А-С), имеющем опорное напряжение —1,5 В,
что исключает искажения типа «ступенька» при снижении на-
пряжения питания. Стабилизация рабочей точки транзисторов
выходного каскада УНЧ обеспечивается тем, что напряжение
смещения на базы VT6 и VT7 создается током эмиттера VT5,
стабилизированного по напряжению питания.
Осциллограммы сигналов при подаче на вход такого усили-
теля сигналов от низкочастотного генератора приведены
в табл. 1.
Измерение резонансной частоты динамической головки. Лю-
бая динамическая головка обладает своей резонансной часто-
той, которую необходимо знать при изготовлении акустической
системы, чтобы согласовать динамическую головку с акустиче-
ским объемом корпуса. Осциллограф, динамическая головка и
генератор звуковой частоты (ГНЧ), желательно с большой вы-
ходной мощностью (не менее 2 Вт), соединяют так, как пока-
зано на рис. 5.11,а.
Выходной сигнал с ГНЧ поступает на цепочку из последо-
вательно соединенных резисторов R и динамической головки
ДГ. Входной щуп Y осциллографа подключен параллельно ДГ,
107
Таблица 1
Форма
сигнала
на экране
ЭЛТ
Возможные причины
Устранение дефекта
г
%
л
X
\
~\/
Возбуждается УНЧ.
При выведенном регу-
ляторе громкости на вы-
ходе прослушивается
мощный сигнал 200—
300 Гц
Неправильно распая
ны обмотки в одном из
трансформаторов
Проверить сопротивления в цепп об-
ратной связи R26, R17, R10 и конден-
сатор СЗЗ. Неисправные заменить
Усилитель возбужда-
ется на частоте 10—
12 кГц при подаче на
вход сигнала от ГНЧ
Сигнал — искаженная
полусинусоида
Отпаять конец резистора R26 или
конденсатора СЗЗ, и если возбуждение
прекратится, то поочередно заменить TI
и Т2
Несоответствие номиналов заданным
в цепочке обратной связи R26y СЗЗ. За-
корочены резисторы R21, R22. Прове-
рить наличие замыканий в печатной
плате
Замыкание резистора Rt8 пли кон-
денсатора С27
Усилитель возбужда-
ется на частоте 10—
12 кГц при подаче на
вход сигнала от ГНЧ
Форма выходного на-
пряжения И1^еет вид по-
ловины синусоиды
Неисправен конденсатор С31 или С32.
Проверить качество паек. Параллель-
но каждому конденсатору подпаять за-
ведомо исправный того же номинала.
При исчезновении возбуждения — кон-
денсатор заменить. Коэффициент транс-
формации переходного трансформатора
не соответствует норме. Проверить со-
противление обмотки, при несоответст-
вии норме — заменить
Плохая пайка транзистора VT6 или
VT7. Обрыв или короткое замыкание
в обмотках переходного или выходного
трансформаторов. Отпаять провод от
средней точки первой обмотки выход-
ного трансформатора и проверить ом-
метром сопротивление обеих секций.
Проверить режимы по переменному то-
ку на базах VT6 и VT7, Проверить
исправность печатной платы
108
продолжение табл. 1.
Форма
сигнала
на экране
элт
Возможные причины
Устранение дефекта
%
Ограничение выходно-
го напряжения насту-
пает при выходном на-
пряжении менее 1 В.
Чувствительность УНЧ
выше нормы
Несимметрично подобраны транзисто-
ры выходного каскада. Проверить при
максимальном неискаженном сигнале
на выходе напряжение переменного
тока на коллекторах VT6 и VT7. Если
напряжения несимметричны, то прове-
рить исправность выходного трансфор-
матора. Если он исправен — сменить
'дранзисторы на попарно подобранные
а «земляное» гнездо (или зажим) генератора соединено с гнез-
дом Вход X осциллографа. Такое подключение осциллографа
позволяет наблюдать фазовый сдвиг между током и напряже-
нием в цепи звуковой катушки головки и фиксировать момент
резонанса.
Сопротивление резистора Д должно быть в 20—30 раз боль-
ше сопротивления звуковой катушки, чтобы амплитуда тока
в цепи катушки оставалась постоянной, тогда наряду с фазой
и частотой резонанса можно определить амплитуду напряжения
на катушке головки.
Осциллограф работает в автоматическом режиме с разверт-
кой от внешнего сигнала. Выходной сигнал генератора и чув-
ствительность осциллографа устанавливают такими, чтобы при
частоте генератора 200—500 Гц на экране осциллографа был
виден эллипс (рис. 5.11,6) с наклоном к линии развертки при-
мерно в 45°. Затем перестраивают частоту генератора в сторону
нижних частот до получения прямой линии (рис. 5.11,в). Полу-
чившаяся при этом частота генератора будет соответствовать
резонансной частоте динамической головки.
%
а) 5) в)
Рис. 5.11. Излкерение резонансной частоты динамической головки
109
S.4. АНАЛИЗ СИГНАЛОВ В РЕЗОНАНСНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
Транзисторные усилители с контурами последовательного пли параллель-
ного резонанса используются в вещательных или телевизионных приемниках,
а также в других радиотехнических устройствах. Действие резонансного кон-
тура основано на реактивных характеристиках последовательной и парал-
лельной 1С/?-цепей.
Контур с последовательным резонансом. Контур на рис. 5.12,а имеет час-
тотную характеристику, показанную на рис. 5.12Д На экране осциллографа
получается зависимость напряжения контура от частоты. Пик напряжения
образуется на резонансной частоте fo=l/Bn]/TC). Поскольку индуктивное
и емкостное сопротивления на резонансной частоте взаимно уничтожаются,
сопротивление со стороны входа будет чисто активным. Полоса пропускания
такой цепи определяется разницей между верхней и нижней частотами, на-
пряжение на которых падает до 0,707 максимального, т. е. мощность умень-
шается в 2 раза.
Контур с параллельным резонансом. Контур на рас. 5.13,а имеет частоту
резонанса, приближенно равную /о. Как видно на экране осциллографа
с ГКЧ (рис. 5.13,6), характеристики прохождения тока через индуктивность,
конденсатор, а также форма напряжения на конденсаторе примерно одина-
ковы. Ток генератора /ix имеет «перевернутую> характеристику. На схеме
резистор R представляет собой сопротивление источника, эквивалентное вы-
ходному сопротивлению коллектора транзистора в реальной схеме. В момент
резонанса ток, проходящий между L и С, в Q раз больше тока генератора.
Это свойство контура называется усилением по току и аналогично свойству
усиления напряжения контура с последовательным резонансом.
При подаче в резонансный контур (рис. 5.14,а) прямоуголь-
ного сигнала на экране осциллографа будет виден затуха1рщий
сигнал (рис. 5.14,6). Для измерения Q контура по затухающему
сигналу исследуют процентное отношение между последова-
тельными амплитудами сигнала. Предположим, что каждый
второй период затухающих колебаний составляет 90 % по отно-
шению к предыдущему. В данном примере сигнал уменьшается
то 200 300 400 500Щ
Рис. 5.12. Снятие частотной характеристики цепп с последовательным резо-
нансом
110
R20k
150ш
U,B;I,mA
50
—
^
—
^
^
—'
4
I».
1 1
-f.l
^L
__ES
«00 5G0 ^000 mof.tiru,
Рис. 5.13. Схема проверки 1СЛ-контура с параллельным резонансом
■^•100%\- ^^''^ период
Рнс. 5.14. Измерение добротности LC-контура
на 37% за 10 периодов, таким образом, Q=31,4. Если бы
амплитуда упала до 37 % за 15 периодов, Q=47,l и т. д.
Системы[ связанных контуров. Системы представляют собой контуры со
вза11мной индуктивностью. Первичный контур работает, как цепь с парал-
лельным резонансом, вторичный— с последовательным. Если и первичный и
вторичный контуры имеют одинаковую добротность (как это обычно бывает)
и настроены на одну частоту, то выходное напряжение вторичной обмотки
будет иметь частотную характеристику, ширина которой зависит от степени
связи. В резонансном трансформаторе первичная и вторичная обмотки имеют
одинаковую индуктивность (L^L1^L2) и добротность и настроены на одну
и ту же частоту (рис. 5.15,а). В этом случае максимально возможное зна-
чение взаимной индукции может достигать 1макс=0,81. Такая связь приме-
няется для обеспечения большой полосы пропускания усилителя в широко-
полосных усилителях промежуточной частоты (УПЧ).При коэффициенте связи
большем единицы имеются две резонансные частоты, соответствующие двум
горбам характеристики, поэтому при испытании прямоугольным сигналом
гпо
J:si^^ тпг ^ , ^
Рис. 5.15. Проверка двух связанных контуров (трансформатора ПЧ)
111
(рис. 5.15,а) они дают биения (рис. 5.15,6). Если первичная и вторичная
обмотки настроены на одну частоту, то сигнал биений периодически проходит
через нуль. Биения экспоненциально затухают из-за потерь в обмотках.
5,5. УСИЛИТЕЛИ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮ
Усилители с непосредственной связью широко используются в транзи-
сторных устройствах и предназначены для усиления как постоянного тока и
низкочастотных сигналов, так и высокочастотных сигналов. В схемах таких
усилителей отсутствуют конденсаторы и трансформаторы связи. Однако для
них серьезную проблему представляет температурная стабилизация.
На рис. 5.16 приведена схема двухтактного бестрансформаторного уси-
лителя мощности, выполненного на транзисторах разной структуры. На входе
установлен высокочастотный транзистор VT1, выбранный из условия полу-
чения наибольшей чувствительности усилителя и наименьших собственных
шумов. Для предотвращения искажений типа «ступенька» между базами
транзисторов VT2 и VT3 фазоинверсионного каскада включен диод У/),
благодаря чему на базах образуется напряжение смещения. При напряжении
питания 9 В напряжение на средней точке (левый по схеме вывод конденса-
тора С2) устанавливают подбором резистора R1 D,5 В).
На вход усилителя от ГНЧ подают напряжение порядка 0,1 В, а на
выход усилителя вместо динамика ставят эквивалент — резистор сопротивле-
нием 6 Ом и мощностью не менее 2 Вт. При этом измеряют максимальный
размах неискаженных синусоидальных колебаний. Он достигает 5 В, что зна-
чит — выходная мощность достигает почти 0,53 Вт.
На рис. 5.17 показана методика проверки наличия амплитуд-
ных искажений. Входной щуп осциллографа подключается ко
входу усилителя, а гнездо горизонтального входа соединяется
Рис. 5.16. Схема бестрансформаторн#г# двухконтактного усилителя
мощности
112
Рис. 5.17. Схема проверки наличия амплитудных искажений
Рис. 5.18. Формы сигналов, свидетельствующих о наличии амплитудных
искажений
С эквивалентом нагрузки. Сигнал на входе X должен быть та-
ким, чтобы длина линий по горизонтали и вертикали была оди-
накова (для этого подбора можно включить переменный рези-
стор 68—100 кОм). На экране появится прямая наклонная
линия. При увеличении входного сигнала усилителя линия нач-
нет прогибаться (рис. 5.18,а), а потом на одном ее конце по-
явится загиб (рис. 5.18,6). При переключении входа осцилло-
графа на нагрузочный резистор и включении внутренней раз-
вертки на экране появится сигнал с большими амплитудными
искажениями (см. рис. 4.23,6). Момент появления амплитудных
искажений определяется по началу искривления прямой линии
(рис. 5.18,а).
5.6. АНАЛИЗ СИГНАЛОВ В ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ
НИЗКОЧАСТОТНЫХ УСИЛИТЕЛи1ЫХ УСТРОЙСТВАХ
Согласование входных и выходных сопротивлений. Входные
сопротивления усилителей низкой частоты могут в значительной
степени различаться; например, каскад, к KOtopoMy подключен
пьезоэлектрический звукосниматель, должен иметь входное со-
противление около 2 МОм, в то время как входное сопротив-
ление каскада, рассчитанного на подключение магнитного зву-
коснимателя, несколько килоом. Сопротивление входных каска-
дов радиоприемников имеет порядок сотен килоом, в то время
ИЗ
^''^^''V'^'VVH^V-'/^^H^^
Рис. 5.19. Хаотический вид вну-
тренних шумов усилителя
как у микрофонных усилителей входные сопротивления от 15
до 600 Ом.
Для согласования входных и выходных сопротивлений, про-
веряемых приборов и подключаемых к ним измерительных при-
боров применяют метод параллельного или последовательного
подключения активных и реактивных сопротивлений. Такая схе-
ма всегда представляет собой аттенюатор, т. е. уровень сигнала,
поступающего на вход усилителя, будет меньше уровня сигнала
на выходе генератора.
Однако при правильном согласовании достигае1;ся уменьше-
ние уровня шумов и наибольший коэффициент Передачи по
мощности. Неправильное согласование влечет за собой изме-
нение характеристик схемы и может вызвать перегрузку или не-
устойчивую работу усилителя.
Если нужно выход генератора сопротивлением 75 Ом соеди-
нить со входом каскада, рассчитанного на входное сопротивле-
ние 5 кОм, то для того, чтобы режим измерений был близок
к реальному, между генератором и входом каскада надо вклю-
чить последовательно резистор 5 кОм и, кроме того, соответст-
вующий нагрузочный резистор поставить на выход генератора.
Естественно, что при таком включении происходиг потеря неко-
торой доли входного сигнала, поэтому необходим генератор, вы-
рабатывающий сигнал больше того, который должен быть подан
на вход схемы.
Уровень фона и внутренние шумы. В высококачественных
усилителях измеряют уровень фона и внутренние шумы. В этих
случаях переключают осциллограф на максимальную чувстви-
тельность, соединяют его с выходом усилителя, вход которого
разомкнут, а усиление —максимально. Усиление осциллографа
увеличивается до тех пор, пока на экране не возникнет хаоти-
ческая картина шумов (рис. 5.19). Для отделения от общей со-
вокупности помех составляющей фона надо привести запуск
развертки в положение ОТ СЕТИ.
В ряде случаев необходимо проверять потенциометры, так
как возникающий треск в высококачественных приборах совер-
шенно недопустим. Для этого на выводы потенциометра подает-
ся от батареи небольшое напряжение 1—5 В, а движок потен-
циометра и земляной вывод подключают к осциллографу на
114
вход у. Если потенциометр плохой, то при вращении его оси на
экране ЭЛТ вместо ровной линии развертки появляется харак-
терное изображение «леса» шумов (примерно как на рисунке),
возникающее при каком-либо определенном положении движка
или только при его движении. Частота развертки осциллографа
не критична —она может быть 200—1000 Гц. Так как при вра-
щении движка потенциометра будет меняться уровень входного
напряжения, то осциллограф лучше включить на закрытый вход,
чтобы изображение не смещалось в вертикальном направлении
по экрану. Помимо потенциометров и транзисторов источником
шума могут оказаться и резисторы, используемые в схемах пер-»
вых каскадов. Шумовой сигнал может также попасть в первые
каскады от источников питания, тогда надо отсоединить первые
каскады от общей цепи питания и проверить их на свежей ба-
тарее.
5.7. НАЛАЖИВАНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ
И СТЕРЕОФОНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Высококачественные усилители низкой частоты имеют час-
тотную характеристику до 20 кГц, а некоторые — до 50 кГц и
более, поэтому диапазон звуковых генераторов, применяемых
для их проверки, должен быть еще шире, практически очень
важно проверить частотную характеристику усилителя при но-
минальной выходной мощности. Выход (в ваттах) определяется
(ранее об этом было сказано) как квадрат выходного напряже-
ния, разделенного на сопротивление нагрузки. При измерениях
частотной характеристики регуляторы тембра ВЧ и НЧ должны
быть поставлены в среднее положение, они при этом обеспечи-
вают плоскую, без выбросов характеристику. Также должны
быть выключены все фильтры низких и высоких частот, если
они вмонтированы в устройство, и автоматическая частотная
компенсация при регулировке усиления. После того как опреде-
лена чистая характеристика усилителя, все эти органы управ-
ления вновь включаются в работу.
Упрощенные формы сигналов при наличии частотных, ампли-
тудных и фазовых искажений были показаны на рис. 5.7.
Высокочастотные искажения заключаются в том, что огра-
ниченная полоса частот устраняет высокочастотные слагающие
входного сигнала. С другой стороны, низкочастотные искаже-
ния происходят всегда, когда основная частота входного сигна-
ла уменьшена или даже устранена. Фазовые искажения появля-
ются вследствие нелинейного . фазового сдвига; например,
ВЧ-составляющие сигнала могут задерживаться в канале
больше, чем НЧ-составляющие, без какого-либо изменения их
амплитуд. В результате изменяется форма выходного сигнала.
Амплитудные (гармонические) искажения возникают из-за не-
115
Рис. 5.20. Пример интермодуляционных искажений на входе (а) и на выхо-
де (б)
линейности усиления, что вызывает ограничения части сигнала.
Этот вид искажений всегда связан с созданием дополнительных
гармонических составляющих в выходном сигнале (обо всех
этих видах искажений упоминалось ранее).
В двухтоновом сигнале могут также присутствовать и интер-
модуляционные искажения (рис. 5.20), также создающие гар-
монические искажения по отношению к сигналу одной частоты.
Характеристики искажений в значительной степени зависят от
частоты испытательного сигнала. Фазовые искажения возни-
кают всегда на низкой и высокой частотах пределов полосы
пропускания усилителя, потому что в этих точках происходит
резкое увеличение нелинейности характеристики (рис. 5.21).
Если на вход усилителя подается чистый синусоидальный
сигнал, а в выходном сигнале появляется вторая гармоника )а
по амплитуде составляет 5 % от основной, то говорят, что уси-
литель создает гармонические искажения 5 %. Однако последо-
вательное прохождение по схеме для обнаружения источника
искажений может и не явиться определяющим фактором, если
имеется отрицательная обратная связь, которая скрадывает это
место. Ее действие резко падает на нижней и верхней точках
й
-*■ "'-
"Л~""""
2
«ммм^^
п*
а
'SO^
■SO''
0,1
10
100 1000 10000 100000
л Гц
Рис. 5.21. Зависимость амплитудной и фазовой характеристик высококачест-
венного усилителя от частоты
116
I I I \ f
r~H"~Hi— г I———^■
i M i M I
r—4 И——H 1 Н-Ч I
h-i— I ' M I
'0,2B
20B
a)
Ги II i ~i
1 1 j
L j-4-^
1 ^H^l M
=Hn
~Г[р
^ 1 1'. 1
Щ''
Щ^с
—itiT
1
/l"
1
In
1 t i •
J . <—^
i
I * '
V*'""
f
V
\
—]
f
i h
1 1
Piic. 5.22. Осциллограммы на входе и выходе усилителя при активной и ком-
плексной нагрузке (^/вх = 0,2 В/дел.; (/вых=20 В/дел.):
в-/-.20 Гц; б. «i-/—10 КГЦ; «-/«il жГЦ
среза полосы. Здесь также возрастают и нелинейные искажения.
Нелинейные искажения обычно измеряют при максимальной
выходной мощности усилителя. Осциллограф служит для опре-
деления порядка возникающих искажений, в основном второй,
третьей и других гармоник. Осциллограф покажет также нали-
чие паразитных колебаний, шумов или других нарушений в вы-
ходном сигнале. Паразитные колебания проявляются как высо-
кочастотные случайные выпросы на изображении, обычно на
вершине сигнала. Фон изображается в виде утолщения линия
сигнала, если частота НЧ-генератора становится близкой к 49
или 51 Гц.
Всплески — это острые импульсы, которые вызываются де-
фектами в источниках питания.
Полагают, что обратная отрицательная связь может скоррек-
тировать любые формы искажений усилителя. Однако это не
так: ,из-за искажений, возникших благодаря ограничению, когда
на усилитель подано напряжение выше точки отсечки (обрат-
ной связью скорректировать нельзя), усилитель просто пере-
стает пропускать любое напряжение выше этой точки.
О методике проверки усилителей с помощью сигналов пря-
моугольной формы говорилось выше (см. § 5.6). Высококачест-
венные усилители проверяют меандром с частотой 2 кГц. Таким
образом, через широкополосный усилитель будут проходить ча-
стоты до 10—15-й гармоники от основной. На рис. 5.22 пред-
ставлены осциллограммы сигналов на входе и выходе усилителя
мощности, показывающие способность усилителя воспроизво-
дить импульсные сигналы на активной нагрузке /?н=4 Ом (а
117
Рис. 5.23. Скорость нараста-
ния выходного напряжения.
Положение переключателей
VI дел — 10 В; Время! дел —
0,1 МКС
И б) И комплексной нагрузке (б и г) при подключении к выходу
конденсатора емкостью 1 мкФ.
Для правильного воспроизведения сигналов с минимальными
искажениями определенное значение имеет скорость нарастания
выходного напряжения, которую можно определить, подав на
вход усилителя прямоугольный сигнал определенной частоты.
Такая характеристика скорости нарастания дана на рис. 5.23
при подаче меандра 10 кГц.
Устранение сжесткости* звука усилителя. Иногда бывает, что
хороший усилитель звучит неестественно: звук кажется «жест-
ким, сухим, металлическим». Одной из причин этого может быть
самовозбуждение на высоких частотах (имеется в виду пара-
зитные колебания с малой амплитудой — иногда доли милли-
метра и любой частотой — вплоть до многих мегагерц), возни-
кающее в каких-либо режимах работы усилителя. Возникает
оно чаще всего в выходных каскадах в моменты открывания или
закрывания одного из транзисторов. Возникающие при само-
возбуждении искажения могут быть малыми, поэтому их трудно
обнаружить при наблюдении выходного сигнала на экране
осциллографа. Однако если из выходного сигнала вычесть вход-
ной, скорректированный по амплитуде и фазе таким образом,
чтобы разность оказалась по возможности малой, и подать раз-
ностный сигнал на осциллограф, то искажения, вызванные па-
разитными колебаниями, будут хорошо видны. На осциллограм-
ме рис. 5.24,а (частота сигнала 400 Гц, частота паразитных
колебаний несколько мегагерц) самовозбуждение проявляется
в виде размытого пятна, на осциллограмме рис. 5.24,6 виден
^лишь вызванный.им выброс, так как составляющие с частотой
самовозбуждения отфильтрованы. Из осциллограммы на
рис. 5.24,6 видно, что искаженный сигнал содержит высокочас-
тотные гармоники, а они, как известно, в большей степени, чем
низкочастотные, снижают естественность звучания. Именно по-
этому вносимые паразитными колебаниями искажения заметны
на слух даже в тех случаях, когда их вклад в общий коэффи-
циент гармоник мал. Причина этого явления заключается в пло-
хо скорректированной отрицательной обратной связи, и после
ее правильного подбора самовозбуждение исчезает.
118
Рис. 5.24. Осциллограммы разностного сигнала с искажениями:
а — искажения в виде пятна; 6 — искажения в виде выброса
Проверка стереоусилителей намного упрощается, если
использовать двухлучевой либо двухканальный осциллограф.
Подключив на входы осциллографа I и II выходы каналов,
определим, какой канал не работает, а потом покаскадно
сравним схему нормально работающего канала с вышедшим из
строя (рис. 5.25,а). Для более быстрого определения причины
неисправности удобно использовать генератор прямоугольных
сигналов ГПС, подсоединив его ко входу через согласующее
сопротивление RL Предварительно надо убедиться, что в не-
работающем канале нет чрезмерного тока потребления, пере-
грева транзисторов, сгоревших резисторов, трещин или поломов
в печатных платах, обрывов выводов.
При проверке каскадов усилителя как правого, так и лево-
го плеча при калиброванных входах двухканальногО осцилло-
графа легко обнаружить не только неисправные каскады, но
вышедшие из строя детали. Например, если при подключении
осциллографа к коллектору транзистора на изображении на-
блюдается шум (рис. 5.25,6), в то время как на базе транзисто-
ра помех не обнаружено, указанный транзистор следует заме-
нить, так как он имеет большой уровень внутренних шумов.
Для проверки качества разделения каналов надо отключить
правый вход усилителя и подать сигнал 1 кГц (или 2 кГц) на
ГПС
■^
R1
Прабый,
канал
Лебый
канал
а) Л.
Рис. 5.25. Подключение генератора (а) для проверки стереоусилнтеля и при-
меры искажения сигналов (б) в каналах стереоусилнтеля
119
Рис. 5.26. Синусоидальный сиг
нал, воспроизводимый на экра-
не осциллографа при дефект-
ном (а) и нормальном (б)
ходе иглы
Рис. 5.27. Фазирование звуко-
вых систем:
— одинаковые фазы; б — разные
фазы; в--одинаковые фазы в ре-
3yAbTate фазирования
ВХОД левого канала. При нормальных условиях на выходе пра-
вого канала напряжение должно быть по крайней мере в 30 раз
меньше, чем левого. Также поступают и при подаче сигнала на
вход правого канала. Надо сказать, что высококачественный де-
кодер обеспечивает разделение 35 дБ.
Использование осциллографа и тест пластинок для проверки
звукоснимателя. Правильность хода иглы по канавке, частотную
к амплитудную характеристики звукоснимателя и разделение
каналов проверяют также с помощью двухканального осцилло-
графа и тест-пластинки.
При проверке хода иглы начинают с дорожек с малой ско-
ростью записи, затем переходят на большую. Пример изобра-
жения при неправильном ходе иглы показан на рис. 5.26. Для
проверки звукоснимателя сначала »адо отбалансировать усили-
тель так, чтобы усиление каналов было одинаковым. Затем вы-
брать на пластинке частоту в 1000 Гц для правого й левого ка-
налов и проанализировать изображение на экране. Если форма
или амплитуда их разная, то игла или звукосниматель имеют
дефекты.
Фазирование двух звуковых систем в стереоусилителе. Для
качества стереоэффекта фазирование звука является обязатель-
ным. Для настоящего стереоэффекта оба сигнала должны излу-
чаться в одной фазе, с совпадающими во времени амплитудами
(рис. 5.27,а). При несоответствии их стереоэффект исчезает
(рис. 5.27,6). Чтобы его получить, изменяют полярность сигна-
ла (рис. 5.27,в).
Глаша 6
ПРИМЕНЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА ДЛЯ НАЛАЖИВАНИЯ
ПЕРЕДАТЧИКОВ И ПРИЕМНИКОВ
«1. ПРОВЕРКА НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
Проверка глубины модуляции по изображению амплитудно
модулированной несущей — один из самых старых осциллогра-
фических методов проверки передатчиков. Коэффициент моду-
ляции определяют по вертикальным размерам частей изобра-
жения амплитудно-модулированной несущей при непрерывной
развертке. Сигнал с контура модулированного ВЧ-усилителя
передатчика подают на пластины осциллографа с помощью не-
большой катушки связи в 3—4 витка (рис. 6.1,а) или с помощью
выносного делителя. Частоту развертки, синхронизацию и раз-
мер изображения устанавливают такими, чтобы на экране было
несколько периодов удобного для измерения размера (рис. 6.1,6).
Коэффициент модуляции, %,
В различных измерительных генераторах с внутренней
амплитудной модуляцией, а также в радиовещании принята
глубина модуляции 30 %.
Амплитудно-модулированные колебания можно получить при
помощи двух генераторов: низкочастотного и радиочастотного
(рис. 6.2,а). Увеличивая амплитуду выходного сигнала ГНЧ,
увеличивают и глубину модуляции (рис. 6.2,6). Осциллограф при
этом находится в режиме ждущей развертки с внешней синхро-
низацией, (например, от ГНЧ).
Имеется еще способ определения глубины модуляции по
«размытости» радиочастотных колебаний. Для этого снимают
модуляцию и устанавливают длительность развертки такой,
чтобы на экране появились колебания радиочастоты, осцилло-
граф при этом может работать в режиме ждущей развертки
с внутренней синхронизацией. Затем вводится модуляция и по
размаху на изображении наибольшей и наименьшей «размыто-
стеи» подсчитывается по той же формуле ее глубина (рис. 6.2,в).
В стереофонических вещательных передатчиках принята си-
стема полярной, т. е. двухсторонней, модуляции вспомогатель-
ной ультразвуковой несущей или поднесущей частоты, равной
31,25 кГц. Верхняя огибающая поднесущей частоты представ-
ляет собой низкочастотный сигнал канала Л, нижняя огибаю-
щая— сигнал канала В, Осциллограмма такого полярно моду-
лированного колебания представлена на рис. 6.3. Глубину мо-
дуляции определяют здесь таким же образом.
12 1
Кантенмв
Ш>с<<Па'
Рис. 6.1. Проверка амплитудно-модулированного сигнала в каскаде передат-
чика:
а— схема соединения; б — модулированная несущая (М=33%)
ч)
гнч
ГРЧ
■■V V?"
h*0 0"
©1
^*'
1
5
Y'ffiil/
gi\
jH^lT^
in
6)
Рис. 6.2. Получение амплитудно-модулированных колебаний:
в —схема соединения; б —модуляция 75%; в— получение модуляции путем «размыто-
сти» изображения
Определение глубины модуляции также может проводиться
по трапециевидному изображению амплитудно-модулированного
канала. Этот метод широко используют для непосредственной
проверки и для калибровки измерителей коэффициента модуля-
ции. Схема измерения показана на рис. 6.4,а. Собственная раз-
вертка осциллографа не нужна.
Напряжение с контура передатчика на вход Y или верти-
кально отклоняющие пластины подается через индуктивную
связь (катушка) L3 в 3—4 витка. Вход X соединен с выходом
/-^^^
Рис. 6.3. Осциллограмма по-
лярно модулированного коле-
бания стереофонического пере-
датчика
122
Кантечие
д)
Рис. 6.4. Схема измерения глубины модуляции амплитудно-модулированного
передатчика методом трапециевидных изображений:
а —схема; б — немодулированная несущая; в — модулированная несущая; г—>коэффи-
циент модуляции 100%; d —чрезмерная модуляция; е —большая нелинейность
модулятора через делитель напряжения С/, R1 и R2, Немоду-
лированная несущая вызовет изображение вертикальной линии
(рис. 6.4,6). Коэффициент модуляции определяют по той же
формуле. Преимущество этого метода — возможность опреде-
ления линейности амплитудно-модулированного высокочастот-
ного усилителя (рис. б.4,в —в).
ЬЛ. ПРИМЕНЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА ПРИ НАЛАЖИВАНИИ
СТЕРЕОФОНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
При проверке сквозного стереотракта осциллограф превра-
щается в один из основных измерительных приборов, наглядно
представляющий процесс регулировки стереоприемника и избав-
ляющий регулировщика от множества трудоемких измерений,
таких, как исследование амплитудных и фазочастотных харак-
теристик, определение частоты настройки контура восстановле-
ния поднесущей частоты (ВПЧ) и др. Как уже упоминалось
123
у vl
i !
\f\[ v\P
Рис. 6.5. Осциллограммы выходного напряжения на выходе контура подне-
сущей частоты блока стереодекодера:
а — при правильной настройке (четко видны переходы огибающей через нуль); б —при
неточной настройке контура ВПЧ
ранее, по изображению на экране осциллографа определяют ве-
личину и фазу проникновения из канала в канал, измеряют глу-
бину модуляции поднесущей частоты (см. рис. 6.3) и др. Ранее
упоминалось о применении осциллографа при проверке идентич-
ности амплитудной и фазовой частотных характеристик УНЧ.
Чтобы избежать искажений, полоса осциллографа должна до
20 раз превышать /в полярно модулированного колебания
C1,25 кГц).
Рассмотрим настройку стереодекодера «Ласпи-003 стерео».
На вход стереодекодера подается сигнал с выхода стереомоду-
лятора МОД-12 или МОД-15. Окончательная настройка конту-
ра восстановления поднесущей частоты проверяется осцилло-
графом при противофазной модуляции в каналах Л и В. Для
этого стереомодулятор включают в режим разностного сигнала
и устанавливают глубину модуляции 100 %. Осциллограф под-
ключается к контрольной точке контура. Поворотом сердечников
катушек контура добиваются четкого изображения выходного
сигнала (рис. 6.5,а).
На вход блока стереодекодера подаются от стереомодуля-
тора полярно модулированные колебания (ПМК) с модуляцией
в канале Л — частота модуляции 1 кГц, глубина модуляции
80 %, выходное напряжение модулятора 300 мВ. Резистор на-
грузки контура восстановления поднесущей устанавливается
в нулевое положение.
Осциллограф подключается попеременно на вход блока сте-
реодекодера и к контрольной точке контура восстановления
поднесущей частоты, чтобы убедиться в отсутствии амплитудно-
и фазочастотных искажений ПМК. Достаточным критерием
определения искажений является отсутствие модуляции в кана-
ле В.
Осциллограмма выходного напряжения должна быть подоб-
на по форме напряжению на входе стереодекодера, отличаясь
от последнего только масштабом. Такой метод позволяет опре-
124
Рис. 6.6. Осциллограммы выходных напряжений стереодекодера:
а и 6 — остатки надтональных частот при паузе в наблюдаемом канале; в— сигнал на
фоне надтональных частот; г — случаи синфазного проникновения из канала в канал;
d —случаи противофазного проникновения сигнала; е — проникновение сигнала, сдвину-
того по фазе на Л/2 относительно полезного сигнала
делить искажения, соответствующие переходным затуханиям
порядка 40 дБ A00 раз). Переходное затухание между стерео-
каналами при этом может быть определено как отношение
амплитуды полезной огибающей ПМК к амплитуде паразитной
огибающей, возникающей в другом канале в результате про-
хождения сигнала через испытываемое устройство. Причинами,
вызывающими линейные искажения ПМК, являются неравно-
мерность амплитудно-частотной и нелинейность фазочастотной
характеристик тракта, которые могут возникать вследствие не-
достаточной емкости переходных конденсаторов. На рис. 6.6
показаны осциллограммы выходных напряжений стереодеко-
дера.
6.3. ПРОВЕРКА ЦЕПЕЙ И АНАЛИЗ ФОРМ СИГНАЛОВ
В ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРИЕМНИКАХ
Сигналы в цепях телевизионного приемника можно класси-
фицировать по ряду признаков на несколько основных групп,
порождаемых автоколебательными системами: сигналы в цепях
гетеродина селектора каналов, в схемах отклонения по кадрам
и строкам. Эти узлы являются источниками сигналов, от них
сигналы проходят по формообразующим цепям и возбуждают
другие узлы. Многие из сигналов (в цепях строчных и кадровых
разверток и сигналы синхронизации) могут быть с помощью
осциллографа исследованы непосредственно. Но в телевизион-
ном приемнике имеются сигналы, частоты которых находятся за
125
пределами полосы пропускания массовых осциллографов, по-
этому их анализируют косвенными методами. Сигналы можно
разделить на те, которые можно наблюдать непосредственно на
экране осциллографа, и на те^ которые можно наблюдать с по-
мощью преобразователей.
Существуют внешние сигналы, без которых работа телевизо-
ра невозможна. Это сигналы, приходящие из телецентра, и на-
пряжения питания. Сигналы в каналах синхронизации, видео- и
звуковых каналах можно разделить на испытательные и рабо-
чие. Например, сложный, модулированный по высокой частоте
видеосигнал, поступающий от антенны, является рабочим. Сиг-
налы же, поступающие при настройке телевизора от генераторов
сигналов, звуковых генераторов и других устройств, являются
испытательными сигналами. Предварительная проверка телеви-
зора ограничивается контролем наличия или отсутствия сигна-
лов. Более подробный анализ включает в себя измерение частот,
амплитуд и наблюдение искажений формы сигнала.
Подходящим для работы с телевизором может быть осцил-
лограф с входной чувствительностью 5 мВ/см или делений с по-
лосой пропускания порядка 7 МГц, т. е. такой, как С1-94 или
«Сага».
Проверка блоков телевизора и необходимые меры предосто-
рожности. Проверка прохождения сигналов в телевизоре заклю-
чается в контроле прохождения полного телевизионного сигнала
через каналы изображения, звука, синхронизации и разверток.
Для наблюдения сигнала в высокочастотных цепях телеви-
зора (селектор каналов, УПЧ) следует воспользоваться проб-
ником-детектором (см. рис. 2.16). При подсоединении его к це-
пям промежуточной частоты при входном сопротивлении проб-
ника более 15 кОм и емкости менее 2,5 пФ он будет иметь до-
статочно высокое реактивное сопротивление и не внесет замет-
ной нагрузки в исследуемую схему.
Подключать пробник к точке схемы, находящейся под напря-
жением, нужно осторожно, так как короткое замыкание в рабо-
тающей схеме может привести к выводу из строя одного или
даже нескольких транзисторов. Перед любой перепайкой сле-
дует обязательно отключить питание. Надо помнить, что тран-
зисторы всегда выходят из строя мгновенно, в отличие от ламп,
которые в течение некоторого времени могут выдерживать пе-
регрузки.
Проверка блоков телевизора при отключенной отклоняющей
системе недопустима, так как вызывает избыточные токи и
перенапряжения в выходных каскадах отклонения и резко иска-
жает формы сигналов. Для проверки сопротивления резисторов
в транзисторных схемах нельзя пользоваться любым омметром;
применяемый для этой цели омметр должен развивать на разо-
мкнутых щупах напряжение не более 3 В, а при их замыкании —
126
ток не более нескольких десятков миллиампер, в противном
случае также возможен выход из строя транзисторов.
Как обычно, при использовании пробника перед его подклю-
чением необходимо подсоединить землю проверяемой схемы и
пробника к сигнальной цепи. Измерение амплитудных значений
на контуре пробником-детектором все же дает не совсем пра-
вильные результаты, так как пробник вносит некоторые паразит-
ные связи. При подсоединении пробника к выходу усилителя
промежуточной частоты (УПЧ) создаются возможности для ге-
нерации, и возникшие колебания блокируют прохождение сигна-
ла через УПЧ. Этот вопрос отпадает, если осциллограф, исполь-
зуемый вместе с пробником, поставить на открытый вход.
Генерация УПЧ возможна также при значительном увели-
чении постоянного напряжения на выходе видеодетектора, отче-
го может нарушаться работа видеоусилителей, цепей АРУ и
других каскадов.
При проверке прохождения сигналов разностной частоты не-
сущей звука и ПЧ сигнала от точки, с которой снимается раз-
ностная частота в видеоусилителе, до частотно-модулированно-
го детектора, с учетом того что полоса усилителя ПЧ звука
сравнительно узкая, входная емкость делителя пробника замет-
но расстраивает его по отношению к центральной частоте
6,5 МГц. Однако при такой проверке часто нужно только опре-
делить наличие или отсутствие в каждом каскаде несущей раз-
ностной частоты 6,5 МГц и ориентировочно оценить амплитуду.
Для проверки видеоусилителя при подключении его каска-
дов к осциллографу применяют пробник с малой входной /емко-
стью. На рис. 6.7 приведена упрощенная схема двухкаскадного
видеоусилителя черно-белого телевизора. Нагрузочное реактив-
ное сопротивление включает в себя индуктивности (корректи-
рующие катушки): параллельной L1 и L2 и последовательной
L3 и L5 коррекции. Эти катушки обеспечивают высокочастот-
ную компенсацию и плоскую характеристику от 50 Гц до
5,0 МГц.
Первый каскад работает как эмиттерный повторитель и не
дает усиления напряжения. Однако он обеспечивает необходи-
мое усиление по току для «раскачки» выходного транзистора.
В данном примере общее усиление канала равно примерно 125.
Проверка прохождения сигнала по каскадам не только показы-
вает усиление каскада, но и дает возможность обнаружить
искажения сигнала, которые в этом каскаде могут произойти.
Для анализа прохождения сигналов через звуковой сигнал и
схему синхронизации можно использовать сигналы телевизион-
ной станции, однако генератор сигналов позволяет создать более
стабильные условия для проверки. Если подавать сигналы с про-
межуточной частотой звука 6,5 МГц, то на выходе УПЧ канала
звукового сопровождения должна наблюдаться синусоида. Рабо-
127
к звуковому
каналу^ /?J ПЧ16Б
•+-;^B-
rzLHSHue обрат-
ного хода, по
кадрам
f
Гашение обрат-
ного хода по
строкам
Рис. 6.7. Упрощенная схема двухкаскадного транзисторного видеоусилителя
та УНЧ проверяется обычным способом, описанным ранее.
Анализ форм сигналов в схемах разверток предполагает про-
ведение следующих операций: измерение амплитуды, частоты
повторения, длительности и формы импульсов, а также изме-
рение длительности его фронтов. Наблюдаемые в различных
точках осциллограммы необходимо сравнить с теми, которые
приводятся в технической документации на телевизор.
Рассмотрение форм сигналов строчной развертки. На рис. 6.8,а приведена
упрощенная схема строчного развертывающего устройства-—модуля МС-3.
Модуль содержит усилитель мощности VTJ, выходной каскад VT2, диодный
демпфер-модулятор VD3, VD4, выходной строчный трансформатор Т2 с, им-
пульсными выпрямителями напряжения VD1, VD2.
На базу транзистора VT1 поступают положительнь^е прямоугольные
импульсы с субмодуля синхронизации (рис. 6.8,6) длительностью 20—30 мкс
с периодом следования 64 мкс. Этими импульсами VT1 открывается и закры-
вается при их отсутствии, когда резкое прекращение тока в коллекторной
цепи вызывает появление импульса напряжения (рис. 6.8,в) в обмотке /—2
трансформатора Г/. Для уменьшения начального выброса обмотка зашун-
тирована цепью R4, С2.
Со вторичной обмотки TI импульсы напряжения поступают на базу тран-
зистора VT2 выходного каскада, управляя формированием пилообразного
отклоняющего тока. Форма этих импульсов в результате протекания тока
базы через резистор R7 показана на рис. 6.8,г.
Выходной каскад собран по схеме двухстороннего транзисторно-диодно-
го ключа на транзисторе VT2 и диодах VD3, VD4. Положительная полуволна
отклоняющего тока протекает через транзистор VT2, а отрицательная — через
составной демпфер-модулятор VD3, VD4.
128
к строчным
?катушкам
Рис. €u8. Упрощенная схема выходного каскада строчной развертки:
а •> схема; 6 — е — осциллограммы в цепях строчной развертки
Нагрузкой выходного каскада служат параллельно и раздельно подклю-
ченные к конденсаторам С4^ С5 строчные катушки отклоняющей системы
(ОС) и выходной трансформатор Т2. В катушках создается ток пилообраз-
ной формы, а на обмотках трансформатора — импульсы обратного хода лучей
по строкам. Эти импульсы преобразуются выпрямителями в постоянные на-
пряжения для питания анода, ускоряющих и фокусирующего электродов ки-
нескопа, а также видеоусилителей модуля цветности.
Суммарная емкость конденсаторов С4 и С5 вместе с результирующей
параллельной индуктивностью, которая в основном определяется строчными
отклоняющими катушками ОС, образуют колебательный контур. Во времй
обратного хода строчной развертки на катушках ОС и выходном трансфер-
129
маторе Т2 возникают импульсы напряжения амплитудой около 1000 В
(рис. 6.8,а).
Конденсаторы СЗ, С16 кроме развязки строчных катушек от источника
питания одновременно обеспечивают коррекцию нелинейных искажений
(S-образная коррекция) и центровку растра. Они совместно с катушкой L4
и строчными отклоняющими катушками образуют резонансный контур. Си-
нусоидальные колебания тока, вонзикающие в нем, накладываются на пило-
образый ток, п{№давая ему S-образную форму, при которой скорость откло-
нения лучей убывает по мере приближения к краям экрана.
Подушкообразные искажения вертикальных линий корректируются диод-
ным модулятором, состоящим из составного демпфера на диодах VD3y VD4,'
конденсаторов С6, С8, резистора R9 и катушек L3, L4. Катушка L4 и кон-
денсатор С8 образуют колебательный контур, добротность которого опреде-
ляется сопротивлением резистора R9. Конденсатоо Сву не влияя существенно
на частоту колебаний (его емкость значительно больше емкости конденсато-
ра С8), служит в качестве управляемого источника напряжения, изменением
которого добиваются необходимой коррекции растра.
Во время обратного хода строчной развертки положительный импульс,
возникающий на коллекторе транзистора VT2 (рис. 6.8,^), закрывает диоды
составного демпфера. Под влиянием импульса обратного хода, который с вы-
вода // обмотки выходного трансформатора воздействует на контур C8L4
(рис. 6.8,в), в нем возникают свободные колебания. Контурный тюк, протекая
через конденсатор С6, заряжает его. По окончании одного полупериода
обратного хода демпферные диоды открываются и прекращают свободные
колебания в контуре. При этом начинается первая половина прямого хода
строчной развертки, а степень отклонения луча от левого края к центру
экрана определяете^ энергией, накопленной в строчных катушках ОС за пре-
дыдущий период. Амплитуда отклонения луча зависит от напряжения на
конденсаторе Сб, так как он включен последовательно в цепи строчных
отклоняющих катушек и напряжение на нем направлено навстречу их ЭДС
самоиндукции.
Осциллограф позволяет сравнительно легко найти неисправ-
ность в схеме строчной развертки. Полезно знать следующие со-
отношения, которые должны выдерживаться в исправной схеме:
длительность запирающего импульса на базе транзистора вы-
ходного каскада должна быть больше длительности обратного
хода, но меньше половины длительности прямого хода, длитель-
ность обратного хода должна лежать в пределах II—15 мкс,
причем в телевизорах с отношением сторон экрана 4 : 5 она бли-
же к большей цифре, а при отношении 3:4 — к меньшей; ампли-
туда импульса на коллекторе выходного транзистора должна
быть в 7—10 раз больше напряжения питания выходного кас-
када.
Отклонение длительности запускающего импульса от нормы
указывает на неисправность задающего генератора, слишком
малая длительность обратного хода — на короткие замыкания
130
в строчных отклоняющих катушках (или строчном трансформа-
торе) либо на обрыв (потерю емкости) конденсатора С4, С5.
В первом случае будет наблюдаться пониженная амплитуда
импульса напряжения на коллекторе выходного транзистора, во
втором — повышенная.
Требования, предъявляемые к транзистору VT2, довольно
жесткие. Он должен иметь высокое быстродействие (время рас-
сасывания около I—2 МКС, время выключения — доли микросе-
кунды), большие значения предельно допустимых токов и на-
пряжений коллектора. Например, для черно-белого кинескопа
с диагональю 51 см, он должен выдерживать разрывную мощ-
ность 1000 В-А (т. е. допускать предельные значения тока кол-
лектора 5 А при 200 В или 1 А при 1000 В). Для кинескопов
большего размера и цветных эти значения еще больше.
Резкие искажения формы напряжений в выходном каскаде
строчной развертки могут свидетельствовать о междувитковых
замыканиях в строчном выходном трансформаторе, в отклоняю-
щих катушках и в регуляторе линейности строк.
Формы сигналов в цепях кадровой развертки. На рис. 6.9,а приведена
упрощенная схема модуля кадровой развертки МК-Ы и осциллограммы в не-
которых характерных точках. Модуль кадровой развертки состоит пз задаюпхего
генератора VT1, VT2, эмиттерного повторителя VT3, дифференциального уси-
лителя VT4, VT6, предварительного усилителя VT7, выходного каскада VT8,
VT9, формирователя импульсов гашения VT1I, VT12 и генератора напряже-
ния обратного хода VT13, VTI4.
Для синхронизации задающего генератора, выполненного по схеме гене-
ратора линейно изменяющегося напряжения, используются импульсы поло-
жительной полярности (рис. 6.9,6), которые поступают через цепь RI, С1 на
эмиттер транзистора VTI, Частоту генератора устанавливают подстроечным
резистором R14.
На базу транзистора VT2 через резистор R6 воздействует напряжение,
пропорциональное току лучей кинескопа. Оно влияет на размах вырабаты-
ваемых генератором пилообразных импульсов так, что размер изображения
ПС вертикали при изменении трка лучей кинескопа остается неизменным.
С конденсатора С4 через резистор R7 пилообразное напряжение
(рис. 6.9,в) проходит на базу транзистора VT3 эмиттерного повторителя.
Линейность растра регулируется подстроечным резистором R13. С регуля-
тора вертикального размера растра — подстроечного резистора R16
(рис. 6.9,г) через конденсатор С8 сигнал приходит на базу транзистора VT4
дифференциального усилителя. На другой его вход — базу транзистора УТб--
поступают напряжения отрицательной обратной связи по переменному и по-
стоянному току.
Для обеспечения отрицательной обратной связи по переменному току
с резистора /?27, включенного в цепь кадровых катушек отклоняющей систе-
мы, через конденсатор С13 пилообразное напряжение (рис. 6.9,д) воздей-
ствует на базу транзистора VT6. Это напряжение пропорционально току
131
132
в кадровых катушках и противофазно напряжению на базе транзистора VT4.
Поэтому при увеличении тока в кадровых катушках усиление дифференци-
ального усилителя падает, поддерживая постоянным установленный размер
по вертикали. Отрицательная обратная связь по постоянному току создается
подачей через резистор R24 на базу транзистора VT6 напряжения со средней
точки выходного каскада (рис. 6.9,в), повышая стабильность его работы.
С дифференциального усилителя сигнал (рис. 6.9,ж) приходит на базу
транзистора VT7 предварительного усилителя, выполненного по схеме с раз-
деленной нагрузкой. С резисторов R29 и R31 в его коллекторной цепи и ре-
зистора R32 в эмиттерной цепи сигналы поступают на базы транзисторов VT8
и VT9 двухтактного выходного каскада с переключающим диодом VD4.
Транзисторы VT8 и VT9 работают поочередно: в первую половину прямого
хода лучей (от верха до середины экрана) ток протекает через транзистор
VT8, во вторую половину (от середины до низа экрана) — через транзи-
стор VT9. Падение напряжения на диоде VD4, создаваемое отклоняющим
током во время второй половины прямого хода развертки, обеспечивает за-
крытое состояние транзистора VT8.
С конденсатора С17 через резистор R36 импульсы кадровой частоты по-
ступают на узел центровки растра, состоящий из подстроечного резистора R37
и диодов VD7 и VD8. Выпрямление импульсов кадровой частоты диодом VD7
создает отрицательную составляющую напряжения в цепи, а диодом VD8 —
положительную. В среднем положении движка подстроечного резистора R37
постоянные составляющие равны, ток смещения через кадровые катушки не
протекает.
Для ускорения переходных процессов и получения малой длительности
обратного хода кадровой развертки выходной каскад во время обратного
хода питается повышенным напряжением. Оно формируется генератором
обратного хода, выполненным на транзисторах VTI3, VT14. Во время пря-
мого хода развертки оба транзистора закрыты. При этом конденсатор С18
быстро заряжается через диод VD6 и резистор R47 до напряжения источ-
ника питания 28 В. Во время обратного хода кадровой развертки через
цепь С19, R34 и диод VDtl на базу транзистора VT13 поступает положи-
тельный импульс обратного хода и открывает его, а следовательно, и тран-
зистор VT14. При этом напряжение на конденсаторе С18 суммируется с на-
пряжением (рис. 6.9,3), возникающим на резисторе R47 при открытом тран-
зисторе VT14, в результате чего напряжение на коллекторе транзистора VT8
эыходного каскада во время обратного хода увеличивается примерно вдвое
по сравнению с напряжением питания во время прямого хода.
Генератор импульсов гащения обратного хода лучен собран на транзи-
сторах VT11, VT12 по схеме одновибратора. На базу транзистора VTll
. импульсы проходят с коллектора транзистора VT9 через сложную форми-
рующую цепь. Длительность импульсов устанавливают подстроечным рези-
стором R46. Во время прямого хода развертки транзистор VT11 открыт,
а VT12 закрыт. При поступлении на базу транзистора VT11 импульса обрат-
ного хода он закрывается, а транзистор VT12 открывается до насыщения и
на коллекторной нагрузке-резисторе R49 возникает прямоугольнЕ^*^ импульс
гашения обратного хода лучей (рис. 6.9,и).
134
Рис. 6.10. Искаженная форма тока в кадровых отклоняющих катушках, при-
водящая к искажению изображения
В схемах кадровых разверток могут возникать типичные де-
фекты. Например, наличие на экране телевизора яркой гори-
зонтальной полосы свидетельствует об отсутствии вертикальной
развертки. Для отыскания причины данной неполадки необходи-
мо убедиться в отсутствии обрыва кадровых катушек, замерив
сопротивление между соответствующими контактами соедини-
теля (порядка 15—16 Ом), затем проверить напряжения; если и
они в порядке, то осциллографом проверить осциллограммы
в задающем генераторе и дифференциальном усилителе.
На рис. 6.10 показана форма тока в отклоняющих катушках,
могущая вызвать появление сжатого снизу (а) или «завернуто-
го» (б) изображения. Изменение размера растра (мал или ве-
лик) может быть вызвано утечкой или обрывом в конденсато-
ре С7, отсутствие половины растра вызывается пробоем тран-
зистора VT8 или конденсатора С12 и т. д. И во всех случаях
осциллограф явится если и не самым быстрым, то самым на-
дежным средством определения неисправности.
6.4. ПРИМЕНЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ НАРУШЕНИЙ
ЦВЕТОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
Воспроизведение цветного изображения потребовало введения в телеви-
зор целого ряда дополнительных схемных решений. В общих чертах работа
канала цветности телевизора сводится к следующему: после усиления при-
нятого радиосигнала видеосигнал поступает в канал яркости и канал цвет-
ности. В канале яркости имеется линия задержки, которая компенсирует
некоторую задержку сигнала в канале цветности, так что видеосигналы
поступают на катоды и модуляторы кинескопа с одинаковыми задержками.
Яркостный сигнал поступает на три катода кинескопа. При этом с помощью
двух потенциометров обеспечивается возможность установки необходимой
пропорции между контрастностью по отдельным основным цветам. Обычно
в канале красного цвета регулировка не производится.
Видеосигнал с выхода детектора поступает на фильтр, в котором про-
изводится коррекция частотной характеристики телевизионного канала. Затем
стоит ограничитель, срезающий паразитную амплитудную модуляцию частот-
135
ho-модулированного цветного сигнала помехами и яркостным видеосигналом.
Выход ограничителя подключен к линии задержки, время задержки которой
равно длительности одной строки.
Далее следует каскад, характерный для телевизора, работающего на
системе СЕКАМ — цветовой коммутатор на диодах, управляемый триггером.
Переключающий триггер управляется импульсами обратного хода строчной
развертки. Каждый из диодов находится в течение одной строки в одном
положении, в течение другой строки — в другом.
Воздействие сигнала трех основных цветов /?, G, В происходит на участ-
ках катод — модулятор кинескопа (на катоды подается яркостный сигнал К).
На два частотных дискриминатора цветовые сигналы R—У и Б —К посту-
пают по времени каждой .строки (один сигнал — незадержанный, второй —
задержанный на период строки). Выходные видеосигналы дискриминаторов
после соответствующих усилителей следуют на модуляторы красного и сине-
го лучей трехцветного кинескопа и, кроме того, используются для формиро-
вания цветоразностного сигнала G — У, который подается на модулятор
зеленого луча.
Устройство цветовой сигнализации управляет работой коммутатора
цветовых сигналов. При правильной работе коммутаторов при передаче с те-
лецентра сигнала красного цвета коммутатор должен подключить незадер-
жанный выходной сигнал ограничителя к дискриминатору красного цвета,
а дискриминатор синего — получить сигнал предыдущей строки.
Полный видеосигнал цветного изображения содержит сигналы опозна-
вания, предназначенные для обеспечения синфазной ^ работы коммутаторов
приемного и передающего устройств, а также для автоматического переклю-
чателя приемника цветного телевидения с режима приема черно-белых пере*
дач в режим приема цветных и обратно. Сигналы опознавания передаются
в течение девяти строк во время обратного хода кадровой развертки.
В схеме совпадения происходит обработка импульсов опознавания, сни-
маемых с выхода зеленого канала, и в случае сбоев цветной синхронизации
производится корректировка фазы импульсов коммутации. Одновременно про-
исходит запирание канала цветности на все время всего испорченного кадра,
т. е. при нарушении цветовой синхронизации изображение становится черно-
белым.
Все эти операции выполняются в модуле цветности, состоящем из 3~-
4 микросхем, например, типа К174. В современных моделях применяют мо-
дули типа ЛЩ-2, МЦ-3 и т. п.
Особенности масочного кинескопа требуют целого ряда устройств для
коррекции движения лучей: устройства статического и динамического сведе-
ния лучей, коррекции положения синего луча, рег^^лировки чистоты белого
цвета, размагничивания кинескопа и т. д. В настоящее время в телевизорах
ставятся кинескопы с самосведением. Работа схем цветного телевизора, пра-
рила эксплуатации и ремонта описаны во многих источниках. Ниже рассмот-
рены некоторые применения осциллографа для просмотра сигнала в цепях
цветного телевизора.
Для отыскания неисправностей в черно-белом тракте ЦВТ
пригодны те же методы, которые используют в обычном черно-
136
белом телевизоре. Однако для получения четкого представле-
ния о процессах, определяющих прохождение и формирование
цветовых сигналов, очень полезен осциллограф. Наиболее при-
годны для работы с приемниками цветного телевидения специ-
альные телевизионные осциллографы С1-55, С1-57, С9-1 и осо-
бенно новый СЫЗО, имеющие полосу пропускания 10—15 МГц
и возможности выделения отдельных строк и измерения боль-
шого количества специальных характеристик. Но для выполне-
ния обычных ремонтных и настроечных работ вполне дocтatoч-
но применить осциллографы с полосой пропускания 7—10 МГц
и ждущей разверткой.
Неисправности, возникающие в телевизоре, разделяют обыч-
но на три категории: а) связанные с отсутствием свечения экра-
на, яркостью и фокусировкой; б) приводящие к отсутствию или
неправильному воспроизведению черно-белого изображения;
в) вызывающие пропадание или искажения цветного изображе-
ния (отсутствие цвета, нарушение цветовой синхронизации, пло-
хое воспроизведение цвета).
Универсальные осциллографы применяют главным образом
для проверки схемы синхронизации, блоков строчной и кадро-
вой развертки, гашения, коррекции подушкообразных искаже-
ний, регулировки канала цветности и автоматической регули-
ровки усиления.
Осциллограф вместе с сигналами цветных полос, которые
систематически передаются телевизионным центром, можно
использовать для выполнения следующих операций: проверки
прохождения поднесущих сигналов цветности, модулированных
цветоразностными сигналами Ец—Еу и £у—Ев через канал
цветности; выравнивания уровней поднесущих прямого и за-
держанного каналов; настройки и проверки обратной коррекции
высокочастотных и низкочастотных предыскажений, установки
нулей частотных дискриминаторов; регулировки и проверки
уровней цветоразностных сигналов; регулировки и проверки
цветовой синхронизации. При этом сигнал цветных полос может
поступать вместе с высокочастотным сигналом на антенный вход
телевизора (от телецентра) или как видеосигнал на вход
яркостного канала (от генератора).
Внешние признаки дефектного цветовоспроизведения —
отсутствие цветного изображения, нарушение правильности цве-
товоспроизведения, нарушение синхронизации.
При пропадании или отсутствии цветного изображения, ко-
торое может произойти из-за неисправностей в радиоканале,
в яркостном канале и канале цветности, осциллограф может по-
мочь в уточнении места неисправности, например в измерении
амплитуды сигнала на нагрузке видео детектор а, который не
должен быть менее указанного в инструкции. Его можно заме-
рить на входе канала цветности (рис. 6.11,а).
137
к
а)
Линия pai^eprrtKu б")
Неправильно
Правильно
§9лая
пшлоса
Черная
полоса
Белая ул
полоса кн Г I
М ^ Черная
г полоса
Белая
полоса
-vn
ж)
И
куЛ.
Черная
полоса
Рис. 6.11. Формы сигна-
лов в каналах цветности
При появлении цветных помех (цветной «снег» на черно-бе-
лом изображении) дефекты можно искать в канале яркости,
откуда снимается сигнал в блок цветности, и в самом блоке
цветности. При помощи осциллографа следует убедиться в при-
сутствии видеосигнала на входе блока цветности. Причиной
таких помех может быть неисправность микросхемы в модуле
цветности, утечки в конденсаторах, неустойчивые контакты
и др.
При резком нарушении правильности цветовоспроизведения,
когда при передаче черно-белого изображения поле экрана
остается окрашенным в какой-либо цвет, причиной нарушения
может быть выход из строя одной из пушек кинескопа. Если
138
имеется неисправность в одном из цветоразностных каналов, то
будет резко нарушено цветное изображение. Осциллограф с де-
лителем 1 : 10 подключают к соответствующим контрольным
точкам.
Для установки режима микросхемы выделения сигналов цве-
товой синхронизации и управления каналом цветности подстроеч-
ным резистором добиваются симметрии сигнала относительно
линии развертки без сигнала, как это показано на рис. 6.11,6.
Для настройки контура коррекции ВЧ-предыска*жений враще-
нием подстроечника катушки контура получают возможно мень-
шую амплитудную модуляцию сигнала в соответствии
с рис. 6.11,е. Для настройки системы цветовой синхронизации
осциллограф через резистор 20—22 кОм подключают к соответ-
ствующей контрольной точке и подстроечником катушки доби-
ваются максимальной амплитуды первой части импульсов опо-
знавания (рис. 6.11,г). При этом на осциллограф желательно
подать импульсы от соответствующей контрольной точки. Под-
строчным резистором выравниваются также амплитуды прямого
и задержанного сигналов в соседних строках, что показано
стрелкой на рис. 6.11,Л
Осциллографом также настраивают нули дискриминаторов.
Подключают прибор последовательно к контрольным точкам
контуров R — У, В — Y и сравнивают положение уровня напря-
жения, соответствующего белой и черной полосам с положением
линии развертки. На рис. 6.11,в показана осциллограмма «крас-
ного» цветоразностного сигнала R — Y. Если уровни не совпа-
дают, то вращением подстроечника катушки их совмещают. Для
повышения точности настройки чувствительность осциллографа
устанавливают минимальной.
После этого осциллограф переключают на контрольную точ-
ку «синего» цветоразностного сигнала В—Y (рис. 6.11,rw). При
необходимости вращения сердечника катушки подстраивают
нуль частотного детектора до совпадения уровней белой и чер-
ной полос с линией развертки.
Глава 7
ПРИМЕНЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА ПРИ АНАЛИЗЕ РАБОТЫ
ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
7.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
При работе с источниками питания следует еще раз напом-
нить о необходимости соблюдения мер безопасности, так как
в них первичный источник энергии — электрическая сеть имеет
довольно высокое напряжение и большую мощность. Особенно
139
-и-
■0+
-о—
а)
|Г-И-
Ic^H
г—о
+
1 с\
IS)
Ж2
f 1
> t
12
1
f—О
V^ 1 Т
жхф
1—1__1__о
^ и f «^ ?
д)
\ \>\ \—о
-W-
Х^
е)
о-
f-\\ V II v^-H-V—о-ь
о ^)
^-^^)
Рис. 7.1. Схемы выпрямителей:
а — однополупериодный; б — двухполупериодный; в — мостовой; г — однополупериодный
трехфазный; d—мостовой трехфазный; е — двухполупериодный с удвоением; аг —
однополупериодный с удвоением; з — двухполупериодный трехфазный; и —с умножением
напряжения
осторожно нужно работать с бестрансформаторными выпрями-
телями и схемами, питающимися от таких выпрямителей.
Соединение измеряемой цепи с входом осциллографа долж-
но иметь надежную изоляцию. Часто применяют кабель с двумя
зажимами «крокодил», на которые надевают изолирующие труб-
ки. Манипуляции при подключении нужно проводить одной
рукой; процесс измерений не затягивать и отключать прибор,
как только измерение закончено.
Аналогичные меры предпринимают, если требуется соединить
корпус осциллографа с выводом выпрямителя, находящимся
под значительным потенциалом относительно общего провода.
При испытаниях выпрямителей с выходным напряжением
выше 200 В вообще нельзя соединять корпус осциллографа с не-
заземленной клеммой такого выпрямителя, так как изоляция
в блоке питания осциллографа не рассчитана на напряжение
выше 500 В.
Основные преимущества дает применение осциллографа в тех
случаях, когда неисправность выпрямителя проявляется в виде
пониженного напряжения и (или) повышенной пульсации. Су-
140
ществуют весьма совершенные схемы источников питания, но
для определения пульсаций, возникших в любой схеме, лучше
всего пользоваться осциллографом. Частота пульсаций^ равна
частоте сети для схем на рис. 7.1,а и ж; удвоенной частоте сети
для схем на рис. 7.1,6, в и ё; утроенной частоте сети для схемы
на рис. 7.1,г; ушестеренной частоте сети для схем на
рис. 7.1,д и и.
Частота пульсаций зависит от частоты сети и типа выпрями-
теля, амплитуды пульсаций, а также и от вида фильтра, пара-
метров его элементов и тока нагрузки. Амплитуду пульсаций
на выходе звена фильтра можно оценить, зная амплитуду пуль-
саций на входе и коэффициент ослаблений звена.
Пониженное напряжение на входе фильтра при нормальной
амплитуде и частоте пульсаций указывает на обрыв одной из
обмоток силового трансформатора в тех случаях, когда приме-
няется их параллельное включение.
Пониженная частота и повышенная амплитуда пульсаций
наблюдаются при обрыве одного из диодов в выпрямителях,
выполненных по схемам на рис. 7.1,6 — д, и. В схемах на
рис. 7.1,6, г, д такое же явление может быть вызвано обрывом
одной из вторичных обмоток трансформатора, а в схемах на
рис. 7.1,г — и — также и обрывом первичной обмотки. Анализи-
руя форму пульсации, можно определить, какие плечи выпрями-
теля вышли из строя. Для этого осциллограф необходимо по-
ставить в режим внешней синхронизации и подать в качестве
запускающего сигнала на вход синхронизации напряжение
одной из фаз со входа выпрямителя.
Увеличенная амплитуда пульсации на входе фильтра при
нормальной частоте пульсаций может возникнуть при перегруз-
ке выпрямителя. Но если ток нагрузки нормальный, то возмож-
на потеря емкости первым конденсатором фильтра либо очень
большая утечка в одном из конденсаторов.
Увеличенная амплитуда пульсаций на выходе звена фильтра
при нормальной амплитуде и частоте пульсаций на его входе
указывает на потерю емкости выходным конденсатором или на
межвитковое замыкание в дросселе фильтра.
Пульсации на выходе фильтра, не синхронные с напряже-
нием сети, возникают из-за влияния переменной составляющей
тока нагрузки и указывают на потерю емкости выходным кон-
денсатором фильтра.
7.2. СТАВИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
Компенсационные стабилизаторы напряжения или стабили-
заторы непрерывного действия'—это система автоматического
регулирования, представляющая усилители постоянного тока,
охв£|ченные глубокой отрицательной обратной связью.
141
Рис. 7.2. Структурные схемы стабилизаторов непрерывного типа
Упрощенные схемы стабилизаторов компенсационного типа
с последовательной {а) и параллельной (б) регулировкой при-
ведены на рис. 7.2. В процессе работы происходит непрерывное
сравнение напряжения на нагрузке /?н (или части его) Un
с спорным напряжением t/on. Полученный сигнал рассогласо-
вания Af/=f/on—f/н усиливается и подается на вход регулирую-
щего элемента, сопротивление которого изменяется в зависимо-
сти от сигнала рассогласования. Напряжение на нагрузке Un=
= Ubx—MJp {AUp — падение напряжения на регулирующем эле-
менте).
В качестве регулирующего элемента используют транзистор,
коллектор и эмиттер которого включены в основную цепь, а на
базу подается сигнал управления (рассогласования). В мало-
мощных стабилизаторах регулирующий транзистор является не-
обходимым элементом схемы. При больших токах нагрузки ре-
гулирующий элемент выполняется на составных или параллель-
но включенных транзисторах. Оконечный транзистор может
быть дискретного исполнения. Регулирующий элемент одновре-
менно выполняет функции сглаживающего фильтра. Наиболее
широко распространены схемы с последовательным включе-
нием. Опорное напряжение снимается со стабилитрона, питание
которого может осуществляться как со стороны выходного, так
и входного напряжений.
Такие стабилизаторы выполняют на единой полупроводнико-
вой микросхеме, обеспечивающей функции стабилизации напря-
жения, сглаживания пульсации, а также защиты от перегрузок.
Приведенная на рис. 7.3 схема компенсационного стабили-
затора напряжения в интегральном исполнении на микросхеме
К142ЕН1 содержит все функциональные узлы, показанные на
рис. 7.2.
Источник опорного напряжения состоит из элементов VT1,
VT3, VTlOy R1, R2, дифференциальный усилитель — из элемен-
тов VT2, VT6, VT7, R3, регулирующий элемент VT4, VT5. Для
функционирования схемы и получения заданного выходного на-
142
012
Рис. 7.3. Схема компенсацион^юго стабилизатора, выполненная в интеграль-
ном модуле (а), и схема его включения (б)
пряжения подключаются внешние элементы-^ резисторы и кон-
денсаторы (рис. 7.3,6).
Работает схема следующим образом. Опорное напряжение
(/оп от внутреннего источника и напряжение, пропорциональное
выходному Д^/вых с внешнего делителя R5, R6, сравниваются
дифференциальным усилителем. Разностный усиленный сигнал
воздействует на базу составного транзистора VT4, VT5y изме-
няет сопротивление регулирующего органа и компенсирует
изменение выходного напряжения на выводе 13.
Требуемое значение выходного напряжения устанавливается
с помощью регулировочного резистора /?5. Выходной делитель
может быть заменен стабилитроном и резистором. Для увели-
чения выходного тока к выводам 13, 16 микросхемы может быть
подключен внешний мощный транзистор. Функции защиты от
перегрузок и коротких замыканий осуществляется элементами
VT8, VT9, VT12, R4, R7—R9.
Неисправности компенсационных стабилизаторов, выполнен-
ных на транзисторах. Такие неисправности отыскивают, прове-
ряя режим по постоянному току с помощью вольтметра иЛи
осциллографа с открытым входом. Однако имеется ряд неис-
правностей, которые могут быть исследованы только с помощью
осциллографа.
Возбуждение стабилизатора проявляется в виде быстрых периодических
колебаний напряжения на его выходе, частота собственных колебаний воз-
буждающегося стабилизатора в зависимости от параметров и вида неисправ-
ности может лежать в диапазоне от единиц до сотен килогерц, а амплиту-
да — от десятков милливольт до единиц вольт.
Причина возникновения колебаний заключается в следующем. Стабили-
затор представляет собой усилитель с большим коэффициентом усиления,
охваченным глубокой обратной связью. Для того чтобы схема стабилизатора
143
была устойчива, фазовый сдвиг сигнала в петле обратной связи должен быть
менее 180° во всей полосе частот, где коэффициент усиления превышает еди-
ницу. Обычно для соблюдения этого условия на выходе стабилизатора вклю-
чают конденсатор большой емкости (С/ на рис. 7.2,6). Выход и^ строя этого
конденсатора (обрыв или потеря емкости) может вызвать возбуждение ста-
билизатора. К такому же эффекту может привести увеличение сопротивления
между выводом конденсатора и его обкладкой до нескольких десятых долей
или единиц ом, которое наблюдается в электролитических конденсаторах.
Такой отказ трудно обнаружить с помощью' имеющихся простых спосо-
бов проверки электролитических конденсаторов (например, по броску стрел-
ки омметра). В некоторых схемах стабилитронов в качестве С/ применяют
два параллельно включенных конденсатора: электролитический большой
емкости и какой-либо конденсатор с малой собственной индуктивностью.
В этом случае возбуждение может быть вызвано обрывом второго конден-
сатора. Причиной возбуждения может быть также неправильный монтаж
выходных цепей стабилизатора (конденсатор С1 связан с выходом длинными
проводами), в этом случае возбуждение вызывается падением напряжения
на паразитной индуктивности и сопротивлении проводов.
Возбуждение стабилизатора возможно при индуктивном характере на-
грузки, если запас устойчивости в контуре обратной связи стабилизатора
мал, т. е. при активной нагрузке фазовый сдвиг на частоте единичного уси-
ления, хотя и не достигает 180®, но превышает 135**.
Затухающий колебательный процесс на выходе стабилизатора при пере-
паде (подключении или снятии) нагрузки указывает на малый запас устой-
чивости. Возможные причины этого дефекта в основном те же, что и воз-
Суждения. Стабилизатор с малым запасом устойчивости потенциально иена-/
дежен, так как небольшие дестабилизирующие влияния могут сделать его
неустойчивым.
Повышенный уровень пульсаций на выходе стабилизатора при нормаль-
ных пульсациях на входе и нормальном режиме стабилизатора по постоян-
ному току указывает на обрыв конденсатора, блокирующего резистор R1
(С2 на рис. 7.2,а и б).
Импульсные источники питания. В последнее время в связи с появлением
высоковольтных транзисторов получают распространение (особенно в мало-
габаритных телевизорах) новые источники питания, содержащие бестраис-
форматорный выпрямитель, ключевой стабилизатор напряжения и преобра-
зователь. Общие принципы такого стабилизатора заключаются в том, что
в них регулирующий транзистор работает в импульсном режиме. Так же
как и в стабилизаторе непрерывного типа, в нем есть регулирующий тран-
зистор, выходной делитель, источник опорного напряжения и усилитель сиг-
нала рассогласования. Однако вводятся еще генератор импульсов, трансфор-
матор, дроссель и регулирующий диод. Но при этом не нужны громоздкий
и дорогостоящий силовой трансформатор и электролитические конденсаторы
большой емкости из-за низкой частоты пульсаций выпрямленного напряжения.
В телевизорах начали применять синхронизируемые импульсные преобра-
зователи с широтно-импульсной модуляцией и импульсные источники пита-
ния, совмещенные с выходным каскадом генератора строчной развертки. На
144
Uc
1 вне
<P1
Ibi\
i ИП
r t ,
yy
T
вин
Ф2 1
£a^
Рис. 7.4. Структурная схема импульсного устройства питания
рис. 7.4 показана схема такого импульсного устройства питания. Выпрями-
тель напряжения сети ВНС выпрямляет входное переменное напряжение Uc-
Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром Ф1, и полученное посто-
янное напряжение Еы преобразуется в импульсном преобразователе ИП
в импульсное напряжение достаточной высокой частоты. Трансформатор Т
позволяет получить на вторичной обмотке импульсы нужного размаха и изо-
лировать nocjrieAyrouiyro часть схемы от питающей сети. Выпрямитель импульс-
ного напряжения ВИН выпрямляет напряжение вторичных обмоток 7, кото*
рое сглаживается фильтром Ф2, образуя на выходе напряжение питания те-
левизора £в2.
Основным элементом такого устройства питания является импульсный
преобразователь ИП, содержащий прерыватель (ключ) в цепи подачи вы-
прямленного напряжения сети £»i на трансформатор, а также устройство
управления УУ прерывателем, определяющее частоту и скважность импульсов
управления.
Роль задающего генератора для импульсного преобразователя обычно
в таких схемах выполняет задающий генератор строчной развертки, и сам
импульсный преобразователь совмещается с выходным каскадом строчной
развертки.
В качестве примера рассмотрим структурную схему блока питания теле-
визора «Электроника Ц-430» и «Электроника Ц-432». Блок питания обеспе-
чивает работу телевизора как от сети переменного тока, так и от аккумуля-
торной батареи (рис. 7.5). В первом режиме сетевое напряжение, прошедшее
через помехоподавляющий фильтр ПФ, выпрямляется выпрямителем В на-
пряжения. Выпрямленное напряжение 130 В стабилизируется с помощью
тиристорного стабилизатора ТС, состоящего из тиристора и устройства управ-
ления. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет регули-
рования фазы включения тиристора в течение полуволны поступающего на
его анод напряжения, которое подается на импульсный преобразователь
ИПи работающий на строчной частоте. Тиристорный стабилизатор обеспе-
чивает стабилизацию напряжения 130 В как при изменении тока нагрузки,
так и при изменении в широких пределах питающего напряжения сети. Триг-
герное устройство защиты ТУЗ выключает ГС при нарушениях контакта
в сетевой розетке, а также при увеличении потребляемого тока от стабили-
затора выше допустимого. Импульсы управления ИП1 формируются задаю-
щим генератором ЗГ строчной разцертки. Нагрузкой преобразователя ИП!
является первичная обмотка / трансформатора Т8. В цепях вторичных обмо-
ток // включены выходные выпрямители ВВ блока питания. Кроме того,
145
т
ПФ
(т-250В)
н
12Ъ L
ипж
ПР
LJi тс \\ ИП1 гтч
в
VJJI-VB*
1
ТС 1
А А
УУ 1
гя//
ФАПЧ
Строчные \ГГ?]
синхро
илпульсы
VT7
'<
v^
'Ц
i?^
l+^B
Импильсз!
упраЬлеиая
Рис. 7.5. Структурная схема блока питания телевизора «Электроника Ц-430>
с обмотки VIII этого трансформатора снимаются импульсы управления для
выходного каскада генератора строчной развертки, находящегося в модуле
строчной развертки.
При питании телевизора от аккумулятора напряжение 12 В преобразует-
ся в импульсное с помощью импульсного преобразователя ИПИу нагружен-
ного на первичную обмотку // трансформатора ТЗ. Управляется ИПП также
импульсами с ЗГ. Режимы питания переключаются переключателем ПР.
Синхронизация ЗГ по частоте и фазе осуществляется с помощью устройства
ФАПЧ, в котором сравниваются разнополярные строчные импульсы, снимае-
мые со вторичных обмоток трансформатора Т2 и пилообразные импульсы,
которые вырабатываются генератором пилообразного напряжения ГПН, Для
стабилизации выходных напряжений блока питания при изменениях потреб-
ляемого тока и выходных напряжений 130, 12 В применена схема широтно-
импульсной модуляции ШИМ импульсов управления преобразователями.
В случае снижения напряжения на вторичных обмотках трансформатора ТЗ
также снижается напряжение и на обмотках //, ///. Это напряжение в кас-
каде ШИМ выпрямляется и сравнивается с опорным. Полученное напряжение
ошибки подается на ЗГ для изменения ширины (скважности) управляющих
импульсов таким образом, что происходит компенсация снижения выходных
напряжений. На рис. 7.6 показаны некоторые формы сигналов источника
питания.
Неисправности блока питания. Если блок питания (БП) не
включается, то в общем случае имеются следующие пути лока-
лизации дефекта: анализ работоспособности БП при питании
его от источника 12 Б и от сети, а также проверка работоспо-
собности тиристорного стабилизатора при работе его на экви-
146
130В
а)
ш т
г)
Ю
д)
6)
е)
Рис. 7.6. Формы сигналов в цепях блока питания:
а — напряжение на аноде тиристора, частота 100 Гц; б — напряжение на катоде тири-
стора; в — напряжение на конденсаторе — источнике питания первого транзистора узла
управления тиристором; г— выходное напряжение тиристорного стабилизатора через
обмотку трансформатора и защитный диод, подаваемое на коллектор предвыходного
транзистора; д — напряжение на базе выходного транзистора; е — форма выходного
импульса
валент нагрузки. В общем случае порядок ремонта БП может
быть следующим:
заменяют данный БП на заведомо исправный с целью опре-
делить место нахождения дефекта — в БП или во внешних це-
пях. Если такой возможности нет, то кратковременно включают
БП на холостом ходу и замеряют выходные найряжения на
разъеме, которые в случае дефекта должны быть значительно
больше номинальных;
подключают БП к вспомогательному внешнему источнику
12 В, 5 А. Если транзисторный стабилизатор не работает, то
проверяют осциллографом покаскадно наличие импульсов от
выхода микросхемы до эмиттера выходного транзистора
(рис. 7.6,е). При отсутствии импульсов проверяют напряжения
на выходах микросхемы (МС). Заниженное напряжение может
быть следствием утечки подключенного к этому выводу МС кон-
денсатора;
подключают БП к сети 220 В. Если при этом БП не вклю-
чается, то чеисправен тиристорный стабилизатор или выходной
каскад транзисторного стабилизатора. Для этого осциллогра-
фом проверяют наличие импульса на базе и на коллекторе вы-
ходного транзистора. Поиск неисправности в тиристорном ста-
билизаторе начинают с проверки исправности транзисторов и
диодов. Может быть пробит тиристор. Осциллографом опреде-
ляют наличие импульсов частотой 100 Гц на аноде тиристора
(рис. 7.6,а). Если они отсутствуют, то проверяют каскады схемы
до входа. При наличии импульсов дефект ищут в остальной
части тиристорного стабилизатора. Отсутствие пилообразного
напряжения, идущего на конденсатор — источник напряжения
первого транзистора от входного делителя, может быть вызвано
147
неисправностью конденсатора или транзистора. Отсутствие
импульсов на управляющем электроде тиристора может быть
вызвано обрывом подключенного к нему конденсатора.
Срыв строчной синхронизации может вызываться утечкой
конденсаторов, подпаянных к выводам микросхемы VD1. Но
если импульсы поступают на соответствующий вывод микросхе-
мы, а синхронизация отсутствует, то МС подлежит замене.
7.3. НЕИСПРАВНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ
Транзисторные преобразователи. Они преобразуют постоянный ток в пе-
ременный. Сущность инвертирования заключается в том, что первичная
обмотка силового трансформатора поочередно подключается к сети постоян-
ного тока с противоположной полярностью. При этом на обмотках трансфор-
матора появляется переменное напряжение прямоугольной, трапецеидальной,
ступенчатой или синусоидальной формы. Повышение частоты преобразования
приводит к существенному уменьшению массы силового трансформатора. На-
пример, для трансформаторов с выходной мощностью 250 Вт при увеличении
частоты преобразования с 1 до 100 кГц масса уменьшается примерно
в 100 раз.
Двухтактные транзисторные преобразователи напряжения. Содержат два
(четыре) транзисторных ключа и силовой трансформатор. Если от преобразо-
вателя требуется постоянное напряжение, то на его выходе включается вы-
прямитель, обычно двухполупериодный или мостовой.
На рис. 7.7 показаны упрощенные принципиальные схемы двухтактных
преобразователей (цепи без транзисторов на рис. 7.7,в не показаны). В пре-
образователях цепь смещения Re и /?с иногда делают общей для двух тран-
Рис. 7.7. Схемы двух-
тактных преобразовате-
лей с самовозбуждением:
а — с параллельным вклю-
чением плеч по постоянному
току; б — с последователь-
ным включением плеч (по-
лумостовая); в— мостовая
148
^бШ
знсторов (/?б включают между средней
точкой базовых обмоток и эмиттерами
транзисторов).
В зависимости от того, откуда посту-
пают сигналы управления транзисторами,
различают три вида преобразователей: в са-
мовозбуждающихся преобразователях с на-
сыщенным силовым трансформатором на-
пряжение снимается с обмоток Юк, разме-
щенных на силовом трансформаторе 7;
ь самовозбуждающемся преобразователе
с ненасыщенным силовым трансформатором
обмотки ©к размещаются на отдельном
маломощном трансформаторе, одна из об-
моток которого подключена к какой-либо
<^U ^—^—й^
щ
0]
UkU-L-
\г-игъ
Рис. 7.8. Диаграммы напряже-
ний и токов с одного плеча
преобразователей
обмотке силового трансформатора Т; в пре-
образователе с независимым возбуждением
базовые цепи ключевых транзисторов свя-
заны через трансформатор с отдельным
маломощным генератором возбуждения.
Независимо от схемы и способа
возбуждения осциллограммы напряжений и токов в двухтакт-
ных преобразователях (рис. 7.7) имеют один и тот же вид, при-
веденный на рис. 7.8 (показаны токи и напряжения для одного
плеча). В исправном преобразователе интервалы tit2 и /г'з
практически равны; разница их не превышает 2—3%, поэтому
ее трудно увидеть на экране осциллографа.
Амплитуда напряжения коллектор — эмиттер примерно
вдвое превышает напряжение питания для схемы на рис. 7.7,а
и примерно равна напряжению питания для схем на рис. 7.7,в.
В интервале /1/2 транзистор заперт, а в интервале ^2<з открыт
и насыщен. Ток коллектора представляет собой сумму транс-
формированного тока нагрузки (/н на рис. 7.8) и тока намагни-
чивания трансформатора, который меняется по линейному за-
кону, чем объясняется наклон вершины импульса коллекторного
тока. Форма импульса коллекторного тока на рис. 7.8 соответ-
ствует чисто активной нагрузке, для которой /н почти постоя-
нен; для нагрузки, имеющей реактивную составляющую, напря-
мер выпрямитель с фильтром, /н может меняться в течение по-
лупериода и соответственно график /к(О будет иметь другой
вид.
Выбросы напряжения базы и отрицательный выброс тока базы (показаны
на рис. 7.8 штрихом) появляются в тех случаях, когда для формирования
включения и выключения транзисторов в базовые цепи вводят ускоряющие
конденсаторы (Сб на рис. 7.7). Положительный выброс тока бИэы в момен-
ты ti и /з вызван зарядом, накопленным в базе транзистора, и может быть
N9
мал при достаточно быстродействующем транзисторе. Обычно выбросы за-
метны, если применяются сплавные транзисторы (например, П214—П217, П4
и др.).
Колебания напряжения ц^^ после моментов /i и h (показаны на рис. 7.8
DiTpnxoM) могут наблюдаться в схеме на рис. 5.10,а, если у контура, обра-
зованного паразитной емкостью коллекторного узла и индуктивностью рас-
сеяния первичной обмотки трансформатора Г, добротность больше единицы.
Неисправности двухтактных преобразователей. Очень боль-
шой потребляемый ток (сгорание предохранителя, если он есть)
вызывается коротким замыканием коллектор — база или кол-
лектор.— эмиттер в одном из транзисторов (см. рис. 7.7,а) или
двух транзисторах (см. рис. 7.7,6 и в).,В преобразователе с не-
зависимым возбуждением то же самое будет наблюдаться при
коротких замыканиях в нагрузке, диодах выпрямителя, транс-
форматоре.
Отсутствие генерации в преобразователе с самовозбужде-
нием возможно при замыкании в нагрузке, пробое диода выпря-
мителя или при междувитковом замыкании в трансформаторе.
'Жесткое возбуждение в преобразователе с самовозбужде-
нием (для запуска нужен внешний толчок, например касание
отверткой и т. п.) указывает на обрыв в одном из RC.
Несимметричный режим в схемах на рис. 7.7,а и в [разница
форм полуволн и^^ (t), заметная на экране осциллографа],
может наблюдаться при обрыве цепи любого электрода при ко-
ротком замыкании база — эмиттер одного из транзисторов,
а также при обрыве одного из диодов выпрямителя.
Асимметрия выходного напряжения в схеме на рис. 7.7,6,
сопровождающаяся понижением выходного напряжения, будет
наблюдаться при обрыве одного из диодов выходного выпрями-
теля, если этот выпрямитель один.
Если к выходу преобразователя-подключено несколько вы-
прямителей, то при обрыве диода в одном из них на его выходе
напряжение понизится, а на выходе других выпрямителей — по-
высится (за исключением тех, которые выполнены по схемам
умножения на рис. 7Л,е, ж, к), и также появится асимметрия
формы напряжения на первичной обмотке. Степень проявления
всех этих признаков зависит от того, какую долю мощности по-
требляет неисправный выпрямитель. Хороший индикатор
исправности преобразователя, выполненного/ по схеме, изобра-
женной на рис. 7.7,6, — это значение напряжения в общей точ-
ке конденсаторов С1 и С2: в исправном устройстве она равна
половине напряжения источника питания* с точностью до долей
вольта.
Однотактные преобразователи и их неисправности. На рис. 7.9,а приве-
дена схема однотактного преобразователя. Графики напряжений н токов, изо-
150
Рис. 7.9. Схема однотактного преобразователя (а) и его нагрузочные харак-
теристики (б)
Сраженные на рис. 7.8, справедливы и для однотактных преобразователей,
с той лишь разницей, что в них режим почти никогда не бывает симмет-
ричным.
Назовем полуволну напряжения на обмотках трансформатора в интер-
вале Шз прямой, а полуволну tit2—обратной. Соотношения амплитуд и
длительности прямой и обратной полуволн зависят от нагрузки и от того, как
подключены диоды выпрямителя к выходным обмоткам. В связи с этим раз-
личают преобразователи первого, второго и третьего типа: преобразователе
с выпрямлением прямой полуволны напряжения на выходе (диод VD2, вклю-
чен так, как это показано на рис. 7.9,а, сплошной линией); преобразователь
с выпрямлением обратной полуволны (включение диода VD3 показано штри-
ховой линией); преобразователь с выпрямлением обеих полуволн (на выходе
в этом случае должен включаться мостовой или двухполупериодный выпря*
митель).
Так как при малых нагрузках (в преобразователе первого типа-*неза-
висимо от нагрузки) амплитуда обратной волны практически ничем не огра-
ничена, то для того, чтобы в транзисторе или диоде не наступил режим про-
боя, в схему вводят цепь ограничения.
На рис. 7.9,6 показаны нагрузочные характеристики всех трех типов
преобразователей (кривые 7, 2, 3 соответственно). По вертикальной оси отло-
жены значения выходного напряжения U»ux, пересчитанного к первичной
обмотке. Кривая 3 на начальном участке совпадает с кривой 2. Напряжение
и о определяется напряжением стабилизации Uc стабилитрона VIXI:
Являясь нагрузочной кривой, график на рис. 7.9,6 в то же время дает
представление о соотношении длительностей и амплитуд прямой и обратной
полуволн для преобразователей второго и третьего типов:
(Смысл Vm* to, ta ясен ИЗ рис. 7.8, и\ых. V\ — из рис. 7.8 и 7.9)
151
в преобразователе первого типа
Из графика на рис. 7.9,6 следует, в частности, что в преобразователе
третьего типа при средних и больших токах нагрузки режим близок к сим-
метричному (io^tn).
Неисправности однотактных преобразователей. Эти неисправ-
ности проявляются в основном так же, как и неисправности
в двухтактных (см. рис. 7.7,а), со следующими отличиями:
к однотактным преобразователям не относится пункт несиммет-
ричный режим, так как такой режим в них не есть признак не-
исправности; при коротком замыкании в нагрузке преобразова-
теля второго типа не происходит срыва возбуждения, но резко
понижается частота генерации (и, конечно, пропадает выходное
напряжение); при обрыве диода в преобразователях первого и
второго типа пропадает напряжение и в преобразователе третье-
го типа меняется нагрузочная характеристика.
Меры предосторожности при работе с преобразователями.
Преобразователи с независимым возбуждением не допускают
коротких замыканий на выходе. В противоположность им само-
возбуждающие преобразователи всех типов допускают их без
какого-либо ущерба. При работе с высоковольтным преобразо-
вателем надо соблюдать те же меры предосторожности, что и
с выпрямителем на соответствующее напряжение.
Глава8
ПРИМЕНЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА ПРИ НАЛАЖИВАНИИ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
8.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО МЕТОДИКЕ ИЗМЕРЕНИЙ
Основой вычислительных устройств являются интегральные
схемы. Методика измерения их электрических параметров по
форме и содержанию значительно отличается от методов изме-
рения полупроводниковых приборов (ППП) —транзисторов,
диодов и др., которые в достаточной степени определились.
Операции при проверке вычислительного устройства. Органи-
зация цикла. На экране осциллографа удобно наблюдать повто-
ряющиеся сигналы, поэтому проверяемое устойство ставится
в такой режим, при котором все процессы будут повторяться
циклически. Удобнее всего, когда период повторения не превы-
шает нескольких сотых секунды (допустим период доли секун-
ды, но тогда придется мириться с мельканием изображения). Не
152
обязательно проверять устройство в одном цикле: можно вместо
одного длинного организовать несколько более коротких.
Синхронизация. В вычислительных устройствах циклы работы
подразделяют на такты — более мелкие временные интервалы.
Необходимо найти в устройстве (или сервисном приборе) сигна-
лы, которые можно использовать как синхроимпульсы для за-
пуска развертки в некоторых точно известных точках цикла,
отстоящих друг от друга не более чем на 20 тактов.
Временные диаграммы, отражающие изменения состояния
определенных точек узлов в течение цикла, очень облегчают
отладку. Не обязательно, а часто и невозможно иметь времен-
ные диаграммы всех рабочих точек схемы. Схема может быть
разбита на основные узлы, определяющие работу всего устрой-
ства, и в этих узлах должны быть предусмотрены контрольные
точки, рассмотрение форм сигналов в которых и обеспечивает
надежность работы всего комплекса.
Поиск неисправности внутри блока проводится после того,
как выявлена неисправность. Последовательно, проверяя осцил-
лографом сигналы на входах и выходах всех элементов блока,
локализуют место дефекта. Выявить место дефекта можно по
одному из следующих признаков: выходной (входной) сигнал
элемента (часть времени или все время) находится за границей
нормальных для этого элемента уровней; выходные сигналы
элемента, находясь в пределах нормальных уровней, не соответ-
ствуют его функции; входной сигнал одного элемента не соот-
ветствует выходному сигналу другого, с которым вход первого
связан по принципиальной схеме.
Первые два признака могут появиться как из-за неисправно-
сти (короткое замыкание или обрыв) в монтаже, так и из-за
неисправности элемента. Установить фактическую причину всег-
да можно экспериментами (с помощью омметра, отпайки про-
водов, замены подозрительного элемента и т. д.). Иногда это
можно сделать непосредственно по осциллограмме. Третий при-
знак нeпocpeдctвeннo указывает на обрыв в цепи (в монтаже)
или отсутствие в разъеме.
Когда место дефекта выявлено, остается только его испра-
вить. Иногда устраненный дефект мог маскировать другую не-
исправность. Так, чередуя поблочную проверку и выявление
дефектных элементов в блоке, добиваются правильного функцио-
нирования всех блоков и устройства в целом.
8.2. ОСОБЕННОСТИ НАЛАЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ НА ЭЛЕМЕНТАХ
ТРАНЗИСТОРНО-ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИ
Схемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) широко используются
в вычислительных устройствах самого разного назначения. Интегральные схе-
мы ТТЛ создаются по планарной технологии, позволяющей пoлy^iить на
153
sV
Ч
3
z
Bb/COHUU
AzB
""! Стандарт- г"
' Hbfe у родни j
I
Высокий
P \0,8B
Низкий
I Низкий i
Рис. 8.1. Уровни напряжений на входе и выходе ТТЛ-схем
одном кристалле сотни компонентов, объединяемых в схемы, выполняющие
законченные функции (триггеры, счетчики, регистры и др.). После изготов-
ления кристалл помещают в корпус, имеющий 14, 16, 24 или более выводов.
Аналоговое устройство— это такое устройство, в котором сигнал на вы-
ходе меняется непрерывно при постепенном изменении сигнала на входе* Для
цифровых схем существует только два сигнала —два уровня напряжения,
и цифровой сигнал — это чередование двух четко определенных уровней —
высокого и низкого.
На рис. 8.1 показан инвертор из логического семейства биполярных
ТТЛ-схем с уровнями входного и выходного напряжений. Для обеспечения
надежной работы микросхем низкому уровню на входе должно соответство-
вать напряжение в диапазоне от потенциала земли до 0,8 В, высокому уров-
ню—напряжение от 2 до 5,5 В. Средняя область на рисунке относится
к области сигналов неопределенного логического уровня, ей соответствуют
напряжения в диапазоне от 0,8 до 2,0 В; такие напряжения на входах
крайне нежелательны и могут приводить к непредсказуемым результатам
на выходах логических элементов.
Типичные уровни сигналов на выходе ТТЛ инвертора составляют: 0,1 В —-
низкого и 3,5 В —высокого уровня. Значение напряжения, соответствующее
сигналу высокого уровня, зависит от сопротивления нагрузки на выходе ло-
гического элемента и может колебаться от 5,5 до 2,4 В. Если выходной сиг-
нал находится в зоне сигнала неопределенного уровня @,4—2,4 В), то мож-
но предположить, что в схеме имеются неисправности.
Различие в низших пределах высоких уровней входного и выходного
сигналов B,0 и 2,4 В) объясняется стремлением обеспечить помехоустойчи-
вость цифровых схем. Различие в низких уровнях сигналов £/tx<0,8 В и
^вых<0,4 В также должно обеспечить уверенноBть в том, что цифровая схе-
ма не будет реагировать на нежелательные помехи.
Схема на рис. 8.2,а представляет собой вентиль с активной единицей и
используется как основной логический элемент. Схема на рис. 8.2,6 —вен-
тиль с открытым коллектором — предназначена для организации «проводного
£/», двунаправленных передач данных и некоторых других специальных при-
154
!j»> чйай О
O^l/K
\VT1
LZ4.
ЖЖ
r^rf
l^j
150
vn
%Vd5
Ubbtt
VTS
VM Vt*'<
■^
у]}1'Жжт
Рис. 8.2. Схемы ТТЛ-вентилей
менений. Для того чтобы вентиль обеспечивал напряжение высокого логиче-
ского уровня (ВЛУ), необходимо включение внешнего резистора Rh-
На входе транзистор VTJ имеет два эмиттера. Его можно рассматривать
как два транзистора, базы и коллекторы которых соединены параллельно.
Когда на любой из входов подан сигнал низкого уровня, транзистор VTt
насыщен, а VT2 заперт и на выходе будет действовать высокий логический
уровень или единица.
Это напряжение определяется величиной С/к за вычетом падения напря-
жения £/>«1,05-г*1,65 В на эмиттерном переходе КГД, диоде VD и резисто-
ре /?2 за счет базового тока VT3 при /окр»«20-г0®С. Следовательно, на вы-
ходе исправного вентиля при его питании напряжением E±0,25) В верхний
уровень должен составлять 3,1—4,2 В. Если в таком состояний выход вен-
тиля замкнуть на общий провод, то ток короткого замыкания будет огра-
ничен резистором R4 на уровне 20—50 мА. Когда на обоих входах высокий
уровень, транзистор УТ1 работает как инверсно включенный. Можно считать,
что его переход база — коллектор представляет собой диод в проводящем
состоянии, через который транзистор VT2 открывается и устанавливает на
выходе низкий уровень (на выходе исправного ТТЛ-вентиля, нагруженногр
на другие ТТЛ-схемы, уровень лежит в пределах 0,05—0,3 В).
В схеме с открытым коллектором (рис. 8.2,6) напряжение ВЛУ опреде-
ляется £/к и падением напряжения на Rn- Так как ток, потребляемый входа-
ми ТТЛ-схем в состоянии ВЛУ довольно мал (доли миллиампера), то на-
пряжение ВЛУ на выходе вентиля может быть довольно близко к С/к- На-
пример, при /?||-1 кОм и нагрузке еще на шесть входов напряжение ВЛУ
на выходе схемы с «открытым коллектором» типа К155ЛА8 будет дости-
гать 4,5—5,2 В.
Быстродействие логических схем характеризуется задержкой, которую
онп вносят в распространение логических сигналов. На рис. 8.3,а показана
схема измерения задержки с помощью двухлучевого осциллографа или
осциллографа с коммутатором. Прямоугольные импульсы напряжения от ге-
нератора подают на один из входов, микросхемы МС и на вход канала /
осциллографа. Если микросхема имеет несколько входов, то на них подают
155
Рис. 8.3. Схема измерения динамических параметров цифровых МС с приме-
нением двухлучевого осциллографа:
.0.1 J,0 ^0.1 А*0
в—-схема соединений; б —пример отсчета параметров 'зд * зд * зд.р* зд.р' эпюрам
входного и выходного импульсов цифровых МС
напряжения и^ U^ или пх комбинацию, обеспечивающую переключе-
ние микросхемы от воздействия прямоугольного импульса. Импульс с выхода
нагруженной схемы подается на вход канала 2 осциллографа.
Различают: время задержки включения t^^'^ , которое для
инвертирующих МС измеряется как интервал между уровнем
0,Ш входного сигнала и уровнем 0,9[/ — выходного, а для не-
инвертирующих—-как интервал между 0,9(/вх и 0,91/вых; время
156
задержки выключения ^°^ измеряется как интервал времени:
для инвертирующих МС —между 0,91Увх сигнала и уровнем
0,Швых, а для неинвертирующих МС —как интервал между
уровнем 0,Швх и уровнем ОЛ^^вых.
Время задержки распространения при включении t^*^ и вы-
ключения- t^ инвертирующих схем измеряют как интервал
между^ровнем 0,5/7вх и 0,5(/вых.
Задержка распространения ТТЛ-схемы отсчитывается на
уровне 1,5 В, так как примерно на этом уровне находится поро-
говое напряжение ТТЛ-вентиля.
Среднее время задержки распространения
8.3. СТАНДАРТНЫЕ, БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ И МАЛОМОЩНЫЕ ТТЛ-СХЕМЫ
Разные виды аппаратуры предъявляют разные требования к быстродей-
ствию, поэтому промышленность выпускает несколько серий микросхем, отли-
чающихся быстродействием и мощностью потребления.
Типичные значения задержек и потребляемой мощности вентилей разных
серий, измеренные в нормальных условиях, приведены ниже:
Микросхема .... . К130. К131 К133, К155 К136, К158 К176(К;МОП)
/эд.ср 9 19 60 200
Мощность на один
вентиль, мВт . . . 36 18 3 3—10
Быстродействие и потребляемая мощность вентиля определяются пара-
метрами элементов схемы: на рис. 8.2,а приведены ориентировочные значе-
ния резисторов, характерные для стандартных серий К155, К133. Схема вен-
тиля также незначительно варьируется: в быстродействующих сериях К130,
К131 вместо смещающего диода VD5 применяется второй эмиттерный повто-
ритель; в схемах маломощных серий К136, К158 отсутствуют входные шун-
тирующие диоды, предназначенные для ограничения отрицательных выбросов
напряжения, которые могут попасть на вход схемы.
Комплементарные МОП-структуры (КМОП) вместе с ТТЛ в настоящее
время представляют собой два наиболее распространенных семейства логи-
ческих элементов. С помощью этих семейств можно удовлетворить все по*
требности, возникающие при построении цифровых схем и устройств. Исклю-
чение составляют схемы с большой степенью интеграции (БИС), в которых
преобладают МОП-структуры и сверхбыстродействующая логика, где господ-
ствующее положение занимают логические элементы с эмиттерными связями
(ЕСЛ).
Хотя в обоих семействах (ТТЛ и КМОП) идентичные вентили, например
И — НЕ, выполняют одинаковые операции, их логические уровни, а также
другие характеристики (быстродействие, входной ток и т. д.) совершенно
различны. На рис. 8.4,6 приведена схема вентиля И — НЕ в КМОП-исполне-
157
Рис. 8.4. Вентиль И — НЕ в ТТЛ (а) и КМОП (б) исполнении
НИИ. Этот вентиль построен на полевых МОП-транзисторах обеих полярно-
стей, которые работают в режиме и соединены как ключи, а не как повто-
рители. Открытый полевой транзистор аналогичен низкоомному резистору,
подключенному к шине питания. Для того чтобы открыть последовательно
включенную пару транзисторов VTB, VT4 и закрыть нагрузочные транзисто-
ры VT1 и VT2, на оба входа должен быть подан сигнал высокого уровня.
Это приводит к тому, что на выходе вырабатывается низкий уровень, т. е.
получается сигнал И —НЕ. Транзисторы VT5 и VT6 образуют обычный
КМОП-инвертор, благодаря которойу э итоге получается вентиль И.
1^ак ТТЛ, так и КМОП-вентилц обеспечивают активный выход с пита-
нием нагрузки от шины положительного напряжения. Вентили на дискрет-
ных компонентах этой способностью не обладают. Но для ТТЛ требуется
напряжение питания ±5 В ±5 %, в то время как элементы КМОП могут
работать в диапазоне от -^5 до -f 15 В (наиболее распространенные значе-
ния -1-5 и +12 В).
Рассмотрим разницу между этими элементами по входам и выходам.
Входы. В состоянии низкого уровня вход вентиля ТТЛ представляет собой
токовую нагрузку для управляющего им источника сигнала (для стандарт-
ных элементов ТТЛ типовое значение составляет 1 мА), следовательно, для
поддержания на входе низкого уровня необходимо обеспечить отвод тока.
Поскольку выходные каскады схем ТТЛ обладают хорошей нагрузочной спо-
собностью, сопряжение между собой элементов ТТЛ не представляет проб-
лемы.
Элементы КМОП в отличие от ТТЛ не потребляют тока по входам. Ло-
гический порог ТТЛ определяется падением напряжения на двух диодах по
отношению к земле (порядка 1,4 В), в то время как для элемента КМОП
значение входного порога равно приблизительно половине напряжения пи-
тания, но может колебаться от 1/3 до 2/3 его. Элементы КМОП чувстви-
тельны к статическому электричеству и могут выходить из строя при пайке,
контроле схем, и это надо учитывать при подключении к ним щупа осцил-
лографа.
158
Выходы, в состоянии низкого уровня выходной каскад вентиля ТТЛ ведет
себя как насыщенный транзистор, напряжение на котором близко к потен-
циалу земли, а в состоянии высокого уровня —как повторитель с выходным
напряжением, равным примерно напряжению питания минус падение напря-
жения на двух диодах. Выход вентиля КМОП представляет собой открытый
полевой транзистор, подключенный либо к земле, либо к шине питания.
Элементы ТТЛ обладают высоким быстродействием {26-—60 МГц), но
потребляют значительную мощность. Схемы КМОП обладают малым быстро-
действием, но в статическом состоянии рассеивают ничтожную мощность,
которая, однако, линейно растет с повышением частоты (потребление тока
при коммутации емкостной нагрузки) и вблизи ее верхнего предела почти
равна мощности, рассеиваемой элементами ТТЛ.
• 4. НЕИСПРАВНОСТИ МИКРОСХЕМ И ИХ ПРОЯВЛЕНИЯ
Постоянное напряжение низкого логического уровнд (НЛУ),
появляющееся на, выходе» не зависящее от входных сигналов,
возможно по двум причинам: короткое замыкание в монтаже,
неисправность в МС. Различать эти две причины без перепаек
и экспериментов, непосредственно по осциллограмме, можно по
следующим дополнительным признакам: при коротком замыка-
нии в монтаже постоянное напряжение на выходе микросхемы
очень близко к нулю (единицы милливольт), тогда как при не-
исправности внутри микросхемы оно обычно соответствует нор-
мальному значению низкого логического уровня 50—300 мВ;'
при коротком замыкании в монтаже на выходе схемы можно
наблюдать характерный 4:звон», вызываемый резонансом пара-
зитной индуктивности и емкости монтажа при переключении
транзисторов выходного каскада (скачок тока 20—50 мА). Это
явление проиллюстрировано на рис.- 8.5, где кривая 1 соответ-
ствует скачку тока короткого замыкания /,^з (^ также напря-
жению на выходе (/вых> которое появилось бы при отсутствии
короткого замыкания), а кривая 2 отражает фактическое выход-
ное напряжение. Амплитуда звона — от десятков до сотен мил-
ливольт. По амплитуде и периоду «звона» можно при некотором
навыке примерно определить длину короткозамкнутого участка
цепи. В маломощных сериях KI36, К158 звон имеет маленькую
амплитуду, и этот метод использовать неудобно.
Постоянное напряжение ВЛУ на выходе, не зависящее от
входных сигналов, может возникнуть при обрыве цепи общего
провода (непропай вывода или обрыв внутри микросхемы).
Пониженное напряжение ВЛУ на выходе может быть вызва-
но несколькими причинами. Если логическая функция схемы со-
хранилась, то причина — неисправность в микросхеме, обрыв
в цепях yZ), VT4, R4, R2 (см. рис. 8.2,а). Если логическая функ-
ция полностью нарушена, то вероятная неисправность — обрыв
цепи выхода либо цепи питания (обрыв может произойти как
159
Ю J
♦г *^г
01
.2 7^
L/
^
\
+4^
в
-£7,5 L
4?;
1^
Рис. 8.5. «Звон» на выходе ТТЛ схем при коротком замыкании в монтаже
Блок
андинациа
Блок
tipueMct
сигнала.
Смейные
блока
о)
Блок
Хиндикации
\
\
1 Процессор
i
к
1 Блок
1 приема.
1 сигнала
.. _ ,. —?^
МаниЭВМ
53
Сменные
dnoKii
ff)
Рис. 8.6. Схема цифрового осциллографа
внутри микросхемы, так и из-за непропая ее вывода). При этом,
конечно, микросхема не работает, а изменения состояния ее вы-
хода (уровни /^0 и ^1,5 В) вызываются переключениями вхо-
дов, нагруженных на этот выход схем. Такая неисправность
обычно сопровождается характерным резким увеличением вре-
мени спада.
Повышенное напряжение НЛУ на выходе может вызываться
несколькими причинами. Резкое повышение (до 1,7 В при на-
грузке на ТТЛ-схемы) и нарушение функционирования указы-
вают на неисправность в микросхеме (обрыв УГ5, рис. 8.2,а).
Эта неисправность иногда вводит в заблуждение тем, что «исче-
зает» при отъединении нагруженных ТТЛ-схем: для ее появле-
160
ния нужен ток, втекающий в микросхему со стороны выхода.
Этот ток не генерирует ни осциллограф, ни вольтметр.
Повышение ИЛУ до 1,1 В с сохранением логической функ-
ции микросхемы наблюдается при обрыве цепи земля (непропай
контакта или обрыв внутри микросхемы), если один из входов
микросхемы заземлен (постоянно или только при данной про-
верке, через выход другой микросхемы). При этом напряжение
земли попадает в микросхему через входной шунтирующий
диод, повышаясь при этом на 0,7—0,8 В.
Незначительное повышение низкого уровня (до 0,6 В) может
наблюдаться, когда имеется случайное короткое замыкание вы-
ходов двух вентилей, причем второй при данной проверке нахо-
дится в состоянии высоког® уровня.
Нарушение логической функции при нормальных НЛУ и
ВЛУ происходит при выходе из строя микросхемы, однако такая
же картина может наблюдаться при коротком замыкании выхо-
дов двух вентилей. Характерные косвенные симптомы такого
замыкания: нарушение функционирования проявляется как по-
явление незаконных состояний НЛУ и никогда — ВЛУ;
значение НЛУ несколько выше, чем у других вентилей (хотя
может и не выходить из нормы); в состоянии НЛУ на выходе
схемы появляется звон, аналогичный показанному на рис. 8.5.
8.5. ЦИФРОВЫЕ ОСЦИЛЛОГРАФЫ. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Цифровые осциллографы открывают множество совершенно
новых применений.
В цифровом осциллографе встретились два направления тех-
ники, положив начало новой области измерений — осциллогра-
фированию с помощью вычислительных устройств.
В общих чертах осциллограф с цифровой обработкой сигна-
лов содержит блоки приема сигнала и индикации (рис. 8.6,а) и
процессор, в последнем сигнал преобразовывается из аналогово-
го в цифровой, запоминается, производится его математическая
обработка и обратное преобразование в аналоговую форму для
индикации (рис. 8.6,6).
8.6. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ
Области применения такого прибора фактически неограни-
ченны: усреднение сигналов для выделения их из шума; наблю-
дение сигнала, прошедшего через произвольный цифровой
фильтр, в том числе даже и через такой, который невозможно
осуществить с помощью обычных схем; отображение сигнала
в частотной области (частотный спектр сигнала) путем вычис-
ления преобразования Фурье; внесение корректирующих по-
правок в сигнал, искаженный несовершенством измерительных
161
устройств, такими, как нелинейность, небольшие рассогласова-
ния полных сопротивлений и др.; автоматическое масштабиро-
вание и преобразование шкал для удобного отображения наблю-
даемого сигнала, например передачи его изображения в лога-
рифмической шкале частот и др.
На некоторых особенностях цифровых осциллографов (ЦО)
как приборов, получающих все большее применение, стоит оста-
новиться подробнее.
Возможности по обработке массивов данных. Наличие в ЦО
значительных вычислительных возможностей позволяет выпол-
нять разнообразные преобразования хранимых в оперативном
запоминающем устройстве (ОЗУ) массивов цифровых данных
о входном процессе.
Существуют алгоритмы для многих видов обработки зареги-
стрированной информации: простое манипулирование данными
(изменение положения кривой на экране — сдвиг по оси X, сме-
щение по оси У); вычисления, в которых участвуют заданные
оператором константы и содержимое каналов запоминающего
устройства (сложение, умножение; нахождение максимальных,
минимальных и средних значений; определения сигналов в за-
данной зоне и т. д.); сложные вычисления (дифференцирование,
интегрирование, возведение в степень и извлечение корней; на-
хождение средних квадратичных значений).
Как пример обработки сигнала во временной области можно
привести следующее: ЦО имеет, как правило, не менее двух ка-
налов. Если на нем синхронно зарегистрировать напряжение и
ток в нагрузке, то, перемножив массивы с помощью внутреннего
компьютера, можно вычислить и затем вывести на экран кривую
мощности. Интегрируя вновь вычисленный массив на определен-
ном интервале времени, можно затем найти энергию.
Автоматическое измерение и индикация параметров. Автома-
тическое измерение параметров значительно повышает точность,
чувствительность и разрешающую способность результатов по
сравнению с традиционными методами, поскольку при этом
уменьшается субъективная и некоторые инструментальные со-
ставляющие погрешности измерения. Кроме того, наличие на
экране совместно с изображением сигнала числовых характери-
стик его параметров увеличивает эффективность исследований,
так как позволяет оператору сосредоточить внимание в основ-
ном на проводимом эксперименте, а не на подготовке, настройке
прибора и тщательном считывании показаний.
Два курсора (вертикальные линии), положением которых на
экране управляет оператор, позволяют получить числовые зна-
чения интервала между ними. Расположив курсоры в точках
максимального и минимального значений сигнала, можно найти
разницу их мгновенных значений. На экране (рис. 8.7) выведены
максимальное и минимальное значения сигнала D,2 и 0,3 В),
166
Т^25мкс
U^-3f5B
AU^2f7B
Рис. 8.7. Индикация параметров сигнала
Fv
а)
1/VW-
6)
Рис. 8.8. Изменение масштабов изображения по осям:
€1 — первоначальное изображение (выделен интересующий участок); б-
оси X в 4 раза; в — сдвиг по оси X и растяжка по оси У в 2 раза
• растяжка по
значения периода и частоты следования B5 мкс и 40 кГц),
а также значение длительности фронта импульса C,6 мкс), вы-
деленного курсорами.
Изменение масштабов изображения по осям. Примечательной
особенностью ЦО, нереализуемой в аналоговых запоминающих
осциллографах, является возможность растяжки изображения
зарегистрированного (в том числе однократного) сигнала по
обеим осям. Установив курсор вблизи интересующей точки на
экране и совмещая режимы растяжки по осям и сдвигам, можно
рассмотреть участок изображения в нужном масштабе (рис. 8.8).
Сглаживание кривой изображения. Для исследования повто-
ряющихся сигналов при значительном шумовом фоне применя-
ется режим сглаживания, который основан на цифровом усред-
нении синхронных (с одинаковыми условиями запуска) мгновен-
ных значений большего числа полезных сигналов; поскольку
появление шума не согласовано с появлением сигнала, то его
значение резко уменьшается (рис. 8.9).
Режим нахождения огибающей сигнала. Вариации сигнала,
вызванные разнообразными причинами, могут быть исследова-
ны в течение длительного интервала времени в режиме построе-
ния огибающей. Накопление экстремальных значений, например,
по амплитуде (рис. 8.10,а) позволяет в данном режиме опреде-
163
ннн
л>
iT)
б)
Рис. 8.9. Сглаживание кривой сигнала при разных объемах выборки М (чис-
ла просмотренных сигналов):
в-Л«=1; б —Л1=в4; в — Л1=1б; г —Л1=128
Рис. 8.10. Режим огибающей сигнала:
а — накопление экстремальных значений; б — накопление при исследовании времени пе-
реключения
ЛИТЬ зону возможного разброса значений множества однотипных
форм сигналов.
Подобный режим используется и для нахождения неопреде-
ленности изменения сигналов во времени, например, при иссле-
довании времени задержки переключения электронных и элек-
тромеханических устройств (рис. 8.10,6).
Сравнение сигналов. Зарегистрированную форму сигнала
можно визуально сравнить с другой — опорной, хранящейся
в долговременной памяти или введенной извне. При этом на
экране одновременно появляются две кривые — реальная и
опорная (рис. 8.11). Это облегчает анализ работы исследуемого
узла.
Сегментирование памяти. Общий ОЗУ данных может быть по-
делен на части — сегменты равного или разного объема. При
этом запись в сегменты может осуществляться как на одной,
так и на разной скорости дискретизации. Эта форма записи
эффективна при регистрации редко возникающих кратковремен-
ных сигналов. На рис. 8.12 приведен пример подобной записи
при равных интервалах регистрации А/р в каждый сегмент. Вы-
бором определенного уровня запуска и интервала предзапуска
можно выбрать все важнейшие события процесса. После запол-
нения всех сегментов можно выводить на экран содержимое
одного или нескольких сегментов одновременно.
Режим бегущего изображения. Для создания привычного осу-
ществления работы с 4СЖИВЫМ» сигналом, уверенности в том,
164
Рис. 8.11. Сравнение зареги-
стрированных сигналов:
—реальный сигнал;
■• опорный сигнал
Рис. 8.12. Сегментирование памяти
что осциллограф работает в режиме реального времени и реаги-
рует на изменения входного сигнала, применяется режим бегу-
щего изображения. Режим применйют при сравнительно невы-
соких частотах входного процесса; в этом режиме изображение
сигнала медленно перемещается по экрану в горизонтальном на-
правлении либо при неподвижном изображении обновление дан-
ных выполняется движущимся маркером, который стирает ста-
рую запись и строит новое изображение.
Режим просматривания длительной записи. Если предусмот-
рена длительная регистрация исследуемого процесса (объем па-
мяти данных 4—32 К слов на канал), а возможность воспроиз-
ведения ограничена отрезком записи, обеспечивающим целесо-
образную разрешающую способность на экране (обычно 5—2 К
слов), то полезным является режим просматривания или «про-
кручивания» всей зарегистрированной последовательности сиг-
налов. При этом оператор, плавно сдвигая изображение в ту
или другую сторону по оси времени, может просмотреть всю
запись (аналогично работе с классическим осциллографом при
растянутой развертке). Отличие от режима бегущего изобра-
жения заключается в том, что в режиме просматривания новые
данные в память не поступают, изучается уже записанный про-
цесс.
Эффект ложного изображения. Иногда недостаточная частота
взятия мгновенных выборок в ЦО может привести к ложному
представлению о частоте и форме исследуемого сигнала.
Пример, поясняющий искажения формы, приведен на
рис. 8.13,6, а эффект кажущегося уменьшения частоты, анало-
гичный стробоскопическому эффекту, —на рис. 8.13,а. Для
исключения этих явлений частота выборок сигнала должна быть
такой, чтобы обеспечить не менее двух отсчетов на периоде наи-
165
Рис. 8.13. Искажения формы сигналов при недостаточной частоте выборок:
исходная кривая; восстановленная кривая
высшей частоты. Обычно от таких искажений избавляются, по-
вышая частоту дискретизации. Но иногда эту частоту повысить
нельзя, и тогда применяют методы векторной (формирующей
отрезки) или синусоидальной интерполяции. Оптимальным
является тот случай, когда в ЦО заложены два этих режима.
Возможности запуска цифрового осциллографа. В цифровом
приборе применяют особый вид запуска — цифровой, его опера-
тор выбирает либо перемещением курсора по экрану, либо зада-
нием числового значения.
Определенные трудности в установке порога запуска могут
создавать помехи и шумы, присутствующие часто во входном
сигнале, поэтому некоторая задержка запуска развертки после
окончания этих шумов исключит ложное срабатывание схемы
(рис. 8.14).
Предзапуск и послезапуск. Важная особенность, присущая
только ЦО и принципиально нереализуемая в аналоговых осцил-
лографах, — предпусковая регистрация, обеспечивающая воз-
можность записи в память и исследования частей сигнала, пред-
шествовавших моменту запуска.^ Такой режим позволяет опре-
делить причины основных колебаний и в ряде случаев также
понять причину появления аварийной ситуации.
Реализация режима предзапуска возможна благодаря непре-
рывному приему и хранению в ОЗУ больших массивов данных
о сигнале.
Каждое вновь поступившее от АЦП значение очередного
цифрового отсчета записывается в ОЗУ. При этом все предыду-
щие отчеты сдвигаются, а самый ранний из хранимых отсчетов
исчезает — выталкивается (рис. 8.15).
Если пришедшее значение выборки (отсчета) удовлетворит
условиям запуска, то все предыдущие отсчеты, хранящиеся
в ОЗУ и представляющие всю предысторию развития входного
процесса, могут быть выведены на экран прибора. Послезапуск
соответствует изображению части формы сигнала, задержанной
166
Рис. 8.14. Гистерезис запуска:
/, 2 — ложный и требуемый запуск; 3, 4 — неверно и правильно выбранные зоны
О^ъем 03У'=^т огт1С(^етов
^^л
<5=
tj Li^^El
Устаребший
отсчет
llkiitllLji
Л^т+Г
Сдбиг
Остаиоб
Р
Схема
цифробого
запуска 1Ф=Г|
НоЬыи
отсчет
Код
запуска
%
/Ц
'эвп
Рис. 8.15. Запись в оперативном запоминающем устройстве
ПО отношению к моменту запуска на заданный интервал в про-
центах или миллисекундах.
Получение копий. Следует упомянуть еще об одном преиму-
ществе цифрового осциллографа — легкость получения бумаж-
ной копии экранного изображения кривых исследуемых процес-
сов и объяснений к ним. И если в обычном осциллографе для
этого нужны фотокамера, настройка, последующая обработка
пленки и получение собственно копии, то у цифрового осцилло-
графа это происходит намного проще — или преобразование
цифровых эквивалентов массива данных в аналоговый сигнал
для внешнего самописца (X— К или У—Г), или просто исполь-
зование цифрового выхода для внешнего графопостроителя, под-
ключаемого с помощью стандартных интерфейсов.
Глава 9
НЕКОТОРЫЕ УКАЗАНИЯ ПО РЕМОНТУ
И НАСТРОЙКЕ ОСЦИЛЛОГРАФА
9.1. ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
В процессе эксплуатации осциллографа ухудшаются его па-
раметры или появляется неисправность,, приводящая к отказу
всего прибора. В этом случае осциллограф, как и всякий при-
бор, вскрывают и перед началом ремонта проводится общий
167
осмотр монтажа и состояния механических частей. Чтобы избе-
жать пропуска отдельных деталей, нужен постоянный опреде-
ленный порядок осмотра, например слева направо и сверху
вниз.
Ниже приводится самая общая методика нахоладения не-
исправного блока осциллографа, в данном случае осциллографа
широкого применения «Сага», принципиальные схемы всех бло-
ков которого помещены в данной книге (рис. 2.1—схема усиле-
ния вертикального отклонения, рис. 2.12 — схема развертки,
рис. 2.13 — схема калибратора, рис. 2.17 — схемы источников
питания).
9.2. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ИХ ПРИЗНАКИ
Перегорает предохранитель. Если при включении кнопки
СЕТЬ лампочка не горит, это может свидетельствовать о пере-
горании предохранителя. Но если и после замены он снова пе-
регорает, надо проверить, нет ли короткого замыкания в цепях
питания. Для этого на контрольных точках плат А1 и А2 прове-
ряют при выключенной питающей сети сопротивление источни-
ков по отношению к корпусу.
Источник Место подклмчения Сопротивление
(не менее), Ом
(lU4i:0,5 В) А2 т. 13 —корпус 500
(—10±0,1) В А2 т. 12 —корпус 1000
220 В А1 т. 11—корпус 20 103
.(—1600±50) В А2 т. 17 —корпус 20.10*
При обнаружении короткого замыкания в какой-то из цепей
прослеживают по схеме все соединения и негодный элемент за-
меняют. Подстройку источника питания 11,4 В производят рези-
стором R159, а 10 В — резистором R163 (см. рис. 2.17) и повто-
ряют ее несколько раз, пока не установятся нужные значения.
При этом сразу же надо проверить напряжение питания
микросхем D1 и D2, в развертке (см. рис. 2.12), оно должно
быть E±0,25) В. Если оно ушло за пределы 4,75—5,25 В, то
точную установку производят резистором R159y при этом напря-
жение 11,4 В не должно измениться более чем на 0,5 В. Если за-
данные пределы напряжений источников питания A1,4±0,5) и
(—10±0,1) В не устанавливаются, то неисправна схема стаби-
лизатора источников питания. Нужно проверить режимы тран-
зисторов VT45—VT49 и неисправный заменить. При неисправно-
стях в высоковольтной цепи напряжение (—1600zh50) В уста-
навливается потенциометром R148 при проверке его киловольт-
метром С502 с соблюдением всех предосторожностей. Если
источник напряжения —1600 В не регулируется, то нужно про-
верить транзисторы преобразователя напряжения VT42y VT43
и неисправный заменить. Если оно регулируется, а заданные
168
kvuii>tt}frH|iiiitiii^iii|iiiijiiiif|ini|mt
Рис. 9.1. Изображения на экране ЭЛТ при нарушениях фокусировки из-за
появления наводок:
л—на луч; б—на развертку; в —на усилитель X; г —на усилитель У
пределы ±50 В не устанавливаются, то нужно проверить дели-
тели стабилизатора высоковольтного преобразователя: R131,
R134, R139, R141, R143, R144, R148, R150 и заменить неисправ-
ный резистор. Необходимо также проверить исправность транс-
форматора— это могут быть междувитковые замыкания, замы-
кания между обмотками, пробой, обрывы проводов или нару-
шение контактов; механические поломки арматуры, поврежде-
ния крепления и т. д.
Отсутствует изображение на экране ЭЛТ. Отсутствие луча
может быть вызвано неисправностью транзисторов VT42—VT49.
Если при предыдущих проверках было установлено наличие
всех питающих напряжений, то дальнейшие неисправности сле-
дует искать в цепях связи и самой ЭЛТ. Это может быть пло-
хой контакт в панели ЭЛТ, возникший из-за деформации самой
панели или деформации контакта, а может быть из-за выхода
из строя самой ЭЛТ, хотя этот дефект может появиться и в це-
пях смещения луча. Чтобы определить место возникн5вения
дефекта, нужно, внимательно смотря на экран, повернуть ручку
регулировки яркости до предела. Если где-нибудь на краю
экрана появится тусклое свечение, то можно сказать, что дефект
находится в цепях смещения луча (свечение экрана возникает
из-за возможного проникновения паразитных электронов, на ко-
торые смещающие напряжения не действуют). Кроме того, мо-
гут быть и обрывы в кабеле, подводящем высоковольтное на-
пряжение, потеря эмиссии катода ЭЛТ и др. Если на ЭЛТ
подаются все питающие напряжения и все контакты исправны,
169
а изображения нет, то ЭЛТ надо менять. Для этого отвертывают
винты, крепящие экран и скобу к передней панели. Экран с ЭЛТ
вынимаются вместе.
Ухудшение изображения пятна и линии развертки. Причиной
этого явления может быть неисправность в цепи фокусировки,
фон от источника питания или высокочастотные наводки на луч.
Влияние фона выражается в изменении толщины линии раз-
вертки или появлении на ней небольших синусоид даже тогда,
когда вертикальный вход усилителя закорочен (рис. 9.1). Такое
явление возможно также из-за увеличения сопротивления «зем*
ляных» соединений.
Отсутствие перемещения луча по вертикали может быть вы-
звано неисправностью одного из транзисторов тракта верти-
кального отклонения VT1—VT9 или переменного резистора R178
(см. рис. 2.1). Отклонение луча только в одном направлении
происходит при обрыве соединения выходного каскада усилите-
ля с одной из отклоняющих пластин или дефекта в самой ЭЛТ,
причем при замыкании между вертикально и горизонтально
отклоняющими пластинами луч может быть постоянно смещен
в каком-то определенном направлении.
Не {Перемещается луч по горизонтали. Нужно проверить
исправность транзисторов усилителя горизонтального отклоне-
ния VT30—VT36 и переменного резистора R200, неисправные
заменить.
Отсутствует линия развертки на экране. При наличии свето-
вого пятна на экране отсутствие линии развертки может быть
следствием дефекта в генераторе развертки, в усилителе гори-
зонтального отклонения или в ЭЛТ. Место нахождения дефекта
можно уточнить так: выключают развертку и на вход X подают
напряжение от калибратора. Если на экране появляется гори-
зонтальная линия, то дефект находится в генераторе развертки.
В этом случае проверяют исправность транзисторов VT22—
VT29y микросхем D1 н D2 и наличие контактов в переключате-
ле S5 (см. рис. 2.12). Если линия развертки не появляется, то
дефект нужно искать в канале усилителя X или в трубке. Для
дальнейшего уточнения места дефекта сигнал подают прямо на
горизонтально отклоняющие пластины. Если после этого раз-
вертка появляется, дефект находится в усилителе горизонталь-
ного отклонения, а если линии нет, то неисправна ЭЛТ.
Найти каскад, в котором теряется сигнал, можно с помощью
самого же осциллографа, который работает как иидикагор. Кон-
трольный сигнал подается через конденсатор 0,1 мкФ, начиная
от пластин и до начала усилителя X. Первая точка, где гори-
зонтальная линия на экране исчезнет, приблизительно опреде-
лит место дефекта. В этом месте нужно проверить исправность
резисторов, конденсаторов и т. д. Дефекты могут находиться и
в схеме запуска и подсвета луча.
170
При смене трубки надо провести настройку луча ЭЛТ. Для
этого устанавливают переключатели Время/дел и V/дел в по-
ложение 2, а кнопочный \jiS/mS не нажимают. На вход прибора
подается сигнал через делитель 1:1с гнезда.
Ручкой УРОВЕНЬ изображение синхронизируется. Резисто-
ром R62 (см. рис. 2.1), выведенными под шлиц, и ручкой доби-
ваются максимальной четкости изображения фронта и вершины
импульса.
Изображение сигнала не стабилизируется, хотя на экране
можно получить нормальную развертку. Если изображение руч-
кой Уровень не синхронизируется, то дефект ищут в канале син-
хронизации. Надо проверить контакты входных переключателей,
транзисторы VT21, VT22 и микросхему D1—1 (см. рис. 2*12).
Если при положениях переключателя синхронизации Внутр и От
сети синхронизация получается одинаково плохой, то, очевидно,
мешает фон (обычно, если частота сигнала не кратна 50 Гц, то
лучшая синхронизация должна быть при внутренней синхрони-
зации). Фон может возникнуть из-за нарушения монтажа при
ремонте, ухудшения контакта в местах соединения с корпусом,
появления утечек в конденсаторах и др. Из-за дефекта в кон-
денсаторах развертки может произойти укорочение линии раз-
вертки.
При перепайках в цепях развертки надо проверить и если
необходимо провести настройку коэффициентов развертки. Для
этого с выхода калибратора И1-9 на вход Y подают импульсы
определенной длительности: 2т8/дел и 2\18/дел. Коэффициент
длительности развертки осциллографа 2т8/дел подстраивают
резистором R92, а коэффициент 2|х5/<3вл — резистором R94.
Если погрешность коэффициентов развертки 50 мс/дел и
50 мкс/дел не соответствует норме, то, значит, обратный ток
транзистора VT28 превышает допустимый и транзистор надо за-
менить.
Отсутствует вертикальное отклонение при действующей раз-
вертке. Это отсутствие свидетельствует о дефектах в канале вер-
тикального отклонения. Для нахождения дефекта следует по-
дать контрольный сигнал (от калибратора или, скажем, 50 Гц)
ка различные точки вертикального канала, начиная от выхода,
а наблюдать момент появления изображения импульса или си-
нусоиды на экране. В обнаруженном неисправном каскаде про-
веряют транзистор и детали.
Для нормальной работы усилитель Y должен быть правиль-
но сбалансирован, поэтому переключатель V/дел устанавли-
вают в положение 0,5. Ручкой J линию развертки выставляют
в центр экрана. Переключатель V/дел переводят в положение /.
Резистором R6 линию возвращают в центр экрана и операцию
повторяют, пока при переключении из положения 0,5 в положе-
171
ние 1 линия развертки будет смещаться не более чем на 0,2 де-
ления.
О компенсации выносных делителей упоминалось ранее.
Если переходная характеристика усилителя Y не соответст-
вует норме, то, значит, номинальные значения элементов кор-
ректирующих цепей не соответствуют приведенным в схеме. Не-
обходимо проверить номинальные значения сопротивлений ре-
зисторов R3, R51 и емкостей конденсаторов С//, С12, а также
конденсаторов входных делителей и несоответствующие заме*
нить.
Калибратор не работает, если неисправны tpansHCTop VT15
или диод VD3, а также если пропал контакт в соединительных
проводниках. Часто плохая работа осциллографов и появление
фона вызываются повреждением соединительных кабелей, обры-
вом земляного конца пробника, применением обычных провод-
ников вместо специального кабеля соединителя и т. д.
список ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник по радиоизмерительным пршборам/ Под ред. В. С. Насо-
нова. М.: Советское радио, 1979. Т. 3.
2. Рябинин Ю. А. Стробоскопическое осциллографирование: М.: Советское
радио, 1972.
3. Шкунов В. А., Семеник Г. И. Широкополосные осциллографишеские труб-
ки и их применение. М.: Энергия, 1976.
4. Жмурин П. И. Прием передач стереофонического радиовещания. М.:
Связь, 1973.
5. Новоселов С. В. Карманные транзисторные приемники. Л.: Энергия»
1980.
6. Якимов О. П. Газоразрядные матричные индикаторные панели. М.: Со-
ветское радио, 1980.
7. Бриллиантов Д. П., Куликов Б. Н., Роксман М. А. Переносные цветные
телевизоры. М.: Радио и связь, 1989.
8. Ельяшкевич С. А., Пескин А. Е. Устройство и ремонт цветных телеви-
зоров. М.: Издательство ДОСААФ, 1987.
9. Малинин Р. М. Справочник по транзисторным схемам. М.: Энергия,
1974.
10. Чех И. Осциллографы в измерительной технике: Пер. с нем. М.: Энер-
гия, 1965.
11. Иванов Б. И. Осциллограф — ваш помощник// Радио, 1989—1990.
12. Малиновский В. Н., Панфилов В. А. Цифровые осциллографы: Обзор-
ная информация. М.: Информприбор, 1987. Вып. 5.
13. Ромаш Э. М. Транзисторные преобразователи в устройствах питания
радиоэлектронной аппаратуры М.: Энергия, 1975.
\-
ОГЛАВЛЕНИЕ ч,,^ .!.>'-
Предисловие . 3
Глава 1. Осциллографы и индикаторы 4
1.1. Назначение осциллографа ... 4
1.2. Классификация осциллографов 1 . . . * . . . . 5
1^. Структурные схемы осциллографов^ . . . . . . . 12
1.4. Осциллографические электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) . .18
Глава 2. Основные блоки осциллографа 30
2.1. Канал вертикального отклонения ........ 30
2.2. Основные характеристики канала вертикального отклонения 32
2.3. Канал горизонтального отклонения . . ... ... 42
2.4. Вспомогательные устройства . . ...... 52
2.5. Источники питания осциллографов 55
Т л а в а 3. Работа с осциллографом . 59
3.1. Выбор осциллографа . 59
3.2. Включение прибора и подготовка его к работе . . . .62
3.3. Определение входного сопротивления и входной емкости
осциллографа ............... 62
3.4. Уход за осциллографом i 70
3.5. Общий подход при настройке и отыскании неисправностей
в транзисторных устройствах . 71
3^6. Отказы в цепях питания . . . 72
Глава 4. Анализ сигналов с помощью осциллографа ..... 74
4.1. Измерение напряжений 74
4.2. Измерение длительности сигнала 77
4.3. Измерение фазы и частоты 80
4.4. Исследование, импульсных сигналов 82
4.5. Транзисторные формирующие цепи 85
4.6. Некоторые принципы построения генераторов сигналов . . 87
4.7. Транзисторные генераторы синусоидальных сигналов ... 90
4.8. Гармонические /?С-генераторы . . ^ 93
Глава 5. Применение осциллографа при налаживании низкочастотных
усилительных устройств . 95
5.1. Общие замечания 95
5.2. Усилители с /?С-связью ........... 98
5.3. Каскады усиления с трансформаторной связью . ... 104
5.4. Анализ сигналов в резонансных усилителях . ... . 110
5.5. Усилители с непосредственной связью . 112
5.6. Анализ сигналов в высококачественных низкочастотных уси-
лительных устройствах . . . . . . . . . 113
5.7. Налаживание высококачественных и стереофонических уст-
ройств 115
174
Глава 6. Применение осциллографа для налаживания передатчякои я
приемников 121
6.1. Проверка некоторых параметров радиопередатчиков. ... 121
6.2. Применение осциллографа при налаживании стереофонических
устройств 12Э
6.3. Проверка цепей и анализ форм сигналов в телевизионных при-
емниках . 125
6.4. Применение осциллографа при определении нарушений цвето-
воспроизведения 135
Глава 7. Применение осциллографа при анализе работы источников
питания . 139
7.1. Определение неисправностей выпрямителей 139
7.2. Стабилизаторы напряжения 141
7.3. Неисправности преобразователей напряжения . . . 148
Глава 8. Применение осциллографа при налаживании вычислительных
устройств 152
8.1. Общие замечания по методике измерений . . . . 152
8.2. Особенности налаживания устройств на элементах транзистор-
но-транзисторной логики , . . 153
8.3. Стандартные, быстродействующие и маломощные ТТЛ-схемы 157
8.4. Неисправности микросхем и их проявления 159
8.5. Цифровые осциллографы. Общие замечания . . 161
8.6. Область применения и особенности ........ 161
Глава 9. Некоторые указания по ремонту и настройке осциллографа 167
9.1. Общие замечания .167
9.2. Воз?!10жные неисправности и их признаки 168
Список литературы 173
Новопольский Владимир Александрович
РАБОТА С ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫМ
ОСЦИЛЛОГРАФОМ
Практический курс
ЛР № 061888 от 19.12.97
Подписано в печать 14.09.99 Формат 60x88 1/16
Гарнитура Литературная Печать офсетная Бумага газетная
Печ. л. 11,0 Доп. тир. 3000 экз. Заказ 2785
ООО "Научно-техническая книга"
114454 Москва, пр-т Вернадского, д. 70
Отпечатано в Производственно-издательском комбинате ВИНИТИ,
140010, г. Люберцы, Московской обл., Октябрьский пр-т, 403.
Тел. 554-21-86
МРБ
Основана в 1947 году
Выпуск NO 1231
lв. А. новопольскийl
РАБОТА
С ЭЛЕКТРОННО
ЛУЧЕВЫМ
ОСЦИЛЛОГРАФОМ
Москва
"Радио и связь"
"Горячая линия - Телеком"
1999
ББК 31.221
Н74
УДК 621.217.75(076.5)
1Новопольский В. А.1
Н74 Работа с электронно-лучевым осциллографом.- М.: "Радио и
связь", "Горячая линия - Телеком", 1999.- 176 с.: ил.
ISBN 5-256-01453-6
Рассмотрены принцип действия, устройство и методика работы
с электронно-лучевым осциллографом (ЭЛО). Приведены методики
измерения временнЫх интервалов и оптимизации характеристик сиг
налов. Отмечены особенности применения осциллографов при иссле
довании транзисторных устройств различного назначения. Указаны
типичные неисправности и пути их устранения.
Для широкого круга радиолюбителей и специалистов, занимаю
щихся настройкой и ремонтом радиоэлектронной аппаратуры.
По заказу ООО "Научно-техническая книга"
ББК 31.221
ISBN 5-256-01453-6
© Автор, 1999
ПРЕДИСЛОВИЕ
В условиях развития и внедрения современных технических
средств в различные сферы деятельности человека в значи
тельной степени возрастает роль осциллографической техники,
как наиболее универсального средства измерений.
Осциллограф, этот универсальный индикаторный прибор,
превратившийся в средство измерений с высокими метрологи
ческими характеристиками, в руках умелого оператора стал не
заменимым.
С его помощью производят визуальную настройку радиоап
паратуры, определяют неисправность того или иного узла,
исследуют сравнительно медленно и быстро протекающие про
цессы в различных цепях.
Осциллограф широко применяют в медицине и во многих
отраслях промышленности, весьма далеких от радиоэлектрони
ки. Незаменимую помощь осциллограф может оказать и радио
любителям при конструировании своей аппаратуры.
Однако работа с этим прибором имеет свои особенности.
В книге сделана попытка рассказать, как следует пользоваться
осциллографом, как работать с ним в различных условиях, как
обеспечить соблюдение правил измерения. Особое внимание
уделено исследованиям и проверке транзисторных устройств
различного назначения. Для грамотной эксплуатации оператор
должен ясно представлять устройство осциллографа универ
сального применения, понимать взаимодействие работы его бло
ков, уметь обнаружить и устранить неисправность.
Книга адресована прежде всего радиолюбителям, занимаю
щимся конструированием аппаратуры и ее настройкой, а также
специалистам различных отраслей, встречающихся с осцилло
графом впервые.
Автор признателен Б. Е. Редькину за ряд полезных советов
и замечаний, сделанных при рецензировании рукописи.
rnaвa 1
осциnnоrРдФЫ и ИНДИКАТОРЫ
1.1. НАЗНАЧЕНИЕ осциллоrРАФА
Электронно-лучевой осциллограф - один из наиболее рас
пространенных измерительных u приборов. И это неудивительно:
он обладает исключительнои наглядностью представления
исследуемых явлений, удобством и универсальностью. Наблю
дение процесса на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ)
дает работающему с прибором оператору информацию значи
тельно большую, чем измерение отдельного параметра процес
са, потому что форма электрического сигнала несет в себе
информацию о всех его параметрах.
Но возникают вопросы: как выбрать осциллограф для рабо
ты с тем или иным радиотехническим устройством; какие могут
быть типичные неисправности, в каких местах они наиболее
часто встречаются и как их избежать; как измерить с помощью
осциллографа тот или иной сигнал с возможно большей точно
стью; как по осциллограмме определить возможные источники
неисправностей?
Попробуем ответить на эти вопросы. Но сначала остановим
ся на возможностях осциллографа. С соответствующими дат
чиками, преобразующими неэлектрические величины (темпера
туру, влажность, давление, скорость вращения и др.) в электри
ческие сигналы, его применяют во всех отраслях народного
хозяйства. Осциллограф позволяет рассмотреть любые электри
ческие процессы, даже если сигнал появляется в случайный
моr.•~нт времени и имеет длительность несколько наносекунд
(IQ-9 с). По изображению на экране ЭЛТ можно определить
амплитуду рассматриваемого сигнала в каждый момент времени
и длительность любого его участка, т. е. рассмотреть ход собы
тия во времени, измерить длительность фронта импульса и спа
да, неравномерность вершины импульса, рассмотреть отклоне
ния формы сигнала от заданной, параметры модулированных
радиочастотных сигналов, коэффициент модуляции и сt.епень
искажения модулированного сигнала. С помощью осциллографа
снимают амплитудные и фазовые характеристи.ки различных
4
радиоустройств и производят другие комплексные измерения
в самом широком диапазоне частот. Появившиеся в последние
годы цифровые осциллографы открыли новые возможности
исследования сигналов благодаря запоминанию сигнала и его
последующей ма·тематической обработке с отделением сигналов
от помех, воспроизведению принятых и преобразованных сигна
лов на печатающем ,устройстве и т. д.
t.1. КПАССИФИКАЦИSI ОСЦИЛПОfРАФОВ
По действующему ГОСТ осциллографы по назначению и
принципу действия разделяют на приборы универсальные, за
поминающие, стробоскопические, скоростные и специальные,
в последние годы появилась группа цифровых осциллографов.
По числу наблюдаемых сигналов их делят на одно-, двух- и
многоканальные осциллографы. Такой многоканальности дости
гают за счет применения коммутаторов лучей по два на вход
ной канал, двухканальных электронно-лучевых трубок и реже
многолучевых трубок.
Универсальные осциллографы. Это приборы общего примене
ния, предназначенные для наблюдения периодических и импульс
ных сигналов. С их помощью можно регистрировать как одно
кратные процессы, так и исследовать пачки импульсов, получать
одновременно изображение двух сигналов на одной развертке,
детально исследовать любую часть сложного сигнала и произ
водить еще много других наблюдений.
Универсальные осциллографы делят на две группы: приборы
моноблочной конструкции и приборы со сменными блоками.
Монобдочные осциллографы общего назначения - наиболее
распространенный тип приборов, применяемый для конкретных
исследований и ремонтных работ. К ним относятся: малогаба
ритные приборы Cl-94, «Сага» (рис. 1.1,а), осциллограф ра
диолюбительский ОР-1 (рис. 1.1,б), осци:Ллограф-мультиметр
Cl-112A (рис. 1.1,в), и к ним можно также отнести осциллогра
фы С9-7, Cl-73, Cl-101, Cl-107, а с другой стороны, и сложные
приборы, такие, как С1-65А, Cl-92 (рис. 1.1,г), сверхширокопо
.1осный двухканальный Cl-104 и др. Полоса пропускания таких
приборов от постоянного тока - до 500 МГц (Cl-104), диапазон
исс.11едуемых сигналов по напряжению - от десятков микро
вольт до сотен вольт. Среди моноблочных приборов имеются
осциллографы с автоматизацией процессов уiiравления, что зна
чительно ускоряет процесс измерений за счет автоматизирован
ной установки масштабов, автоматической регулировки яркости
при переключении длительности развертки, знаковой индикации.
на ЭЛТ, например, Cl-78, Cl-98 .
Осциллографы со сменными блоками отличаются много
функциональностью, достигаемой за счет применения сменных
5
6
блоков различного назначения. Примером такого осциллографа
мог служить ранее выпускавшийся прибор Cl-70, состоящий из
базового и пяти сменных блоков различных усилителей и трех
блоков развертки. Для более современных базовых блоков
осциллографов Cl-91, Cl-122 и двухлучевого Cl-115 была раз
работана общая серия сменных блоков. На рис. 1.2 показан
базовый блок комплекта Cl-122 и его сменные блоки. Базовый
блок имеет полосу пропускания оконечного усилителя Х до
150 МГц.
Для упрощения процесса измерения и повышения точности
в схемах этих базовых блоков установлены специальные функ
циональные генераторы, предназначенные для формирования
символов и знаков. Они непосредственно связаны со сменными
блоками усилителей и разверток. В верхней и нижней частях
экрана ЭЛТ появляются данные из трех информационных кана
лов - значения амплитуды, длительности двух сигналов и раз
вертки, а также обозначения их размерностей. Для увеличения
точности измерений к осциллографу придается специальный
Рис. 1.1. Моноблочные осциллографы:
а - у нн верса.11ьныА ма.11оrабарнтныR cCa ra» ; 6 - радно.11юбите.11 ьскиА ОР- 1; в -осцил.110-
rраф М ).11ьтиметр Cl - J12A; г -широкопо.11осн ыR универсальиыА дву хка наль ный моиоблоq
ныА С\ -92
7
Рис. 1.2 . Базовый блок осциллоrрафа Cl-122 со сменными блоками:
1 - блок калибратора 2КI 1; 2 - блок цифровой задержки Я4С-98; З - бло" усилителя
Я4С-90; 4 - блок развертки Я4С·91; 5 - блок измерения Я4С·105; 6- бло" вольт\fетра
универсального Я4С-97; 7 - блок логического анализатора Я4С-110; 8- блок анализато
ра сигналов Я4С-122; 9, 10 - блок двухканального стробоскопического преобразователя
со смеснтелеч на 12 ГГц Я4С-96; 11 - блок стробоскопическоil развертки Я4С-95, 12 - блок
задержки Я4С 102; 13 - блок генератора перепада напряжения Я4С-89; 14, 15 - блок
двухканального стробоскопического преобразователя Я4С-100 со смесителем на 18 ГГц,
16 - блок стробоскопической развертки Я4С·101
б.11ок для калибровки, позволяющий сохранять требуемую точ
ность в течение всего времени эксплуатации прибора. В базовом
блоке расположены источники питания, оконечные усилители по
координатам Х и У, генератор знаков, органы управления лучом.
В базовый блок входят также коммутатор У, предназначенный
для коммутации подключения сменных блоков в каналах вер
тикального отклонения и каналах синхронизации, коммута
тор Х, предназначенный для коммутации пилообразных напря
жений разверток А и Б, а также для подключения сменных
блоков каналов вертикальных усилителей прибора в канал го
ризонтального отклонения, усилитель Z для импульсов подсвета
и устройство управления коммутаторами.
Набор сменных блоков позволяет решать самые разнообраз
ные измерительные задачи, например: проводить одновремен
ное исследование четырех сигналов в п0лосе частот от О до
100 МГц с попеременной и одновременной работой каналов,
осуществляя режим одноканального и дифференциального уси
ления с подавлением синфазной помехи в отношении 2000 : 1
с двумя блоками Я4С-90, проверять четырехполюсники с по
мощью блока генератора перепада напряжений Я4С-89 с дJlИ
тельностью фронта 50 пс ( 1 пс= t 0-12 с), проводить времен
нь1е измерения с помощью цифровой задержки (блок Я4С-98),
исследовать статические характеристики полупроводниковых
элементов с блоком Я4С-92, исследовать периодические сигна
лы в диапазоне частот от О до 18 ГГц (с блокам и Я 4С-100,
Я4С-101) и т. д. Для автоматизации и повышения точности
измерений до ± 1,5 % за счет корректировки различных погреш-
8
ностей из-за нелинейностей, астигматизма и др. используется
блок Я4С-105 с микроконтроллером; многоканальный анализ
цифровых схем производится с помощью блока Я4С-110. Мик
ропроцессорный блок Я4С-122 с программным управлением
содержит высокочувствительный усилитель, генератор разверт
ки и аналого-цифровой преобразователь; совместно с базовым
блоком Cl-122 он образует цифровой запоминающий осцилло
граф с большим диапазоном возможностей вплоть до самообу
чения. Всего в комплект входят 14 блоков 'серии Я4С.
Аналоrовые запоминающие осциллоrрафы. Эти осциллоrрафы
основаны на применении запоминающих электронно-лучевых
трубок (ЗЭЛТ). Полоса этих приборов достиrает 100 МГц при
скорости записи до· 4000 км/с. Диапазон исследуемых. сигна
лов - от десятков милливольт до сотен вольт.
Время воспроизведения записи изображения, т. е. время,
в течение которого на экране можно наблюдать однократно за
писанное изображение, в различАых типах приборов колеблется
от 1 до 30 мин. При выключенных источниках питания запоми
нающие осциллографы сQхраняют изображение до 7 сут. Изо
бражение восстанавливается после включения прибора в сеть.
Осциллографические ЗЭЛТ делятся на полутоновые, бистабиль
ные и комбинированные. Полутоновые ЗЭЛТ позволяют полу
чать самую высокую скорость записи, бистабильные - самое
большое время воспроизведения, комбинированные сочетают
достоинства как бистабильных, так и полутоновых ЗЭЛТ.
Схемы этих осциллографов позволяют ЗЭЛТ работать в раз
личных режимах: обычного осциллографирования, с повышен
ной яркостью при наблюдении сигналов с малой частотой сле
дования, в обычном и форсированном режимах запоминания.
В форсированном режиме запоминаются сигналы, скорость про
хождения которых пятикратно превышает реальную скорость
записи ЗЭЛТ, в режиме накопления - тоже, если скорость пе
риодических сигналов также значительно выше скорости записи
ЗЭЛТ.
Стробоскопические и скоростные осциллоrрафы. Сущность
стробоскопического преобразования состоит в том, что специ
алыюй схемой создаются очень короткие строб-импульсы, ко
торые при каждом периоде исследуемого сигнала продвигаются
вдоль него в направлении оси времени (рис. 1.3,а) и таким обра
зом за определенное число периодов проходят исследуемый сиг
нал полностью. Частота повторения строб-импульса несколько
отличается от частоты повторения исс.11едуемого сигнала, по.это
му каждый последующий строб-импульс сдвинут относительно
начала сигнала на отрезки времени О, Лt, 2Лt, 3Лt и т. д. (:Лt -
шаг считывания, во много раз меньше длительности исследуе
мого периода). В результате строб-импульс «ощупывает» иссле
дуемый сигнал по точкам и за п=Т/Лt строб-импульсов сигнал
9
и.
ll t~';.о" • 2)
t
Рис. 1.3. Эпюры напряжений, поясняющие принцип работы стробоскопическо
rо осциллографа:
а - напряжение сигнала; 6- строб-имnульсы; в
-
расширенные импульсы; г - изобра.
жение исследуемого сигнала (Т - время изображения)
просматривается полностью (рис. 1.3,б). Сигнал и строб-импул1о
сы подводятся к специальному устройству - смесителю. Ампли
туда строб-импульсов, прошедших через смеситель, пропорцио
нальна мгновенному значению амплитуды исследуемого сигнала
в момент прохождения строб-импульса через схему преобразо
вания. Дальше эти импульсы усиливаются и расширяются и
выделяется огибающая исследуемого сигнала (рис. 1.3,в). При
этом сигнал растягивается во времени во много раз ( 10-
10 ООО) и во столько же раз уменьшается скорость его измене
ния, а следовательно, пропорционально уменьшается и верхняя
граничная частота, необходимая для передачи этого сигнала.
В результате появляется возможность изучать высокочастотные
сигналы на низкочастотном приборе. Исходный сигнал выде
ляется с помощью фильтра нижних частот, накопительных
емкостных схем или с помощью усилителя-расширителя.
Для данной схемы уровень шумов по сравнению с имеющим-
ся в реальной цепи уменьшается в "fnраз, что еще больше рас
ширяет возможность стробоскопического метода для исследо
вания слабых сигналов (п - число выборок в секунду).
Стробоскопические осциллографы являются самыми чувстви
тельными широкополосными приборами. Их применяют для
изучения периодических сигналов нано- и пикосекундного диа
пазонов длительностей с эквивалентной полосой пропускания
от постоянного тока до десятков гигагерц, при уровнях сигналов
от единиц милливольт до единиц вольт.
Скоростные осциллографы предназначены для регистрации
однократных и повторяющихся сигналов в полосе до единиц
гигагерц. Исследуемый сигнал подается непосредственно на
сигнальную отклоняющую систему ЭЛТ, построенную по прин
ципу бегущей волны и позволяющую исключить влияние време-
10
Рис. 1.4 . Внешний вид скоростного осциллографа С7-19. Подача сигнала про
изводптся на разъем с левой стороны прибора
ни пролета электронов через пространство отклоняющих пла
стин, за счет чего увеличивается широкополоеность. Сигнальный
вход таких осциллографов- кQаксиальный, со входным сопро
тивлением 50 Ом. В последних моделях (С7-19, рис. 1.4) при
менена квадрупольная фокусировка системами магнитных линз,
которая позволяет увеличить скорость записи за счет лучшей
фокусировки. Но главное, за счет чего удается довести скорость
записи до 250 ООО км/с - это применение ЭЛТ с микроканаль
ными усилителями. Такая микроканальная шайба (рис. 1.10)
состоит из многих тысяч тонкостенных трубок диаметром 1,5-
2 мкм, внутренняя поверхность которых путем напыления по
крыта слоем, способным при попадании на него электрона излу
чать вторичные электроны, усиливающие общий поток электро
нов примерно до 1000 раз.
Цифровые осциллографы. В последние годы большое и во
многих случаях решающее значение приобретают цифровые
осциллографы. Цифровое преобразование принципиально изме
ня~т самую сущность методов изучения сигнала . Осциллограф
превращается в устройство, запоминающее сигнал, преобразую
щее его в цифровую форму, удобную для дальнейшей обработки
и сохранения, и обратно преобразующее сигнал в аналоговую
форму - для индикации.
В настоящее время происходит вытеснение аналоговых
осциллографов цифровыми. Возможны комбинации аналоговых
н цифровых приборов в общем блоке, например Cl-131. Однако
аналоговые осциллографы сохраняют свое значение ю~к сервис
ные малогабаритные приборы, с одной стороны, и как средства
исследования сверхскоростных процессов с другой .
Пример такого (Iреобразования - усреднение сигнала из
шумов (сигнал запоминается много раз, а уровни шумов
11
меняются); внесение корректирующих поправок в сигнал,
искаженный несовершенством испытательного оборудования
пли небольшими рассогласованиями сопротивлений; автома
тическое масштабирование и преобразование шкал для удоб
ного наблюдения сигнала, например, при возни~новении
преобразования изображения в· логарифмическую шкалу частот
и т. д. Измерение любого параметра сигнала практически сво
дится к составлению программы. При исследовательских рабо
тах предусматривается режим обучения, позволяющий прово
дить отладку и коррекцию программы. Подробнее о цифровых
осциллографах см. § 8.5 .
Осциллографы· специального назначения. Промышленностью
выпускаются осциллографы специального назначения: для
исследования телевизионных сигналов, имеющие счетно-фази
рующее устройство и позволяющие исследовать любую часть
телевизионного сигнала с высокой временной стабильностью
(С9-1); многоканальные индикаторы для медицинских целей,
осциллографы с матричными экранами и др. Поскольку наи
большее распространение получили осциллографы ширщюго
применения и универсальные, то ниже будет рассмотрена мето
дика их применения для исследования различных транзистор
ных схем.
t.3. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ осциппоrРАФОI
Простой осциллограф общего применения Cl-94. На рис. 1 .5
представлена структурная схема осциллографа общего приме
нения Cl-94. Эта схема общая для целого ряда приборов такого
класса: «Сага», «Ор-1» и др. Назначение основных блоков сле
дующее.Канал вертикального отклонения (осьУ)
усиливает или ослабляет исследуемый сигнал ·(рис. 1.5,а) до
значения, удобного дJlЯ рассмотрения на экране ЭЛТ (рис. 1.5,б).
Канал состоит из входного делителя с частотной компенсацией,
предварительного усилителя, усиливающего сигнал, линии за
держки и оконечного усилителя У, преобразующего сигнал
в симметричный для подачи его на пластины. Линия задержки
нужна для того, чтобы задержать приход оконечного сигнала
на время, необходимое для срабатывания генератора развертки
и усилителя Х, так чтобы горизонтальное движение луча по
экрану трубки начиналось прежде поступления усиленного сиг
нала на вертикально отклоняющие пластины. Это позволяет на
блюдать передний фронт сигнала (сдвиг между моменtами t1и t2)
(рис. 1.5,б). В простых осциллографах, таких, как сСага», линия
задержки отсутствует и в нем даже калибрационный импульс
просматривается у самого края шкалы трубки (см. рис. 2.13,б),
но это для периодических сигналов несущественно. Время, не
обходимое для запуска развертки и подсвета прямого хода луча,
цля большинства осциллографов не превышает 0,15 мкс, поэто-
l2
му задержка 0,25 мкс, как правило, обеспечивает возможность
рассмотрения фронта сигнала. В канал вертикального отклоне
ния входит усилитель синхронизации, который усиливает часть
исследуемого сигнала и передает его для запуска развертки.
Канал горизонтального отклонения обеспечи
вает синхронное с исследуемым сигналом напряжение для соз
дания оси времени на экране ЭЛТ. Это напряжение имеет пило
образную форму (рис. 1.5,г) с высокой степенью линейности.
Начало этого «развертывающего» напряжения - синхронизации
или запуска - производится короткими запускающими импуль
сами, создаваемыми триггером синхронизации (рис. 1.5,в). Гене
ратор развертки создает линейно нарастающее напряжение. Ско
рость изменения этого напряжения регулируется ручкой Вре
мя/дел. Напряжение развертки поступает на оконечный усили
тель Х, который преобразует напряжение развертки в симмет
ричное (рис. 1.5,д) и усиливает его до значения, необходимого
для требуемого масштаба изображения во времени. Положи
тельно нарастающее пилообразное напряжение подается на пра
вую отклоняющую пластину ЭЛТ, а отрицательное - на левую.
В результате луч по экрану трубки проходит слева направо за
определенное время, установленное количеством делений шка
лы. Эти деления (масштаб измерения времени) могут быть сан
тиметровыми, а также составлять 8 и 6 мм. При переключении
синхронизации в режим непрерывных колебаний обеспечивается
автоколебательный режим работы развертки.
Прямоугольный импульс подсвета луча гене
рируется в схеме генератора развертки и подается на модулятор
трубки. Длительность его должна совпадать с длительностью
нарастающей части пилообразного напряжения. Назначение
этого импульса (рис. 1.5,г) - отпирать трубку во время прямого
хода луча.
В состав осциллографа входят калибраторы амплитуды и
времени, предназначенные для калибровки масштабов отклоне·
ния вертикального и горизонтального каналов и источники пи
тания - низковольтный со стабилизацией напряжения и высо
ковольтный преобразователь для питания ЭЛТ. В состав прибо
ра входят также выносные пробники-щупы 1 : 1 для подведения
исследуемых сигналов без искажений и 1 : 10- делитель высо
ковольтного сигнала. Их применение рассматривается ниже.
Разберем два осциллографа широкого применения: простой
Cl-94 и сложный Cl-92. С помощью обоих этих приборов можно
рассматривать импульсные и периодические сигналы с ампли
тудами от 20 мВ до 200 В и длительностями до 0,1 мкс до 0,5 с.
Малогабаритность Cl-94 (масса прибора менее 3,5 кг) позволяет
использовать его в службах ремонта радиоаппаратуры, радио
любителями и в учебных заведениях. Схема содержит: 173 со·
противления, 59 конденсаторов, 16 диодов и 49 транзисторов.
13
VjдЕЛ 0,2
4~0,f
1
(
o,os
2.
0,02
"_,
5
0,0f
Q·
1
!/
1
-Е) Lj,11 Bxoilнoii
dедuтень
Bf.___ ___ .
внутр.
G1
Внеш. L---
~)~
Запуск
Кад/./(f
ратор
!lсилитель
сигнало6
синхрони-
3ац иu
и
')
1
t
1
1
1
1
·.и-
рt
а)
1
/1perl6apu-
..._
__,.,.rr-л~'НU.Я-'У'
тельный
J_/
J.
усилцтель
};_а!:'Р~~:'.[
Триегер
синхрони
.зации.
·
'/Jорнироdа
тель
инпульсо6
hotk6ema
Схена
3anyc1<a.
1
/
+ '*1
/
-~
/
"(0
~J 1t, 1У ~~~ ._Ф_;_::_:'р_~_6к_а_.
rvт-B)
!/ро6ень
Рис. 1.5 . Структурная схема осциллографа
Почти такое же число элементов имеет и осциллограф «Сага:..
Двухканальный осциллограф Cl-92 имеет намного большие
измерительные возможности (он позволяет рассматривать сиг
налы до 20 нс). Схема содержит: 1117 сопротивлений, 456 кон
денсаторов, 134 диода и диодных сборки, 230 транзисторов,
27 микросхем и свыше 400 разъемов. Такой прибор обеспечи
вает одновременное изображение двух сигналов - всей формы
14
tt,
о
о
-20008
708
о)
Нсто11ник _т
питания --ш
2008 1008
128
-128
Сеть
г)
Генератор _ __,.,. (Jконе11ныii
---- ра.збертки
-,
!fСuл;тель
1
-------------,
\:
tt,
f2
:
\'·
о
1
\ L---------
\
\21
10~0,S
20 r 0,2 0 i.........i-~""------'"W
so
0,1
о
.Вренll/дел
а;
общего применения Cl-94
сигнала на основной развертке, детальное исследование любой
части сигнала при помощи задержанной развертки и др. Но при
этом в структурных схемах Cl-94 и Cl-92 много общего.
Двухканальный широкопо.11осный универсальный осци.11.яограф
Cl-92. Структурная схема (рис. 1.6) отличается от схемы на
рис. 1.5 введением второго усилительного канала, совершенной
15
;;;
вxodмii
Прео'8ар!J- -
1
х~·ммf!та- -
dелитель
тельн;,1и
"
--
{/СцЛ1.;.'Тlель
1
.---
тор ха11а-
канала!
-
кс.чала I
"
ле8
t
j
Yc171poucm80 {!лра8.17е-
нця режцнамц раоотм
1
Sxoll О
-E))j{J~
YIи
б'ертцка1шfсго mршrтrщ
-
!г-
,.,
Bxo!J О BxoiJнoii
....
оелитель
каналаЛ
Э>т1JП1t
;и
,..... _
ПреtJ8арц_-
• тельнм11
усилите/11>
- " ханалаЛ
-
"'""
,.. Конмута-
-
тор синхро-
-
нuзациц
8XOQ
г------------------
синхро- 1 Ycmpoi1.cm6o
Пре88арц -
низацuц 1 11ервмюt1е-
тельньп1
ния сигнало8
С\
с
уси1щтел1>
~ \ з'/:J!Jiн:a~- 8нqтреннеu
раз6:.рткц I 8epmкLL А
сuшрснцза.ццц
BxoiJ
ll
сцнхро-
ни.зац11.ц 1 {!cmpollcmBo
~
переклю11е-
'СJ
нцR с11.гна-
C'LiHXPOНt.(3a -
тор разб'ер
ткц А
!'енератор
раз8ерткц
А
р"
\ лое си.нхро-
азоертхи низаццц
Генератор
6
1 разQертк11. Б
раз8ерткц
СцюрtJниза-
1-- ---,
тор р_аз8ер-
6
/ ткцБ
\
\ Ycmpoiicm8o запуска и tрорми.ро8анця \
L!!илооtfразн..::.:.~апряжени9!_ ____J
Рис. 1.6 . Структурная схема двухканального широкополосного универсального
схемой двойных разверток и другими узлами, повышающими
универсальность прИ:бора.
У..стройство управления режимами работы вертикального
тракта предназначено для обеспечения режима работы комму
татора (канал /, канал Il, поочередное переключение каналов
с независимой частотой и суммирование), выбора сигналов син
хронизации, переключения полосы пропускания (со 100 МГц на
20 МГц с одновременным повышением чувствительности
с 5 мВ/дел до 2 мВ/дел) и изменения полярности сигнала в ка
нале//.
Коммутатор каналов служит для обеспечения одноканаль
ного и двухканального режимов работы прибора, коммутатор
16
осциллографа Cl-92
Ншкt18мып
Н'1il UC!ntll(·
ж1х пита.-
ни11
81J(J(JKt160Лr
mн1>1d uc.
HUJ(Лl/ma-
нuя
синхронизации обеспечивает внутреннюю синхронизацию одной
из разверток сигналами канала / или канала / / в однокаJJаль
ном режиме и внутренней синхронизации разверток А и Б
в двухканальном режиме.
Устройство запуска и формирования пилообразного напря
жения предназначено для-запvска генераторов А и Б синхронно
с исследуемым сигналом, а также для создания временных
разверт
и Б на экране ЭЛТ.
. ~Нс
.. ереключения
сигналов синхронизации развер-
т --~'И Б__поз
. яют
выбирать: вид синхронизации (от сети,
у~·н~ Й./!_R. и<;Сf_~уемым сигналом), полярность синхрониза-
\, _<.• <,·;· ·,
...
:~:1
17
"\:::. ·., .; .'/.:
,i/;,.J)
~,:"".. А:,\;-;#
ции, включать делитель синхронизации ( 1 : 10), режим генера
тора развертки (автоколебательный, ждущий, однократный).
Коммутатор развертки А и Б обеспечивает одновременное
наблюдение на экране ЭЛТ двух сигналов с разными времен
нь1ми масштабами в двухканальном режиме работы коммута
тора.
Устройство управления режимами работы горизонтального
тракта коммутирует каналы и обеспечивает вид синхронизации,
установленный оператором, подключает поочередно развертки А
и Б к каналу Х, формирует импульс подсвета специальной фор
мы для подсвета прямого хода развертки А и яркостной метки
на время работы задержанной развертки Б, формирует импульс
гашения луча на экране ЭЛТ в момент переключения каналов
с независимой частотой, обеспечивает чередование импульсов
подсвета прямого хода развертки синхронно с подключением
разверток А и Б в поочередном режиме коммутатора и чередо
вание импульсов подсвета прямого хода развертки А и подсвета
прямого хода задержанной развертки Б синхронно с поочеред
ным подключением разверток к каналу Х.
Калибратор амплитуды и времени выдает на выходе поло
жите.1ьные импульсы прямоугольной формы амплитудой 0,6 В,
частотой 1 кГц и скважностью 2.
Структурные схемы аналоговых запоминающих осциллогра
фов по сути не отличаются от незапоминающих, они имеют не
сколько дополнительных узлов для управления ЗЭЛТ.
1.~. осциnnоrРАФИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ТРУ&КИ (ЭЯТJ
Общие принципы построения ЭЛТ. В осцил.~юграфических
устройствах применяются ЭЛТ с электростатическими фокуси
ровкой и отклонением луча. Электронно-лучевые трубки - это
сложнь11·1 электровакуумный прибор, состоящий в основном из
трех главных частей: источника потока электронов, системы их
фокусировки и системы управления лучом.
Источником потока электронов (луча) является оксидный
катод. Эмиттирующая поверхность катода имеет 1<руглую форму
малого диаметра, что способствует получению тонкого и сим
метричного относительно оси электронного пучка. Нить подогре
вате.пя катода 1 свертывается бифилярно, чтобы магнитное поле,
создаваемое током подогрева, не влияло на электронный поток
(рис. 1.7).
Катод помещен внутри цилиндра с центральным отверстием,
называемым управляющим электродом или модулятором 2. На
цилиндр подается отрицательный по отношению к катоду по
тенциал; значение его позволяет менять плотность луча электро
нов, а следовательно, и яркость луча на экране.
18
Рис. 1.7 . Ос11овные части ЭЛТ
Фокусировку луча и начальное ускорение электронов по пути
к экрану обеспечивают две электростатические линзы. Такие
линзы создаются электростатическими полями между модулято
ром и первым анодом 3 (первая линза) и между первым и вто
рым анодами (вторая линза). Второй анод 4 - это главное
устройство фокусировки- находится около отклоняющих пла
стин и собственно этот электрод обеспечивает фокусировку
Jiyчa. Далее идет третий узел трубки - отклоняющие пласти
ны 5 и 6. После них расположен послеускоряющий анод 7, уве
личивающий яркость луча. На рис. 1.8,а * показан внешний вид
ЭЛТ типа 8ЛО7И, примененной в осциллографе «Сага» (слева),
и ЭЛТ 8Л06И -в осциллографе Cl-112, а на рис. 1.8,б дана
схема цоколевки трубки 8ЛО7И.
Отклонение луча прямо пропорционально осевой длине
отклоняющих пластин и расстоянию от них до экрана и обратно
пропорционально расстоянию между пластинами и анодному
ускоряющему напряжению.
Ближайшая к катоду пара пластин, на которую подается
исследуемое напряжение, называется вертикально отклоняющи
ми пластинами (по оси У), а следующие за ними пластины -
горизонтально отклоняющими (по оси Х), на них подается на
пряжение развертки. Для получения высокой чувствительности
скорость движения электронов на участке отклонения должна
быть низкой. Но при этом уменьшается яркость свечения экра
на 12, поэтому для сохранения яркости электроны нужно до
полнительно разогнать с помощью ускоряющих электродов,
расположенных за отклоняющими пластинами.
Система ускорения электронов после отклонения (ее назы
вают система послеускорения) бывает различной: например,
в виде спирали из графитовой смеси, один вывод которой со
единяется с анодом, а второй - с экраном, или более современ
ным способом - на пути луча помещают куполообразную ме-
• Нумерация электродов здесь и далее приведена в соответствии с пас
портом на трубку.
19
12s
11
5) в11
Рис. 1.8 . ВнешниА вид ЭЛТ 8Л07И в ОС·
циллографе cCara:. (слева) и ЭЛТ 8ЛО6И
в осциллографе С1-112 (а) и схема цоко
левки ЭЛТ 8ЛО7И (б):
1, 13 - подоrревате.nь; 2 - катод; 3 -11оду.11ятор;
S, 9 - первый в второй аноды; 7, В - свrна.nьные
nпастнны У/, У2; 10, 11- вре11е11ные ппастнны
Х2, XI; 12 - экран
таллическую сетку, а на баллон трубки наносят токопроводя
щее покрытие. Большая разность потенциалов, приложенная
между сеткой и токопроводящим покрытием, создает сильное
электростатическое поле, которое кроме ускорения луча допол
нительно отклоняет его, увеличивая общую чувствительность
отклонения.
Электронно-лучевые трубки изготавливают с экраном диа
метром от З до 23 см. Угол отклонения луча равен 12-18°.
В осциллографах чаще всего применяются экраны ЭЛТ с лю
минофором на основе сульфида цинка и кадмия, имеющих зе
.леное свечение и среднее время послесвечения (l0-2
-10-1 с).
В ЭЛТ с длительным послесвечением применяют экраны с не
сколькими слоями люминофора различного состава. Для уве
личения четкости изображения слой люминофора в ЭЛТ покры
вают (как и в кинескопах) слоем алюминия, что повышает
яркость и контрастность изображения.
Характеристики ЭЛТ.
Разрешающая способность ЭЛТ - это мера различения де-
7алей изображения, она равняется диаметру светового пятна и
составляет для большинства трубок 0,5-1 мм . В ЭЛТ с воло
конной оптикой диаметр луча в центре экрана имеет 0,2 мм при
высокой яркости. В этих трубках экран создается из большого
числа стеклянных волокон, скрепленных боковыми частями друг
'20
--, г---,
11
1
... _.J L---.J
а)
Ак6а&аг
Рпс. 1.9 . Схема увеличения коэффициента отк.11оненпя ЭЛТ с послеускоряю
щим электродом в виде спирали (а), с тонкодисперсноА сеткой (б) и труб
ка (s) с сеткой 6
с другом. Такие ЭЛТ применяют в скоростном осциллографе
С9-4А.
Диапазон рабочих напряжений. Напряжения на электроды
ЭЛТ снимаются с делителя напряжения, подключенного к вы
соковольтному источнику. Для большинства трубок на второй
анод подается положительное относительно катода напряжение
800-3000 В, а на фокусирующий анод (первый) - от 0,2 до 0,5
указанного значения. Запирается ЭЛТ отрицательным относи
тельно катода напряжением .30-90 В, причем запирающее на
пряжение возрастает с ростом напряжения на первом аноде.
~·величение напряжения накала выше номинального (6,3 В)
резко снижает срок работы трубки. Катод ЭЛТ обычно нахо
дится ~од большим отрицательным потенциалом по отношению
к земле.
Для осциллографов, применяющихся в физических, ядерных
исследованиях особенно важна такая характеристика, как ско
рость записи, т. е. максимальная скорость перемещения луча,
которая еще может фиксироваться на фотопленке (0,1 плотно
сти потемнения пленки над плотностью вуали).
Скорость записи зависит от яркости, степени уменьшения
изображения, светосилы объектива, светочувствительности плен
ки, режима трубки и т. д.
Коэффициент отклонения - это отклонение электронного
пятна на экране при приложении к отклоняющей системе по
стоянного напряжения 1 В. Коэффициент отклонения ЭЛТ по
осям У и Х определяет требования к усилителям каналов вер-
21
2
J
7
о)
Рис. 1.10. Устройство микроканального умножите.~я:
а - эскиз устройства; б
-
разрез шайбы МКУ; 1 - шайба микрокана11ьноrо умножите11я~
2 - экран ЭЛТ; IJ - изображение на экране; 4 - внутреннее покрытие; 5 - ход э.лектро
нов на входе и на выходе; 6 - кана.лы; 7 - .люыннофор; 8 - экран
тикального и горизонтального отклонения. Значение коэффи·
циента отклонения колеблется в больших пределах от 0,15 до
2 мм/В. Поскольку вертикально отклоняющие пластины нахо
дятся ближе к аноду, то их чувствительность на 15-20 % выше,
чем горизонтально отклоняющих пластин.
Для увеличения коэффициента отклонения и яркости исполь
зуют различные системы. Для повышения коэффициента откло
нения при сохранении яркости луча применяют послеускоряю
щие аноды, расположенные за отклоняющими пластинами.
Такой анод может иметь вид кольца из графитовой смеси
(аквадага), но из-за того, что он вносит некоторые искажения,
послеускоряющий электрод выполняют в виде спирального со
противления из того же аквадага на 50-300 МОм. Один конец
спирали соединяется со вторым ускоряющим анодом, а на дру
гой конец подается напряжение послеускорения (рис. 1.9,а).
В современных трубках для улучшения формы полей и усиле
ния их действия на луч применяют еще специальные тонкострук
турные металлические выпуклые сетки (рис. 1.9,6), которые
помещают между пластинами и проводящим покрытием колбы
(рис. 1.9,в). Особенный выигрыш в скоростных ЭЛТ дает при
менение микроканальных умножителей. Такие умножители со
стоят из огромного числа микроэлектронных каналов (трубок
диаметром в несколько микрометров), изготавливаемых из ди
электрика, внутренняя поверхность которых покрыта полупро
водящим материалом с коэффициентом вторичной эмиссии боль
ше единицы (рис. 1.1 О). Влетающий электрон выбивает вторич
ные электроны, что во много раз увеличивает яркость луча,
а следовательно, позволяет снизить энергию электронов
в области отклонения, уменьшить зазор между отклоняющими
пластинами и значительно увеличить чувствительность.
22
Рис. 1.11 . Прохождение луча меж
ду отклоняющшш п.1аст11нами при
равенстве периода рассматривае
мого сигнала 11 вре~1ени пролета
электронов вдоль П./\астин:
1 - п.пастины У; 2 - форма напряже-
ния на п.пастинах У; З - .пуч не отк.по-
1 'te:=$::===\==~
няется
"'
Граничная частота. Выше этой частоты сигналы, поданные
на пластины ЭЛТ, не дадут изображения. На граничную часто
ту влияют емкость отклоняющих пластин и время пролета элек
тронов между нимli. Каждая пара отклоняющих пластин пред
ставляет собой коuденсатор, емкость которого колеблется от
1 до 12-15 пФ, пщтому с повышением частоты входного сигна
ла до десятков и сотен мегагерц эта емкость начинает искажать
форму сигнала. При граничной частоте за первую половину
периода луч будет_ отклоняться, а за вторую половину возвра
щаться на исходную позицию (рис. 1.11), т. е. коэффициент
отклонения станет почти равен нулю.· Для трубок с обычной
конфигурацией плас:тин длиной 1,5-2 см и при напряжении вто
рого анода 1,5-2 ЕВ граничная частота будет примерно равна
150 МГц. Дальнейшее повышение исследуемых частот дости
гается применение!'о! в ЭЛТ вертикально отклоняющих систем
с распределенными параметрами или с системой бегущей вол
ны, расширяющим11 верхний предел исследуемых частот до
3000 МГц (см. рис. 1.13). В ЭЛТ 10Л0105А (осциллограф
С7-19) полоса частот достигает 5000 МГц.
.
Рабочая часть экрана - это та часть, в пределах которой га
рантируются все tехнические характеристики осциллографа.
Практически для ЭЛТ 17ЛО1И (осциллограф Cl-92) размеры
экрана составляют 100Х120 мм, для ЭЛТ 8ЛО6И-4ОХ60 мм
(осциллограф Cl-112), для прямоугольной трубки двухлучевого
осциллографа 16Л02И размер экрана для каждого луча не ме
нее 40Х100 см и т. IJ:.
Обо3начения ЭJJT. Первое число обозначения ЭЛТ опреде
ляет ее диаметр в сантиметрах (5, 8, 13 и т. д.); буква Л -
электростатическая с электростатическим отклонением; буква
О - с электростати~еской фокусировкой. Следующее число свя
зано ~ порядковым номером разработки, а последняя буква
обозначает цвет свеqения экрана, длительность послесвечения и
структуру экрана: покрытие типа И имеет зеленое свечение
средней продолжипльности (это покрытие наиболее благопри
ятно для визуальнQ"о наблюдения процессов с частотой повто
рения свыше 1О Гщ, покрытие типа А имеет голубое свечение
малой продолжительности (это покрытие наиболее благоприят-
23
а)
Рис. 1.12. Искажения пзображений на экране ЭЛТ из-за появления дисторсии:
а - подуwкообразные; 6 - бочкообразные
но для фотографирования процессов с экрана ЭЛТ), покрытие
типа В имеет длительное послесвечение (порядка нескольких
секунд) и лучше всего подходит для визуального наблюдения
процессов с малой частотой повторения и т. д.
Искажения изображения в ЭЛТ могут искажать форму
исследуемого сигнала и таким образом приводить к неправиль
ной его оценке. Эти искажения можно разделить на три группы:
аберрация, дисторсия и .астигматизм. Для того чтобы пятно
имело наименьшие размеры и геометрически правильную фор
му, фокусирующая система доJiжна быть строго симметричной
по отношению к оси ЭЛТ. Практически же из-за кривизны
экспоненциальных поверхностей фокусирующего поля электро
ны, находящиеся на краю луча, испытывают большее отклонение,
чем те, которые находятся ближе к оси, и в результате очерта
ния пятна размываются. Этот вид искажений называют сфери
ческой аберрацией. Во всех трубках существует явление
астигматизма, заключающееся в искривлении формы пятна. При
этом оптимальная фокусировка по двум взаимно перпендику
лярным осям может быть достигнута при различных положе
ниях ручки фокусировки. Если при отклонении луча от центра
по радиусу коэффициент отклонения изменяется неравномерно,
то происходит искажение поля (дисторсия). Если по мере уве
личения радиуса коэффициент отклонения увеличивается, изо
бражение квадрата становится подушкообразным (рис. 1.12,а),
если уменьшается, то появляются бочкообразные искажения
(рис. 1.12,б). Для уменьшения всех этих искажений вводится
отдельная регулировка астигматизма, проводится подбор сред
него потенциала каждой пары пластин, тщательный монтаж и
экранировка.
Специализированные ЭЛТ. К ним относятся двух
лучевые ЭЛТ, имеющие две отдельные системы электронных
пушек. Отклоняющие системы иногда имеют отдельные выводы
для двух отдельных генераторов развертки, но чаще всего обе
24
Рнс. 1.13. Схема системы отклонения типа бегущей волны высокочастотной.
ЭЛТ 13ЛО102М:
а - эскиз конструктивного выполнения; б - схема движения ЭJ1ектроиа; 1 - аход; :! -
выход; З - с.п.ед пуча; 4 - заземпеииая ппастииа; 5 - экран; 6 - низ спирапи; 7 - низ
экрана; В - э.лектронный .пуч (ось Z); l- рассчитанное расстояние между входом н вы
ходом
системы отклоняющих пластин Питаются от общего генератора
развертки. Регулировка яркости и фокуса производится отдель
но для каждой пушки.
Высокоскоростные ЭЛТ. Вводы их пластин выполне
ны в виде коаксиальных линий. Исследуемый сигнал подается
на отклоняющие пластины ЭЛТ через один коаксиал, а другой
1юаксиал нагружается на сопротивление, равное волновому.
В такой отклоняющей системе бегущей волны электронный луч
проходит между одной пластиной, в качестве которой служит
плоская сторона экрана, и второй- нижняя сторона металли
ческой ленты - спираль, которая служит отклоняющим элемен
том (рис. 1.13). В этих системах время пролета перестает вы
зывать искажения изображения - оно как бы перестает влиять
на луч, и поскольку каждый виток спирали действует на элек
троны луча в одном направлении, то общая чувствительность
к отклонению будет повышена. В скоростной ЭЛТ типа
IОЛ0105А прибора С7-19 применена система жесткой фокуси
ровки и управления триплетом квадрупольных линз, предназна
ченная для фокусировки луча ЭЛТ и для улучшения ее разре
шающей способности. Квадрупольная линза состоит из четырех
магнитных полюсов, расположенных симметрично на кольцевом
экране. На каждом полюсе помещена катушка, задающая маг
нитный поток. Питание катушек от источника постоянного тока
происходит таким образом, что противоположные полюса имеют
одинаковую полярность, а соседние - разную.
В квадрупольных линзах основные составляющие магнитно
го поля направлены поперек движения электронов, поэтому их
наз.ывают линзами с жесткой фокусировкой. Таких квадруполь-
25
Рис. 1.14 . Тройная система
квадрупольных линз жесткой
фокусировки ЭЛТ 10ЛО105А:
1-3 - первая, вторая и третья пин·
зы; 4 - октупопьная пннза дпя
компенсации искажений; 5 - уст·
ройство юстирующее; 6 - башмак;
7 - держатепь; 8 - упор; 9 - пинза
ных систем три. Первая и третья линзы (рис. 1.14) распо.поже
ны так, что их плоскости фокусировки совпадают с плоскостью
горизонтального отклонения луча, плоскость фокусировки вто
рой линзы совпадает с плоскостью вертикального отклонения.
Линза 1 и линза 2 располагаются в области отклоняющей
системы. Линза 3 выполняет роль послеотклоняющей системы
и помещается между отклоняющей системой и Х-пластинами.
Для компенсации искажений (дисторсий), свойственных всем
ЭЛТ с послеотклонением, применена специальная октупольная
линза 4, состоящая из восьми полюсов и установленная в зоне·
действия послеускоряющей спирали.
Такая фокусировка и шайба с микроканальными усилителя·
ми обеспечивают уверенную скорость записи не ниже
250 ООО км/с.
3апоминающие ЭЛТ (3ЭЛТ). Втакихтрубках, на
зываемых также потенциалоскопами, имеется диэлектрическая
мишень, и запись электрических зарядов производится на по
верхности мишени, находящейся на металлической подложке
(сигнальной пластине). Запись осуществляется при помощи
электронного луча, пробегающего элементы мишени, причем ко
личество заряда, нанесенного на данный элемент поверхности
мишени, пропорционально току этого луча.
по принципу действиия ЗЭЛТ делят на три основные груп
пы: полутоновые, бистабильные и комбинированные.
26
:J
1
7
а)
tf)
Рис. 1.15. Устройство запоминающей полутоновой ЭЛТ:
кrа
4 - расположение выводов; б - зскиз устройства: ВП - воспроизводящий прожектор;
ВЛ - восороизводящиll пуч; ЗП
-
запис:ывающнll прожектор; ЗЛ - запис:ывающиll пуч;
К - но.11.11екторная сетка; 1- мишень: Э -зкран; 11, IV- нака.11 воспроизводящего про
».ектора; А, - второll анод; 1, 7 - нака.11 записывающего прожектора; 3-катод; 4-
первый анод; 6 - модулятор
_
В полутоновых ЗЭЛТ электрические сигналы преображаются
в вuдимое изображение, яркость которого в каждой точке про
порциональна току записывающего луча и имеет его градации,
а в бистабильных трубках электрический сигнал имеет только
два тона - светлый и темный. Каждый из этих видов имеет
свои преимущества. Полутоновая ЗЭЛТ имеет дополнительные
устройства: мишень /, коллекторную сетку К и воспроизводя
щую пушку (рис. 1.15). В обычном режиме ·в этой трубке рабо
тает только основная электронная пушка (записывающая), фо
кусировка и отклонение луча производится так же, как и
в .обычноif ЭЛТ.
Запоминание осуществляется специал·ьной мишенью, распо
ложенной около экран~ Э. Эта мишень состоит из густой метал
лической сетки (около 10 ООО ячеек на 1 см 2 ) и слоя диэлектри
ка, способного излучатJ> большое количество вторичt1ых элек
тронов ·при попадании на него электронного луча. Между сеткой
и диэлектриком проложена тончайшая изолирующая проклад
ка, препятствующая попаданию выбитых электронов на сетку.
Благодаря этой прокладке сетка и слой диэлектрика образуют
подобие конденсатора. В непосредственной близости от мишени
располагается коллекторная сетка. Записывающий луч· состоит
из быстрых электронов и воспроизводит форму сигнала, пробе
гая по диэлектрику мишени, выбивая вторичные электроны и
оставляя положительно заряженные участки. Если теперь вклю
чить воспроизводящий прожектор, то его медленные электроны
могут проникнуть через положительно заряженные участки, они
ускоряются большим положительным зарядом алюминизиро
ванного экрана и, ударяясь о люминофор, вызывают его свече
ние. На экране появляется то изображение, которое было на
черчено на мишени. Вторичные электроны притягиваются поло
жительно заряженным коллектором и обратно на мишень не
попадают. Время воспроизведения в реальных условиях, т. е.
27
время, пока можно наблюдать изображение на экране, очень
ограничено (для трубки IЗЛНIО, например, оно не более 1 мин).
Это происходит потому, что электроны воспроизводящего луча
сталкиваются с оставшимися в колбе молекулами газов, обра
зуя положительные иоi~:ы, которые нейтрализуют отрицательный
заряд мишени. Мишень перестает быть пригодной для воспроиз
водящих электронов, они свободно проходят к экрану, весь
экран начинает светиться и на общем светлом фоне изображе
ние теряется. Если же сразу по получении на экране изображе
ния сигнала осцил.~юграф выключить, то записанное электри
чески на мишени изображение (потенциальный рельеф) может
существовать довольно длительное время (от 18 ч до 7 сут) и
может быть воспроизведено при повторном включении осцилло
графа. Стирается изображение подачей положительного прямо
угольного импульса на металлическую сетку мишени памяти.
Мишень становится прозрачной для медленных электронов, и
они пролетают сквозь нее по всей площади и вызывают сильное
свечение экрана, стирая изображение. После прекращения дей
ствия стирающего импульса потенциал сетки мишени и диэлек
трика падает, свечение экрана прекращается и трубка вновь
готова к записи.
Бистабильные запоминающие ЭЛТ ( БЗЭЛТ) применяются
в основном для регистрации однократных· и медленно изменяю
щихся переходных процессов длительностью до 10 ч. В таких
трубках создаются два стабрльных уровня потенциала мишени,
которые удерживаются сколь угодно долго. Один из них- не
прерывно работающий воспроизводящий луч электронов малых
энергий - поддерживает нулевое значение потенциала диэлек
трика мишени перед записью.
Поскольку плотность тока записывающего луча значительно
превышает плотность тока воспроизводящего луча, потенциаJI
диэлектрика при записи повышается и далее будет возрастать
до устойчивого значения - потенциала коллекторной сетки, рас
положенной непосредственно перед мишенью, и будет поддер
живаться на этом уровне воспроизводящим лучом. Часть элек
тронов воспроизводящего луча проходит через положительно
заряженные участки мишени и вызывает свечение люминофора
экрана. Стирается потенциальное изображение понижением по
тенциала на коллекторе до потенциала воспроизводящего, луча.
Как только потенциал этих участков мишени станет меньше
критического, коэффициент вторичной эмиссии станет меньше
единицы, потенциал диэлектрика упадет до нуля и изображение
исчезнет.
Матричные зкраны. В некоторых осциллографических
устройствах применяют матричные экраны (например, в инди
каторе скоростных процессов и осциллографе С9-6, работающеи
с ЭВМ и выдающем данные на линию коллективного польз~аа-
28
ния). Матричный экран--:- газо
разрядная индикаторная пq.нель ·
(рис. 1.16), представляющая со-
бой совокупность единичных га-
1
зоразрядных ячеек, имеющих
общую стеклянную матрицу 3
с отверстиями 2, образующими
рабочие объемы ячеек и системы
взаимно ортогональных электро-
2
дов 1, 4, размещенных на обкла-
дочных пластинах 5, 6. Совме-
3
щают элементы конструкции та
ким образом, чтобы на осях от
верстий 2, перфорированных в
средней изолирующей пластине 3,
лежали проекции перекрестий со
ответствующих взаимно перпен
дикулярных катодных 1 и анод
ных 4 электродов на плоскость
каждой из обкладочных пластин
5, 6. В результате такого совме- Рис. 1.16. Схема конструкции мат
щения каждое перфорированное ричноrо экрана
отверстие и прилегающие к нему
участки катодных и анодных электродов образуют диодную
ячейку. Панель загерметизирована по периметру специальным
герметиком и внутренняя ее полость заполнена неоно-аргоновой
смесью при давлении 150-300 мм рт. ст.
Такие панели дают. большую яркость тлеющего разряда при
относительно высокой эффективности преобразования электри
ческой энергии в световую.
В осциллографе С9-6 применен индикатор - газоразрядная
панель типа ИМБ-1-01 с размером экрана lOOXlOO мм и числом
элементов 10000 (lOOXlOO). Питание панели производится от
источников +250 В и 5 В. На этот индикатор подается двоич
ный код, который дополнительным дешифратором преобразует
ся в видимое изображение по точкам. Матричный экран 256Х
Х256 точек применен также в прецизионном вычислительном
стробоскопическом осциллографе С9-9. Размеры экрана 150Х
XI50 мм.
Кроме газоразрядных панелей в осциллографах применяют
11 жидкокристаллические и светодиодные экраны.
rnaвa 1
ОСНОВНЫЕ 6ЛОКИ осциллоrРдФд
2.t. КАНАЛ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
На структурных схемах рис. 1.5 и 1.6 показаны основные
блоки, определяющие характеристики, а следовательно, и обла
сти применения осциллографов. Как уже было сказано в § 1.3,
эти б.1оки составляют каналы вертикального и горизонтального
отклонения; вспомогательные устройства и источники питания.
Канал вертика.1ьного отклонения состоит из входных
устройств каскадов предварительного усиления, линии задерж
ки и оконечных каскадов усиления.
Основное требование к усилителю вертикального отклонения
заключается в том, чтобы он вносил как можно меньше искаже
ний формы сигнала и наряду с этим имел бы необходимый ко
эффициент усиления.
В качестве примера схемных решений усилителя вертикаль
ного отклонения рассмотрим схему канала У простого осцилло
графа широкого применения.
Схема канала У осциллографа «Сага». Канал вертикального
отклонения «Саги» (рис. 2.1) состоит из переключателя входа
входного делите.1я (на схеме не показаны) и собственно усили
теля. Кнопочный переключатель входа подает сигнал на входной
делитель либо непосредственно (открытый вход), либо через
раЗделительный конденсатор (закрытый вход). Входной дели
тель обеспечивает три коэффициента деления l : 1, 1 : 10, 1 : 100,
в нем применены точные резисторы, значение сопротивления
которых подобраны так, чтобы обеспечить постоянное значение
входного сопротивления независимо от положения переключа-
1 еля чувствительности. Частотная компенсация входного дели
теля во всей полосе частот производится двумя подстроечными
конденсаторами. С выхода входного делителя исследуемый сиг
нал поступает на входной каскад усилителя, собранный на по
левом транзисторе VT 1 по схеме истокового повторителя для
обеспечения большого входного сопротивления и малой ·входной
емкости. Защита входа от перегрузок обеспечивается диодом
VDJ и стабилитроном VD2.
Предварительный усилитель выполнен двухкаскадным с глу
бокой отрицательной обратной связью на транзисторах VT2-
VT5, VT7 и VTB. Такая обратная связь позволяет получить ши
рокую полосу пропускания, не уменьшающуюся при ступенча
том изменении усиления в 2 и 5 раз (каскад на транзисторах
VT2, VТЗ). Это изменение коэффициента усиления производится
изменением сопротивления между эмиттерами транзисторов VT2
30
и VT 3 (сопротивления R 171 = 162 Ом и R177 = 52 Ом разме
щены во входном делителе между точками схемы 4 и 2 и на
рис. 2.1 не показаны).
Балансировка усилителя осуществляется изменением потен
циала базы транзистора VТЗ резистором Rб (БАЛАНС), кото
рый выведен под шлиц на боковую стенку. Смещение луча по
вертикали производится изменением потенциалов коллекторов
транзисторов VT2 и VТЗ резистором R 178 ( 1), выведенным на
лицевую панель прибора.
Паразитные связи по цепям питания предварительного уси
лителя исключаются питанием усилителя через фильтр R24, R43,
Cl, С9 от источника -10 В и через фильтр R26, R29, С5 и С9
от источника +11,4 В. Дальнейшее усиление сигнала произво
дится транзисторами VT7 и VT8. В эмиттерных цепях этих
транзисторов включен подстроечный резистор RЗ9. С его по
мощью регулируют общий коэффициент усиления. В осцилло
графах Cl-94 и Gl-112, где применяют сходные схемы усили
телей вертикального отклонения, нагрузкой этого каскада явля
ется линия задержки сигнала ·относительно цачала развертки на
110 нс.
Оконечный усилитель представляет каскадную схему на
транзисторах VT9- VT 12.
Коррекция усиления по высокой частоте осуществляется
11.орректирующими цепочками Сн, С12, R51, обеспечивающими
коррекцию коэффициента усиления в зависимости от положе
ния переключателя V/дел. При необходимости корректировки
калиброванных значений коэффициента отклонения при экс
плуатации и смене ЭЛТ - эту корректировку КОРР УСИЛ
производят резистором. R39, выведенным под шлиц на боковую
стенку. С эмиттера транзистора VТб сигнал поступает на вход
схемы синхронизации для синхронного запуска схемы разверт
ки. С кол.1Jекторных нагрузок VT 11 и VT 12 оконечного усилите
ля сигнаJI поступает на .вертикально отклоняющие пластины
элт. ,
Осциллограф С 1-94 имеет аналогичную схему усилителя вер
тикального отклонения, но в отличие от «Саги» в его канал У
включена линия задержки сигнала между предварительным и
оконечным усилителями, она должна быть достаточно широко
полосной и не вносить искажений. Нагрузочное сопротивление
лпнип должно равняться ее волновому. В первых приборах ли-
нии задержки создавались из большого количества конденсато
ров и катушек индуктивности, но сейчас ее по.1Jучают с помощью
отрезка коаксиального кабеля, имеющего распределение емко
сти и индуктивности. Для кабелей РК-2, РК-3, РК-6 задержка
примерно одинакова и составляет 0,01 мкс на 1 м длины, для
31
/(платам
переклюУаmелн
<f. v;ДЕЛ
'!! 137
Lt
~
/( д6ижку
переклюУаmеля
V/ДЕЛ
'- -- -v -- -/ ~,---,,..----...-----"
Вход ней.
Пред Вари.тельный.
касlfад
уси.ли.тель
Pl'Jc. 2 .1 . Схема усилителя вертикального отклонения осциллографа широкого
кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией типа РК-75-2-11
задержка составляет 5 нс/м, для специальных кабелей задерж
ки 100 нс/м и более.
2.2. О.СНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАНАЛА ВЕРТИКАnьноrо ОТКПОНЕНИJI
Коэффициент отклонения. Усиление (или ослабление) вход
ного сигнала устанавливается положением ручки управления
«мВ/см» (дел) или «В/см» (дел). Для большинства осцилло
графов широкого применения за стандартное значение коэффи
циента отклонения принимают 5 мВ/см. Это значит, что подан~
ный на вход осциллографа сигнал с амплитудой 5 мВ отклонит
луч на экране ЭЛТ на 1 см. Но для такого отклонения на пла
стины ЭЛТ, например, 8Л06И надо подать 8,5 В, т. е. усилить
сигнал более чем в 1500 раз, причем это усиление должно быть
постоянно во всей полосе частот и, как правило, чем шире по
лоса, тем меньше усиление удается получить. На рис. 2.2 пока-
32
На схему
синхронизации.
R29
10
11,'iB
VTG !<ТЗ61Г
RJ1560
Усилительный.
наскаа
nрш1енения «Сага:.
VTff
R'iB КТ9'i0о R58
- 108
Оконечный. каскад
зано увеличение погрешности измерения амплитуды сигнала А,
происходящее из-за увеличения его частоты.
Важными параметрами осциллографа являются включенные
параллеJ1ьно входное сопротивление Rвх и входная емкость Свх·
Этот входной импеданс, изменяясь в зависимости от частоты
сигнала, изменяет амплитуду и форму сигнала в рассматривае
мой схеме. Чем больше входное сопротивление и меньше вход
ная емкость, тем меньше их влияние на работу подк.пюченной
схемы. Обычно у осциллографа Rвх= 1 МОм, а входная емкость
Свх =20-: -40 пФ, при использовании выносного пробника по
следняя уменьшается до 10 пФ.
Иногда Rвх должно быть согласованным, и тогда его значе
ние составляет 50 Ом, например, у осциллографа Cl-108. У ак
тивных пробников входная емкость уменьшается до ·2 пФ.
Обычно во входных каскадах ставятся полевые транзисторы
по схеме истоковоrо повторителя, что гарантирует высокое вход
ное сопротивление. Основное усилен~е сигнала происходит
в каскадах предварительного усиления, и именно эти каскады
33
о,
0,5123 fQ
f,czoqJ
о
Рис. 2.2 . Увеличение погрешности из
мерения амплитуды сигнала А нз-за
ухудшения пропускания усилителем
вертикального отклонения высоких
частот~ На половине полосы пропус
кания (f/fo=0,5) оно составляет
~ % (О,917 опорного уровня)
Рис. 2.3 . йзмеренне времени на
растания переднего фронта c:ry•
пенчатого сигнала~
Время/дел.: 1 мкс; 'f81p=IX2 ,6=2,6 мкс
(шка.па 80Х 100 мм)
определяют основные характеристики усилителя. Основным па
раметром усилителя является время нарастания переходной
характеристики или полоса пропускания канала У.
Время нарастания и полоса пропускания.
Верхняя граница полосы пропускания fверх определяет зна
чение частоты, при которой усиление главного канала усиле
ния - канала У-уменьшается в 1,4 раза (З дБ).
Время нарастания перех<>дной характеристики (ПХ) -это
время, в течение которого луч по экрану проходит от уровня
сигнала 0,1 до уровня 0,9- такие отметки часто делают на шка
ле ЭЛТ (рис. 2.3). Время нарастания тн и полоса частот связы
ваются зависимостью Тнар=350/fверх-
На рис. 2.4 изображены некоторые формы амплитудно-час
тотной характеристики (АЧХ) канала У и их влияние на вос
произведение на экране формы сигнала, прошедшего через этот
канал. На рис. 2.4,а показаны идеальная АЧХ и изображение
идеального перепада напряжения. Однако в большинстве осцил
лографов для повышения равномерности АЧХ в пределах поло
сы· пропускания и получения максимальной ширины полосы при
максимальном коэффициенте усиления оконечного каскада вво
дится коррекция АЧХ перед ее спадом. Эта коррекция может
привести к выбросу на изображении импульса (бв), следующе
го непосредственно после окончания времени нарастания
(рис. 2.4,в). При длительности фронта импульса, во ~ного раз
превышающей время нарастания переходной характеристики,
выброс на его изображении не наблюдается.
34
U/V,,,
1i-----.
О,7
V/4
11--------
0,7
V/U111
7 i------.....-. i. .
11
1
1
----------г--t-
0,7
'
11
111
111
111
f
f
1
0,9
0,1
о
f
ГJ, 1
о
а)
tf)
8)
Рис. 2.4 . Формы амплитудно-частотной характеристики осциллографа:
а - не дающей выброса; 6 - скомпенсированная дпя nопучеиия равиомериоств в nреде·
.пах nопосы пропускания: в - nерекомпевсированная, создающая выброс;
"t81p- время
нарастания ПХ (при разпичных формах АЧХ) соответственно "tиаро• "t81pt• "t81p2 : "fy -
время установления ПХ осциплоrрафа; 61 - амnпитуда выброса ПХ; 6 8111 - погреш
ность измерения, на уровне которой измеряется "fy
Быстродействие осциллографа характеризуется также вре
менем установления ПХ канала У ('ty), которое определяется
интервалом времени между моментом начала, отсчитываемого
от уровня 0,1 амплитуды изображения перепада, до момента
уменьшения паразитных колебаний канала У после выброса на
переходной характеристике до значения, равного погрешности
коэффициента отклонения или ,погрешности измерения.
Для осциллографо8, у которых время нарастания канала У
близко времени нарастания исследуемого сигнала,
35
где 'ТнаР - время нарастания ПХ осциллографа, указанное
в формуляре прибора; 'ti - измеренное время нарастания по
экрану осцйллографа.
Спад или плоская вершина импульса вызывается влиянием
конечного значения разделительной емкости входной цепи при
закрытом входе осциллографа. Нера~щомерность вершины мо
жет вызываться паразитным пролезанием импульса синхрони
зации на изображение плоской части импульса, полученное на
широкополосном осциллографе.
Необходимо заметить, что усилитель, имеющий полосу про
пускания 10 Гц- 1·МГц, может передавать без искажений си
нусоидальное колебание любой частоты этого диапазона, но
этой же полосы будет недостаточно для усиления симметрично
го прямоугольного сигнала с част.отой повторения выше 300 кГц.
Основные виды искажений тракта· вертикального отклонения.
Частотные искажения вызываютсR неодинаковым усилением
сигналов разных частот в полосе пропускания, а 11ри исс.11едова
нии импульсных сигналов вызывают ошибки измерения ампли
туды. Причины частотных искажений различны на высоких и
&изких частотах. На низких частотах они происходят из-за
влияния разделительных конденсаторов межкаскадной связи,
а на высоких- из-за влияния паразитных емкостей монтажа и
зависимости параметров транзисторов, ИС и ЭЛТ от частоты.
Вводимые для уменьшения этих искажений элементы коррекции
с течением времени могут стать дополнительными источниками
искажений в, связи с изменением своих параметров. Еще одним
источником искажений может быть линия задержки, если она
имеет неопределенности или плохо согласована.
Фазовые искажения, т. е. непостоянство изменения фазы
с частотой (изменение отношения qy/f), искажают форму им
пульса. Фазовые отношения усилителя осциллографа обычно не
измеряют и не нормируют, так как фазовая характеристика
тесно связана с частотной, идеальная фазовая характеристика
начинается с нуля и проходит до fверх прямой восходящей ли
нией. Чтобы фазовая характеристика была хорошей, частотная
должна быть равномерной в полосе пропускания, а за ее пре
делами спадать достаточно плавно.
Амплитудными искажениями называют неодинаковое усиле
ние сигналов разной амплитуды. Они возникают из-за нелиней
ности характеристик транзисторов и отклоняющей системы
трубки. Основным источником амплитудных искажений обычно
служат оконечные каскады усилителя вертикального отклоне
ния и отклоняющая система, ·так как они работают при больших
амплитудах сигналов. Однако при неправилъной эксплуатации
осциллографа каскады предварительного усиления могут пере
грузиться и сами стать источником амплитудных искажений.
Для возможности· подачи на вход осциллографа сигналов боль-
36
шой амплитуды применяют входные делители, которые в совре
менных широкополосных осциллографах создаются по толсто
пленочной технологии на· кремниевых или ситалловых подлож
ках. Их компонуют в отдельных корпусах, и они имеют обычно
положения 1:2, 1:4, 1:10, 1:100.
Выходные каскады усилителей сигналов. Выходные каскады
строят по симметричной схеме, и сигнал подводится к пласти
нам ЭЛТ отсимметрированным. Причин для этого несколько:
при симметричном питании отклоняющих пластин луч меньше
расфокусируется отклоняющей системой, симметричные схемы
усилителей имеют меньший дрейф, лучшую линейность, потому
11то одновременная подача напряжений различной полярности
на пластины приводит к притяжению к одной и подталкиванию
со стороны другой отклоняющей пластины. Общая раскачка
получается вдвое большей от тех же транзисторов при тех же
питающих напряжениях, в симметричных выходных каскадах
легче получить широкую полосу пропускания.
В приборах со сменными блоками оконечные выходные кас
кады размещают в базовом блоке прибора, в этом случае их
параметры должны обеспечивать устойчивую работу с любым
сменным блоком, а полоса частот оконечного каскада должна
перекрывать полосу самого широкополосного блока.
Усилители постоянного тока. Во всех современных осцилло
графах отклоняющие системы имеют непосредственную связь
с выходными каскадами усилителей, а сами усилители - непо
средственную связь между каскадами. Это обеспечивает полное
отсутствие фазовых и частотных искажений на низших частотах
и часто позволяет ускорить проведение измерений (при провер
ке транзисторных схем можно сразу определить максимальное
и минимальное значения напряжения на коллекторе при подаче
на вход сигнала сложной формы).
В выпускающихся в прежние годы осциллографах усилитель
постоянного тока применялся нечасто. Обычно их разрабатыва
ли совместно с усилителями переменного тока, в которых между
входным гнездом прибора и первым каскадом усиления поме
щался разделительный конденсатор. Он изолировал вход уси
лителя от любого постоянного напряжения, которое могло на
ходиться в испытываемом устройстве, но позволял переменному
напряжению сигнала пройти на вход усилителя вертикального
отклонения. Цепи межкаскадной связи такого усилителя также
могли иметь разделительные конденсаторы.
В усилителе постоянного тока такого конденсатора нет. По
этому как присутствующий в исследуемом устройстве постоян
ный потенциал питания или сигнала, так и переменная состав
ляющая сигнала вызывают отклонение луча на экране ЭЛТ.
Разделительный конденсатор в осциллографе ставится обяза-
37
а)
oJ
Рис. 2.5 . Изображение строчного
импульса на экране осцил,1ографа
с закрытым (а) 11 открытым (б)
входами
тельно, но он включается и вы
ключается переключением на «За
крытый» и «открытый» вход.
В осциллографах с усилите
лями постоянного тока с боль
шим коэффициентом усиления су
ществует явление дрейфа - са
мопроизвольное смещение луча
по вертикали. Для того чтобы
скорость дрейфа была минималь-
ной и не мешала измерениям,
надо начинать работу после
определенного времени прогрева
осциллографа. Дрейф определя
ется в милливольтах или микро
вольтах в час и зависит от уста
нов.Ленного коэффициента откло
нения. Например, если коэффици
ент отклонения выбран 1 мВ/см,
а дрейф равен 1 мВ/ч, то в
течение любого часа работы
(после прогрева) дрейф не дол
жен быть больше 1 см. При
большинстве измерений дрейф за
час не имеет большого значения, так как на экране рассматри
вают изображение от одной до нескольких минут. Определение
дрейфа очень важно в автоматических измерительных системах
и высокочувствительных низкочастотных осциллографах, где
смещение луча из-за дрейфа должно автоматически учитывать
ся в результате измерений.
Уровень нупевого потенциапа. Установка нулевого уровня
при работе с открытым входом определяется однозначно. При
закрытом входе надо отключить входной сигнал, замкнуть нако
ротко вход и поместить линию развертки на среднее деление
горизонтальной шкалы - эта линия как раз и определяет линию
нулевого потенциала.
На рис. 2.5,а показан строчный задающий пмпульс ампли
тудой 50 В на экране осциллографа при закрытом входе и ко
эффициенте отклонения 20 В/см. На рис. 2.5,б при тех же самых
условиях, но при открытом входе можно видеть, что там же
находится еще и постоянное (в данном случае отрицательное)
напряжение -60 В. Таким образом, при открытом входе осцил
лограф одновременно измеряет в схеме и уровень постоянной
составляющей и переменный сигнал. Однако при таких измере
ниях необходимо следить, чтобы суммарное напряжение, т. е.
сумма положительного и амплитудного переменного напряжений
не превышала допустимого входного напряжения осциллографа.
38
Бывают случаи, когда постоянная и переменные составляющие
сигнала имеют разные порядки. Например, если исследуется
усилительный каскад, в котором напряжение на коллекторе
транзистора равно 5 В, а переменная составляющая сигнала
имеет 50 мВ, то нужно изменить коэффициент отклонения и
сместить линию развертки. Установив коэффициент отклонения
осциллографа равным 2 В/см, можно обсчитать постоянное на
пряжение на коллекторе транзистора непосредственно по сме
щению линии развертки. Но измерить переменную составляю
щую сигнала- в этом случае не удается, так как под ее действием
дуч будет смещаться всего на 0,5 мм. Чтобы рассмотреть такой
сигнал, коэффициент отклонения нужно установить 0,1 В/см, но
при этом постоянная составляющая сигнала отклонит луч дале
ко за пределы экрана.
Возвратить луч на экран r,tожно двумя способами: или пере
ключить осциллограф на закрытый вход, или сместить луч руч
кой смещения по оси У ( ! ). Такое смещение в больших разме
рах возможно, например, в приборе Cl-92, где пределы переме·
щения луча составляют ±100 мм относительно середины
рабочей части экрана. В тех приборах, где смещение луча регу
лируется не в первом кас~аде, а после предварительного уси
ления, может оказаться, что при возвращении луча на экран
первый каскад окажется перегружен постоянной составляющей
и внесет сильные амплитудные искажения или даже ограничит
сигнал. В последних моделях осциллографов применяют спе
циальные схемы, позволяющие получать большие смещения
уровня без перегрузки первых каскадов усилите.1я для уверен
ного измерения малых флуктуаций при больших уровнях опор·
нога напряжения (например, искажения в сети).
В особовысокочувствительных усилителях вертикального
отклонения полоса пропускания может начинаться от опреде·
.1енной граничной частоты переменного тока; например, в смен·
нам блоке Я40-1103 (lY-13) осциллографа Cl-70 полоса начи
нается от 0,5 Гц при чувствительности 10 мкВ/см.
Усилмтели с несколькими входами. Для расширения функцио
нальных возможностей осциллографов применяют усилители
с несколькими входами. Это позволяет одновременно рассмат
ривать и сравнивать различные формы сигналов, например, на
входе и выходе усилителI>ного устройства, в промежуточных
каскадах и т. д. Особенно в этих случаях полезен дифференци
альный усилите.J!ь.
Дифференциальный усилитель - это усилитель с двумя вхо
дами, на которые можно подавать сигналы с различной ампли·
тудой, создающий на выходе один сигнал, пропорциональный
разности этих амплитуд.
Одной из областей применения дифференциальных усилите-
39
лей является исследование сигнала, находящегося в области
значительных помех; при этом на один вход подается сигнал
с помехой, на второй - только помеха. В дифференциальном
усилителе полезные сигналы будут усиливаться, а помехи -
подавляться. Отношение сигнала к помехе (называемой в этом
случае синфазной) может доходить до 2000. На рис. 4.3 показан
пример, когда помехой являлся фон сетевого напряжения. В ре
зультате его подавления был получен чистый сигнал.
Если дифференциальный усилите.1ь устойчив к перегрузкам,
то появляется возможность исследования сигнала (в увеличен
ном масштабе) по частям: на один вход подается исследуемый
сигнал с амплитудой, достаточной для отклонения луча на не
сколько диаметров ЭЛТ, а на второй - постоянное напряжение
регулируемой величины. На экране трубки будет воспроизво
диться только та часть сигнаj1а, которая находится близко
к уровню постоянного напряжения. Изменяя этот уровень сме
щения, можно с большой точностью исследовать небольшие
изменения сигнала на небольших участках и таким образом уве
личить точность амплитудных измерений.
Двухканальный коммутатор и двухлучевой осциллограф. Два
одновременных или следующих друг за другом сигнала можно
исследовать· или осциллографом с '1,вухканальным коммутато
ром, как в Cl-92, шш в сменном блоке Я4С-90, или двухлучевы
ми осциллографами с двухлучевой ЭЛТ типа Cl-102, Cl-103 или
С 1-115. Обе эти системы имеют свои достоинства и недостатки.
В осциллографе с I<Оммутатором временные и амплитудные
характеристики практически одинаковы, тогда как в двухлуче
вом осциллографе этого добиться трудно из-за разброса пара
метров отклоняющих систем двух лучей ЭЛТ. Современный
коммутатор представляет собой интегральную схему частноrо
применения: и потребляет небольшую мощность. С коммутато
ром можно получить устойчивое изображение двух сигналов, не
синхронных друг с другом; для этого вход синхронизации дол
жен переключаться одновременно с наблюдаемыми сигналами.
Коммутатор осциллографа попеременно подключает оконеч
ный усилитель к предварительному усилителю или одного, или
другого канала. Возможны два режима переключения: либо во
время обратного хода развертки (синхронный или поочередный
режим, обозначаемый на органах управления -+
-+), либо с по
стоянной частотой, задаваемой отдельным генератором (несин
хронный или прерывистый peжuAt, обозначаемый ....) . Частота
прерывистой коммутации каналов обычно принимается 50-
100 кГц. Пример изображения на экране осциллографа при по
очередном режиме приведен на рис. 2.6,а, при прерывистом -
на рис. 2.6,6. Штрихом на рис. 2.6,а показан обратный ход раз
вертки, который гасится. Прерывистость линии изображения на
рис. 2.6,6 дана условно, так как наблюдается не всегда. Ее можно
40
()
~
+
А
"
"
"
t
"
LГL +
С!)
Б
б)
t
г)
t·
Рис. 2.6 . Пример изображения сигнала, полученного с помощью электронного
коммутатора:
а - поочередный (синхронный) режи~1 переклю11енвя луча; б - прерывистый (несинхрон
ныА) - переключение луча с частотой 50 кГц; в - форма сигналов с некоторым сдвкгом
по фазовgму углу на входах А и Б; г - суммарная их форма в режиме А+Б
заметить в том случае, когда. период наблюдаемого процесса
кратен частоте переключения. Если же, наоборот, период часто
ты переключения окажется близким к целому кратному периода
входного сигнала, то возможно появление неприятных мелька
ний изображения или даже полное пропадание изображени~
одного из двух сигналов на некоторый промежуток времени.
Режим «Прерывисто» применяется при длительных разверт
ках, где его недостатки не проявляются, а такЖе при фотореги
страции однократных процессов, когда режим «Поочередно»
вообще невозможно использовать. При этом минимальная дли
те.'!ьность регистрируемого процесса составляет 25-50 периодов
частоты переключения (0,5-1 мс при частоте переключения
50 I<Гц), что намного больше минимальной длительности реги·
стрируемого процесса для двухлучевого осциллографа (несколь
ко микросекунд).
В остальных случаях используют режим «По01Iередно».
Однако в этом режиме имеется недостат·ок: одновременно види
мые на экране изображения сигналов на самом деле могут со
ответствовать неодновременным процессам в исследуемом
устройстве. Например, если луч прочерчивает изображение сиг
нала в канале А в нечетные периоды развертки, то в канале Б -
в четные. Это не приведет к ошибкам, когда период сигнала
в каналах А и Б равен периоду развертки. Но если истинный
41
период сигналов на входах равен двум периодам развертки
(в общем случае - четному числу периодов), то на экране уви
дим как бы совмещенными во времени первую половину сигна
ла А и вторую половину периода сигнала Б. Описанные ситуа
ции могут встречаться при работе с телевизионными системами
и могут привести к грубым ошибкам. Коммутаторы в режиме
4-Прерывисто» и двухлучевые осциллографы полностью свобод
ны от этого недостатка.
Помимо различных режимов переключения каналов комму
таторы производят еще и алгебраическое суммирование (т. е.
сложение и вычитание форм сигналов) (рис. 2.6,в). Хотя усили
тель в режиме вычитания может выполнять функции, сходные
с работой дифференциального усилителя, однако он его не мо
жет заменить, так как намного хуже подавляет синфазные по
мехи и менее устойчив к перегрузкам синфазным сигналом.
Двухлучевой осциллограф строят на ЭЛТ с двумя отдель
ными катодами, модуляторами и анодами. Системы отклоняю
щих пластин по вертикали - отдельные, по горизонтали
отдельные или общие. Двухлучевой осциллограф Cl-74 позво
ляет наблюдать два несинхронных сигнала - при использовании
задержанной развертки для отклонения по горизонтали одного
луча и задерживающей - другого луча. Ранее изготавливались
осциллографы с пятилучевыми ЭЛТ (Cl-33), однако из-за вы
сокой стоимости и низкой надежности их выпуск был пре
кращен.
2.3 . КАНАЛ rоРИЭОНТАЛltНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
Временной канал, ось Х или канал горизонтального отклоне
ния в общем виде состоят из генератора развертки, схем синхро
низации (или запуска) и усилителя горизонтального откло
нения.
В осциллографах обычно используют линейные развертки,
в которых смещение луча по горизонтали, пропорциональное
времени, осуществляется напряжением пилообразной фор"-iЫ.
Небольшая доля длительности периода развертки (время,
используемое для спадания напряжения до исходной величины
и возвращения луча в исходное положение - обратный ход
луча) вызывает выпадение части сигнала из изображения. Для
устранения этого недостатка на время обратного хода луч обыч
но запирают, подавая на управляющий электрод или катод
ЭЛТ запирающий импульс соответствующей полярности. Очень
важно, чтобы напряжение развертки нарастало с высокой ли
нейностью. Искажения сигнала, вызванные нелинейностью раз
вертки, показаны на рис. 2.7 .
Основными характеристиками развертки являются: коэффи
циент развертки, т. е. время, за которое электронный луч про-
42
а)
tf)
Рис. 2.7 . Искажение синусоидального сигнала в результате нелинейности раз
вертки:
а - развертка .nинеАна; б
-
развертка непинеАна; t1 - время nрямоrо хода развертка;
t,-
время обратного хода развертки. Д.nя onpeдe.neннoll схемы развертки t1 остаетс•
практически постоянным дпя .nюбо11 1 частоты развертки
ходит одно деление шкалы ЭЛТ '(или 1 см), нелинейность раз
вертки, возможности синхронизации, характеристики запуска,
длительность регулируемой задержки развертки, возможности
увеличения скорости и др.
Коэффициенты развертки современного осциллографа изме
няются в больших пределах: например, даже в осциллографе
массового применения они меняются от 5 нс/дел до 50 мс/дел
в миллион раз. В запоминающих осциллографах коэффициент
развертки доходит до 25 с/дел. Длительность развертки опре
деляется временем прохождения светового пятна по длине ра
бочей части экрана слева направо и измеряется в наносекундах,
микросекундах и секундах: Она обратно· пропорциональна часто
те развертки, т. е. если длительность выражена в наносе,кундах,
то частота получается в гигагерцах, в микросекундах -'в мега
герцах, в миллисекундах - в килогерцах и в секундах -
в герцах.
Если напряжение развертки генерируется непрерывно и в от
сутствие сигнала, то такую развертку называют периодической
пли непрерывной. Она широко приr.1енялась в осциллографах
прежних выпусков и в любительских моделях. Однако периоди
ческая развертка непригодна для исследования однократных
процессов, а также для рассмотрения .импульсов с большой
скважностью, т. е. тех сигналов, длительность которых мала по
отношению ко времени между двумя соседними импульсами.
Например, необходимо рассмотреть импульс длительностью
в 1 мкс со скважностью 1000. Это значит, что за 1 с на вход
прибора поступит 10 6/103 = 1000 импульсов. Частоту развертки
примем равной частоте следования, т. е. 1 кГц. При этой дли
тельности изображение импульса займет 1/1000 длины разверт
ки, примерно десятую часть допустимого для данной трубки
43
а)
oJ
Рис. 2.8 . Изображение импульса с большой скважностью при различных ча
стотах непрерывной развертки и при ждущей развертке:
а, б - период развертки равен времени между импульсами и длительности импульса;
в - форма импульса, представленного на рис. 2.8,а, при ждущей развертке
диаметра сфокусированного пятна (рис. 2.8,а), и импульса бу
дет почти не видно. Если длительность развертки принять при
мерно равной длительности импульса, т. е. 0,1 мкс/см (частота
развертки l МГц), то очертания импульса опять-таки будут
почти неразличимы (рис. 2.8,б) из-за ухудшения синхронизации
и резко будет видна лишь одна осевая линия.
Для исследования таких сигналов, а также непериодических
процессов применяют ждущую развертку, т. е. такой режим ра
боты генератора развертки, когда он генерирует один пилооб
разный импульс напряжения развертки только пос.11е прихода
исследуемого импульса (или внешнего импульса запуска) и
затем ждет следующего запуска. Генератор ждущей развертки
может также работать и в автоматическом режиме, прочерчи
вая ось времени по экрану и в моменты отсутствия сигнала.
В ранее выпускаемых моделях для того, чтобы измерять
длительность исследуемых процессов, предусматривались спе
циальные устр01iства, калибрующие ось времени с помощью
яркостных меток или остроконечных импульсов. Это вводило
неудобства в процесс измерений, и теперь выходные напряже
ния генератора развертки линейны и стабильны в такой степени,
которая позволяет определять длительность исследуемого про
цесса непосредственно по экрану ЭЛТ.
На рис. 2.9 приведена структурная схема генератора раз
вертки осциллографа. Рассмотрим назначение ее основных
узлов.
Узел синхронизации 1 преобразует входной сигнал в импульс
запуска схемы управления генератором развертки, потому что
для устойчивой работы генератора эти импульсы должны иметь
постоянную амплитуду и длительность независимо от формы,
амплитуды и длительности входного сигнала.
Осциллографы имеют внутреннюю и внешнюю синхрониза
цию гармоническими сигналами и импульсными сигналами лю
бой полярности. Диапазоны частот и размеры изображения
синхронизирующих сигналов на экране ЭЛТ оговариваются
в описаниях приборов. Большинство универсальных осциллогра
фов позволяет производить запуск развертки кадровым синхро
импульсом телевизионного сигнала.
44
Рис. 2.9 . Структурная схема генератора развертки универсального осцилло
графа
Узел управления генератором развертки 2 формирует им
пульс, длительность которого равняется длительности прямого
хода развертки. Поскольку луч при своем возвращении в на
чальное положение никакой информации об исследуемом 'явле
нии не несет, то он блокируется.
Узел управления устанавливает режим работы генератора
развертки: автоколебательный (периодический), режим с син
хронизацией (ждущий) и однократный. В автоколебательном
режиме развертка повторяется и при отсутствии синхронизи
рующих сигналов, в ждущем режиме при поступлении запуска
ющих импульсов, в однократном - при поступлении сигнала
после снятия блокировки нажатием кнопки.
Схема блокировки обратного хода луча срабатывает по до
стижении определенной амплитуды развертки и предотвращает
возможность запуска развертки случайным импульсом, попав
шим на вход во время обратного хода луча. Управляющие
импульсы обычно формируются мультивибраторами или триг
герами.
СхемЫ с триггерами легче сочетаются с новыми конструктив
ными возможностями схем интегрального исполнения, не имеют
отдельных времязадающих цепей, с их помощью легче получать
импульсы в широком диапазоне длительностей и они выпол
няются чаще всего по толстопленочной гибридной. техно
догии.
Вместо гашения луча во время обратного хода сейчас при
меняют подсвет луча во время прямого хода импульсом, взятым
с узла управления генератором развертки.
В качестве генераторов развертки 3 применяют специаль
ные генераторы со стабилизацией тока заряда (разряда), инте
граторы с емкостной обратной связью, имеющие высокую
степень изменения линейности выходного напряжения. Доста
точная линейность и стабильность позволяют определить дли
тельность исследуемого процесса или по шкале экрана ЭЛТ, или
45
г-------------------~
1
1
\
Гежратор ;
1 Раз6ерт11а
ра36ертки.
1
А
А
\
L____________________ J
Реж1,,;м p:u!'om~t
...-~---. А А + fi
~З;Аrрж
Скеиа
сра6нени11
(lорота)
nереклю
чатеЛ11
рt!жино6
patfom111
г--------------------,
1
1
1
Генtратор \
1 Pa36epm/fa разlертки
'
5
/j
1
t____________________J
Рис. 2.10. Упрощенная структурная схема системы двойных разверток
в приборах, имеющих генераторы знаков - по выводимым на
экран данным. После генератора развертки следует фазовраща
'rельный и усилительный каскад 4.
В самых скоростных приборах (например, С7-19), имеющих
скорости до 0,2 нс/см, применяют отдельные калибраторы толь
ко потому, что необходимое постоянство линейности нарастания
скорости такой развертки обеспечить пока невозможно.
Схема однократного запуска 5 имеется в большинстве осци.1-
лографов. Схема синхронизации возвращает генератор в состоя
ние готовности к последующему запуску .не только нажатием
кнопки, но и другими сигналами - через дистанционное управ
ление - электрическими или световыми.
Существуют и более сложные схемы разверток и специаль
ных аналоговых генераторов разверток: генераторы, создающие
круговые, спиральные, растровые развертки, которые могут
быть очень полезными при сравнении частот, фаз и др.
В цифровых осциллографах применяют специальные раз
вертки, которые должны сочетать максимальный промежуток
времени (окно, информации), который нужно рассматривать, и
в то же время устанавливать предельно минимальное прираще
ние во времени, которое еще можно различить (временное раз
решение).
В большинстве высококачественных осциллографов приме
няют системы двойных разверток.
Системы двойных разверток. Система двойной задержанной
развертки позволяет получать большое растяжение во времени
небольших участков сигнала (менее 1 % периода). Структурная
схема такой развертки приведена на рис. 2.10. Эти развертки
использованы в осциллографе Cl-92, блоке Я4С-91 и др.
Как видно из схемы, такая система состоит из двух генера-
46
---------
а)
о)
Рис. 2.11 . Прпменение задержанной развертки д;1я исследования сигнала
с.1ожной формы:
а - режи\1 А+Б; б - режим Бзадерж• где показано изображение участка, отмеченного
уто.лщенноll .линией
торов развертки, называемых А и Б, которые могут работать
вместе или по одному. В каждой из разверток А и Б находятся
блоки, обведенные штриховой линией на рис. 2.9. Задержка
начала развертки относительно подачи запускающего импульса
на время от 1 мкс до 0,5-1 с осуществляется при работе обоих
генераторов. Генератором Б производится калиброванная во
времени задержка, после которой генератор А осуществляет
обычное развертывающее напряжение. При такой системе уве
личивается точность измерения временнь1х соотношений в сиг
нале. Наибольшее растяжение во времени сигнала происходит
в режиме одновременной работы обеих разверток А+Б. Для
этого на изображении полного сигнала на развертке А полу
чают во времени яркостную отметку от развертки Б (рис. 2.11).
Ручкой Задержка смещают яркостную метку так, чтобы высве
чивалась интересующая часть сигнала (рис. 2.11,а), и уточня~т
переключателем Время/дел длительность развертки Б, чтобы
эта часть высвечивалась полностью. Затем устанавливают пе
реключатель режима работы задержки в положение Бзадерж, и
на экране окажется только интересующее оператора изображе
}jИе части сложного сигнала, которое можно подробно рассмот·
реть (рис. 2.11,б).
Усилитель rоризонта.1ьноrо отклонения (по оси Х). Оконеч·
ный усилитель Х усиливает напряжение развертки перед пода
чей его на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. Усили
ваемые им сигналы имеют разную длительность, но одинаковую
амплитуду. Главное требование к этому узлу- неискаженное
воспроизведение прямого хода развертки, особенно начальных
нарастающих участков на самых быстрых развертках. Полоса
усилителя Х чаще всего составляет 1/5 полосы усилителя У,
начинаясь, ~ак правило, от постоянного тока, так как для пе
редачи пилообразного сигнала достаточно передать меньше со
ставляющих, чем для быстроизменяющегося прямоугольного
47
сигнала. В канале Х размещается часть органов управления
работой осци.11лографа: смещение Х++, множитель, или рас
тяжка, меняющие коэффициент усиления, что позволяет увели
чить напряжение развертки на фиксированную величину (Х 10
и более), давая возможность более подробно рассмотреть дета
ли сигнала .
.
1.
1.
1
'
/1
.
1
'
1
'
1
6'f9
1,3к
6,'f9к
48
Канал Х имеет внешний вход, на который могут быть
поданы напряжения, играющие роль развертывающих при вы
черчивании различных кривых - при фазовых и частотных изме
рениях по фигурам Лиссажу и др. При измерении сдвига фаз
необходимо учитывать, что в канале вертикального отклонения
имеется линия задержки, которая вносит дополнительное отста-
-- ---- --- ---- --- -:. __ _f -_ _""7::-:--:-:;-:-::---l---~~+-~-~-""i2'в-·--i
ктsг
'
-108
128
R99 3,6к
J_ _lхт R200 '17к а.)
R12G На. схему 1
G.Вк n!J.eoopaзo- ,
'
6ателн 1
налрнженUJ/
-108
+2008
Rf2!i
182
49
1
z
Рис. 2.12 . Принщшиальцая схема разверт
ки осциллографа сСага:. (а) и формы сиг
налов в цепях развертки (б):
1 - Время/дел
-
5 мс/дел.: У/дел - 2 В/дел.; 2 -
1 мс/дел" 2 В/дел.; 3 - 0,5 мс/дел" 5 В/дел. и вы
носной делитель 1 : 1О
ванне фазы
где t'э - задержка; fв - частота
входного сигнала.
Практическая схема генератора
развертки осциJJ.яографа широкого
:r
применения «Сага». Как указыва-
лось ранее, канал горизонтального
отклонения (КГО) обеспечивает ли
нейное отклонение луча Э.ТП по го
ризонтали синхронно с исс.r~едуемым
. сигналом.
Канал горизонтального
... ._ ______ ._ _______ .~)
отклонения осriиллографа «Сага»
(рис. 2.12) включае_т в себя схемы
синхронизации и запуска, генератор
развертки, схему блокировки и усилитель развертки.
Схема синхронизации вырабатывает сигнал для управления
cx~мoli запус1<а и генератором развертки синхронно с исследуе
мым сигналом и состоит из входного истокового повторителя
vT21, компаратора VD3 и триггера синхронизации (микросхема
DJ.1). В приборе предусмотрена возможность синхронизации
развертки внутренним или внешним сигналом (кнопка Внутр/
Внешн). В режиме внутренней синхронизации сигнал снимается
с выхода предусилителя VТб. В режиме внешней синхронизации
сигнал подается на гнездо Запуска.
В прпборе предусмотрена возможность подачи синхронизи
рующего сигнала кадровой развертки через интегрирующую
цепочку R76, С23, в положении ТБ кнопки ТВ/норм.
С выхода истокового повторителя VT21 через переключатель
Полярности синхронизирующий сигнал поступает на вход ком
паратора VD3.
Изменение значения синхросигнала производится измене
нием сигнала на входе компаратора VDЗ (резистор R77 Уро
вень).
С выхода компаратора VD3 прямоугольные импульсы посту
пают на нулевой вход триггера запуска D2, который совместно
с генератором развертки и схемой блокировки формирует пи
лообразное напряжение.
50
В исходном состоянии на прямом выходе триггера запуска
(микросхема D2.1) устанавливается логическая единица
(« 1»). Это напряжение через резистор R91 удерживает в на
сыщенном состоянии транзистор VT27; времязадающий конден
сатор СЗJ разряжен. На входе ми·кросхемы D2.1 имеется «0»,
поэтому с приходом импульса синхронизации на нулевой вход
триггер запуска опрокидывается. Транзистор VT27 запирается,
начинается заряд времязадающего конденсатора С31 током
транзистора VT28. Формируется прямой ход пилообразного на
пряжения. Пилообразное напряжение поступает на вход уси
лителя развертки, выполненного на по.11евом транзисторе VT29
и транзисторах VT31, VT32, VT34-VT36. С коллекторов тран
зисторов VT34 и VT36 пилообразное напряжение подается на
горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ. Часть пилообраз
ного напряжения с делителя R102, R104 подается на вход схе
мы блокировки.
Схема блокировки представляет собой ждущий мультивибра
тор на транзисторе VT26 и микросхеме DJ.2. При достижении
определенного уровня пилообразного напряжения транзистор
VT26 открывается и запускает мультивибратор. Импульс с вы
хода микросхемы DJ.2 через инвертор на микросхеме DJ.J по
ступает на вход 04 триггера запуска и опрокидывает его
в исходное состояние. Транзистор VT27 открывается, времяза
дающий конденсатор С31 разряжается до исходного уровня,
формируется обратный ход пилообразного напряж~ния. На
время длительности импульса блокировки триггер запуска не
чувствителен к импульсам синхронизации, так как на его вхо
де S установлен «О».
Описанный выше режим запус~а генератора развертки сиг
налами синхронизации происходит при « 1» на выходе 08
микросхемы D2.2, когда диод VDJO заперт. При «О» на вы
ходе 08 микросхемы D2.2 диод VDJO открыт и на вход R триг
гера запуска поступают импульсы схемы бло1шровки с выхода
микросхемы Dl.2 . Срезом импульса блокировки опрокидывает
ся триггер запуска, генератор развертки работает в автоколе
бательном режиме.
Переключение такого режима в ждущий происходит автома
тически при срабатывании триггера синхронизации. Для этого
R схему введен триггер на микросхеме D2.2. На входе его уста~
новлен «0», поэтому при поступлени~ импульса синхрониза
ции на вход О триггера на его выходе 08 устанавливается « 1»,
генератор развертки работает в ждущем режиме.
·
На рис. 2.12,б показаны осциллограммы отдельных сигналов
в цепях развертки.
2.•. вспомоr А ТЕЛЬНЫЕ УСТРОИСТВА
Калибраторы амплитуды и времени. Это устройства, позво
ляющие значительно повысить точность амплитудных и времен
ных измерений. В предыдущих моделях для калибровки времен
ных параметров применяли специальные генераторы меток.
В современных простых моделях Cl-112, Cl-94, «Сага:. и дру-
1 их это транзисторный усилитель в режиме ограничения, запус
кающийся синусоидальным сигналом с частотой сети питания,
снимаемым со вторичной обмотки сетевого трансформатора
(рис. 2.13). С коллектора транзистора прямоугольные импульсы
(меандр) с частотой сети и амплитудой порядка 10 В подаются
на вход усилителя при положении переключателя чувствитель
ности ., ..
(калибровка). При этом чувствительность прибора
устанавливается 2 В/дел., а калиброванные импульсы должны
соответствовать пяти делениям вертикальной шкалы прибора.
Калибровка коэффициента развертки возможна в положении
0,5; 1; 2 переключателя время/дел, а переключатель mS/μS
устанавJ1ивается в положение тS.
Для универсальных осциллографов со сменными блоками
выпускается специальный блок калибратора (типа 2Kl 1, поз. 1
на рис. l.2), который в зависимости от канала, который необ
ходимо откалибровать, вставляется или вместо блока усилите
ля, или вместо блока развертки. Такой калибратор генерирует
импульсы для проверки переходной характеристики базового
блока, калибрационные напряжения для проверки коэффициен
тов отклонения выходных усилителей Х и У, специальные коди
рованные последовательности импульсов для проверки генера
тора знаков и т. д. Сложность таких блоков вызвана была не
обходимостью повышения точности измерений универсальных
приборов со сменными блоками, при смене блоков и при экс
плуатации с течением времени. О калибраторах скоростных
осциллографов упоминалось ранее.
'
..
..
"
,"
,..
..
...
...
..
"
6)
Рис. 2.13. Схема калибратора осциллографа Cl-94 (а) и калибровка ампли
туды и длите.11ьности по экрану ЭЛТ (б) (без линии задержки, как в устрой
стве cCara:.)
52
t
_,,,.~НУ~
Зкраниро8анныi1
каоель~~ом
/( аажи.мg .JемАн"
':--fl--'
Ct::J;JO*
г-------L2--, Ко
1Rf
~ !входу У
1
1
1
1
.1
~С2
1
1
Z(q-20
1о)
L _________J
Рис. 2.14. Схемы выносных делптелей:
а - де.пвтель 1 : 10 осци.11.поrрафа cCara»; б - де.пите.пь 1 : 10 wирокопо.посно·
ro осцu.поrрафа Cl-92; осци.11.поrраммы компенсации дс.пите.пя; и - норма.пь·
ная компенсация; г - nерекомпсисация; д
-
недокомnенсацнн
~)
11)
Пробники. Пассивные выносные делители. Осциллограф
в определенной степени всегда нагружает исследуемую схему,
поэтому встречаются случаи; когда исследуемый сигнал нельзя
непосредственно подать t1a вход осциллографа. Это может быть
не только в том случае, когда амплитуда сигнала превышает
пределы допустимого. Для уменьшения влияния нагруз_ки мож
но применить пассивные выносные делители, позволяющие по
высить входное сопротивление осциллографа, а знаqит, и мень
ше нагрузить источник сигнала (рис. 2.14,а). При этом умень
шение активной нагрузки будет пропорционально коэффициенту
деления пробника (для делителя 1 : 1О - в десять раз), однако
емкостная нагрузка уменьшается в меньшей степени в зависи
мости от частоты сигнала. Емкостную нагрузку типичный де
литель-пробник уменьшает всего в 4-5 раз и улучшить это
отношение трудно, так как через наконечник пробника в схему
вводятся дополнительные паразитные емкости. На рис. 2.14,б
приведена схема выносного широкополосного делителя 1 : 10
осциллографа Cl-92, уменьшающего емкостную и резистивную
нагрузки и общую чувствительность, что дает возможность
измерять большие напряжения (до 500 В), пользуясь то,11ько
входным аттенюатором усилителя. Верхнее плечо этого делите
ля образуется резистором RJ и конденсатором С/, нижнее
входным сопротивлением и входной емкостью осциллографа.
Между верхним и нижним плечами включен кабель с опреде
ленной распределенной емкостью от 100 до 30 пФ. Вмонтирован
ные в корпусе резисторы, катушки индуктивности LJ и подбор
ный конденсатор С2 подавляют «ЗВОН» и помехи кабеля на
высоких частотах. Для обеспечения нужной точности измерений
осуществляется компенсация выносного делителя 1 : 10 и калиб
ровка коэффициентов отклонения с ним. Соединив пробник
с выходом калибратора, подстройкой конденсатора С2 необхо
димо добиваться изображения прямоугольного сffгнала, как на
рис. 2.14,в.
Высоковольтный емкостный делитель. Его прпменяют для
измерения больших напряжений (свыше 500 В), например,
в цепях разверток телевизора. Как показано на рис. 2.15, такой
пробник имеет два конденсатора: С/ - высоковольтный малой
емкости; С2- большой емкости, но с малым рабочим напряже
нием. Включенные последовательно, они действуют как дели
тель напряжения, причем основная часть напряжения падает на
С1. Форму сигнала, возникающего на С2, можно рассмотреть
на осциллоrрафе, так как напряжение сигнала по отношению
к «земле» не превышает допустймого для входных цепей осцил
лографа. Конденсатор С2 полупеременный, что позволяет под
страивать точность коэффициента деления, который в таких
высоковольтных делителях чаще всего устанавливается 1 : 100,
что упрощает расч~т напряжения.
54
Cf5
. J<oJ tходу у
~1 i'
втfez•
500
Рис. 2.15. Высоковольтный ем
костный делитель
iКо
100 Н1
Входу у
1 270~ VJJ1 \
L_ _ __::J
Рис. 2.16. Пробнп-.11.етектор
Активные пробники. Их применяют в условиях, когда внеш
ние наводки становятся соизмеримы с исследуемым сигналом.
Активные пробники имеют высокое входное сопротивление (бо
лее 1 .МОм), малую входную емкость (менее 10 пФ) и тщатель
ную экранировку для предотвращения электромагнитной внеш
ней наводки. Применение активного пробника позволяет иссле
довать сигналы с амплитудами от 10 мВ до 1 В. Такой пробник
выполняют по схеме катодного повторителя, нагрузкой которого
служит коаксиальный кабель. В схему входят также фильтры
для сглаживания высокочастотных и низкочастотных пульсаций
и цепп компенсации. Иногда очень полезным оказывается Проб
ник-детектор. Его можно применять для наблюдения телевизи
онных, радиосигналов или· сигщ1лов промежуточной частоты.
Использование такого пробника позволяет наблюдать с доволь
но высокой точностью форму огибающей высокочастотных
сигналов. Пробник должен иметь минимальную входную
е~1кость (во избежание расстройки контура) и демодулятор для
преобразования высокочастотного сигнала, а также короткие
выводы д.1я подк.1ючения к цепи.
Входной разделительный конденсатор CJ (рис. 2.16) и вы
ходной развязывающий резистор R2 используются для того,
чтобы как можно меньше влиять на исследуемую цепь. Провер
ка формы огибающей радиосигналов с таким пробником может
производиться в любой цепи радио или промежуточной Частоты
при подаче на вход сигнала соответствующей частоты (ГСС или
другого генератора).
1.5 . ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ОСЦИППОl"РАФОВ
В зависимости от назначения осциллографа в нем приме
няют блок питания различной сложности исходя из требований
и стабильности питающих напряжений. Нестабильность сетево
го напряжения вызывает смещение луча по экрану (дрожание
развертки), изменение чувствительности осциллографа, ухудше
ние синхронизации и дефокусировку.
Блок питания современного осциллографа представляет
собой весьма сложное устройство, состоящее из низковольтного
источника питания, предназначенного для питания схем прибо-
55
ра, и высоковольтного преобразователя, обеспечивающего на
пряжения питания ЭЛТ. Для нормальной работы осциллографа
с:Сага::. все источники питания должны иметь малую пульсацию
и обеспечивать стабильные напряжения при изменении напря
жения сети питания ± 1О %.
Низковольтный источник питания (рис. 2.17,а) обеспечивает
следующие значения питающих напряжений: 240 В, ток нагруз
ки 20 мА; 120 В, ток нагрузки 50 мА; 11,4 В, ток нагрузки
150 мА; -10 В, ток нагрузки 150 мА.
Учитывая одинаковые значения токов нагрузки источников
напряжения 11,4 В и -10 В, их получают от одного источника
напряжения с электронным стабилизатором. Стабилизатор на
пряжений 11,4 В и -10 В выполнен по типовой схеме и пред
ставляет собой трехкаскадный усилитмь на транзисторах
VT47-VT49. Напряжение на вход стабилизатора снимается со
вторичной обмотки трансформатора Т2 через двухтактный вы
прямитель VD24 и конденсатор Сбl. Подстройка стабилизиро
ванного напряжения -10 В производится резистором R163,
выведенным под шлиц внутри прибора. Стабилизированное
напряжение 11,4 В снимается с эмиттерного повторителя VT46,
нг базу которого пода~тся напряжение от резистора R159. Ста
би.11изиров~нное напряжение -10 ~ снимается с эмиттера тран
зистора VT45.
Напряжения источников 120 и 240 В нестабилизированы и
снимаются со вторичной обмотки силового трансформатора Т2
через схему удвоения VD4 и конденсаторы СJЗ, Сlб.
56
-108
R157
180
csчtE
50мк
R1G#
G,Вк
На схему
преооразо8ател11 н R151
VJJ25 ,11,818Е
С59
0,0117
1000мк
+11,#8,~--+-t-C-5_7____,
I50мк
В приборе испель::sована ЭЛТ типа 8ЛО7И.
Напряжения для питания ЭЛТ снимаются со схемы элек
тронного преобразователя (рис. 2.17,б), выполненного на тран
зисторах VT42 и VT43 и трансформаторе Т1 по схеме самовоз
буждающегося генератора с индуктивной обратной связью. На
пряжение питания катода ЭЛТ минус 1600 В снимается со вто
ричной обмотки TJ через схему удвоения (диоды VD20, VD21,
конденсаторы С48, С49). Напряжение питания модулятора ЭЛТ
снимается с другой вторичной обмотки трансформатора Т1
через схему умножения (диоды VD17-VD19, конденсаторы С44,
С46, С47, С50).
Стабилизация выходных напряжений преобразователя осу
ществляется двухкаскадным усилителем на транзисторах VT43
и VT44. Выходное напряжение схемы стабилизации с коллекто
ра транзистора VT43 управляется базовой цепью транзистора
VT42 преобразователя, обеспечивая стабильность выходных на
пряжений. На рис. 2.17,в приведена специфичная форма напря
жения в точке 1 схемы преобразователя.
Питание канала ЭЛТ осуществляется от отдельной обмотки
трансформатора Т2. Напряжение питания первого анода (фо
кусировка) снимается с резистора R139. Регулирование яркости
луча ЭЛТ производится резистором R131. Эти резисторы вы
ведены на лицевую панель прибора и имеют специальное обо
значение.
Напряжение питания второго анода ЭЛТ снимается с рези
стора Rб2, выведенного под шлиц внутри прибора.
-2гв
2'ЮВ
Сет•
ВКА
,_;.;..---~а.
К накалу
элт
&..;.;;;..---.-о
-16008
а.)
57
58
15
§"11+-~~-~---t-~
(1:10-150)8
-(1100-11/50)8
Vl.1
ВЛО1И
1)
-(1590-1690) 8
(60-1#6)8
-
+1('#8
--~-16008
17
R155
3,9к
К усилител.~с У
Рпс. 2.17. Схема источников питания ос- -~..,.....-т--.--=--..---r--..-1
u11ллоrрафов cCara:.:
а - схема низковольтного источника питания;
б - схема питания ЭЛТ; в
-
осциппограuма сиг- ~+.-4.-..i=.4-~-+--+-t#'iF-+--'"I
иапа преобразоватепя «Сага:. в точке /; Вре·
мя/де.11 - 2 мкс; V/де.11 - 2 В; депитель 1 : 10
~~~ж++ж+ЖВ+ftt!Жiilжtl+Жtжtf
1)
Схема подсвета луча (рис. 2.17,б) выполнена на транзисто
рах VT38-VT40 и представляет собой симметричный триггер,
который питается от отдельного источника 30 В, относительно
источника питания катода минус 1600 В. Исходное состояние:
VT40- открыт, VT38- закрыт. Положительный перепад им·
пульса запуска приходит с эмиттера VT37 схемы запуска через
конденсатор С42' и переводит триггер подсвета в закрытое со
стояние, отрицательный возвращает в исходное. В результате
на коллекторе VT38 формируется положительный импульс
амплитудой порядка 17 В, по длительности равный длительно
сти прямого хода развертки, который подается на модулятор
ЭЛТ и подсвечивает прямой ход развертки. Схемы источников
питания универсальных осциллографов значительно сложнее.
В них применяются специальныj:! схемы защиты, высоковольт
ные преобразователи.
Для предохранения ЭЛТ иногда применяют схемы задерж
ки подачи высоких напряжений на электроды ЭЛТ на время
прогрева катода. Для этого испо-~ьзуется двоично-десятичный
счетчик импульсов с частотой 50 Гц и постоянные времени це
пей, создающие в результате суммарное время задержки вклю
чения 2-3 мин.
rn••• э
Р.А&ОТ.А с осциллоrРАФОМ
J. t . вw&оР осциnлоrРАФА
В настоящее время существуют две тенденции конструктив
ного выполнения универсальных осциллографов: в виде моно
блока и в виде базы со сменными блоками. В тех случаях, когда
необходимые измерения сравнительно однотипны и их жела-·
тельно производить при минимальном числе регулировок (на
пример, при настройке приборов в цеховых условиях), то опти
мальным будет применение моноблочных осциллографов: Cl-94,
Cl-112 - при несложных сервисных операциях; Cl-65A с поло-
59
сой 50 МГц, Cl-101, Cl-107, Cl-92- для более широкополосных
измерений. Эти приборы сравнительно малогабаритны и более
просты в эксплуатации. Но для работы в лабораториях более
подходят универсальные осциллографы со сменными блоками
типов Cl-70 и Cl-91, ранее выпускавшиеся, и Cl-122 и Cl-115,
изготавливающиеся сейчас. Такие приборы дают возможность
проводить самые различные виды измерений.
При выборе осциллографа необходимо учитывать следующие
важнейшие характеристики.
Полоса и время нарастания осцил.1оrрафа. Об этих характе
ристиках упоминалось ранее. Надо иметь в виду, что при вы
сокой чувствительности (200 мкВ/см и выше) и широкой полосе
пропускания сильно растет уровень шумов, затрудняющий изу
чение слабых сигналов.
Для лучшего воспроизведения импульсных сигналов частот
ная характеристика осциллографа должна иметь вид, показан
ный на рис. 2.4,а, с плавным спадом на верхних частотах.
На рис. 3.1 приведена номограмма зависимости увеличения
погрешности измерения ( %) от отношения времени нарастания
исследуемого сигнала и осциллографа. Если время нарастания
осциллографа составит не больше 1/5 времени нарастания рас
сматриваемого сигнала, то погрешность измерений будет не бо
лее 2 %. при определенной стандартами полосе пропускания
(3 дБ) погрешность измерения увеличивается до 3 %, и далее
на половине полосы частот- до 8 %.
Коэффициент отклонения. При работе с сигналами более
30 В необходимо использовать выносные делители. Особенно
чувствительны к перегрузке туннельные диоды в преобразова
телях стробоскопических осциллографов. Блоки Я4С-96 или
Я4С-100 выходят из строя при подаче на вход напряжения
свыше 1 В. Верхний предел исследуемого напряжения зависит
от пробивного напряжения переходной емкости при закрытом
входе и допустимого напряжения на входе усилителя (суммар
ного: постоянного и переменной составляющей) при открытом
входе. При применении пробника l : 10 допустимое входное на
пряжение возрастает до 300 В, и такой сигнал можно рассмат
ривать на большинстве приборов.
При исследовании сигналов малой амплитуды осциллограф
выбирают по минимальному коэффициенту отклонения (макси
мальной чувствительности), наименьшему размеру изображения
на экране ЭЛТ, для которого еще гарантируется допустимая
погрешность измерения. Но чем больше полоса, тем меньше
должно быть значение входной емкости. Это условие очень
трудно выполнить практически. При измерениях на самых выс
ших частотах надо применять активные пробники, обеспечиваю
щие наименьшее значение входной емкости.
60
о/оlf{)
~
зо\
20
'
75
10
8
\
''
'
---
-
-
i--+ -+-+ -+<
1
1
Рис. 3.1 . Завис11мость погрешно
сти измерения от отношения вре
мен нарастанпя исс.'!едуемоrо с11r
нала 11 осциллографа
Рис. 3.2 . Из!l!ерение задержки
между двумя входными сигнала
миА иБ,гдеtз- времязадерж-
ю1
Сменный блок Я4С-97 имеет выносной высоковольтный дели
тель 1 : 100, что в результате иQзволяет измерять напряжения
от 20 мВ до 20 кВ с отображением результатов измерений на
экране базового осциллографа.
В обычных условиях запускается осциллограф сигналом,
изображение которого занимает на экране ЭЛТ половину деле
ния шкалы - чаще всего 5 мм (в малогабаритных приборах -
3 мм). Если прибор запускается слабым сигналом или схема
запуска плохо работает, то удержать стабильность запуска
очень трудно. Он может производиться случайными сигна
лами, что вызывает дрожание и общую размытость изобра
жения. В этом случае нужно использовать внешнюю синхрони
зацию.
Скорость развертки. При выборе осциллографа следует учи•
тывать соотношение между ценой деления самой быстрой раз
вертки и временем установления канала вертикального откло
нения ty. Обычно цена деления самой быстрой развертки близка
к Зту. Например, для осциллографа с полосой пропускания
5 МГц, имеющего время нарастания 35 нс, максимальная ско
рость развертки обычно равна 0,2 мкс/см, при полосе 20 МГц -
0,05 мкс/см, при полосе 200 МГц - 5 нс/см и т. д. Такое соот
ношение выбирается потому, что при большей скорости канал
вертикального отклонения все равно не позволит рассмотреть
более мелкие детали сигнала, а при меньшей скорости возмож
ности канала вертикального от1<лонения нельзя полностью
использовать.
61
В современных приборах широко используют возможность
«растяжки» развертки- увеличение ее скорости в 10 раз,
а в отдельных приборах - в 50 раз. Это бывает полезно при
рассмотрении небольших участков сигнала (см. рис. 3.7) или
при измерении задержки между двумя идентичными сигналами,
что часто встречается в вычислительной технике. В этом случае
благодаря идентичности двух входных сигна.11ов, поданных на
оба входа, и двухканальному коммутатору получают два иден
тичных изображения сигналов, но сдвинутых вдоль оси времени
на величину задержки между ними. Задержку можно отсчитать
довольно точно, даже если она меньше време~и установления
осциллографа в 2-3 раза, для чего и нужна повышенная ско
рость развертки (рис. 3.2).
Из серийно выпускаемых нашей промышленностью осцилло
графов самые быстрые перепады напряжений и однократные ко
роткие импульсы д.1ительностью вплоть до 5,4 пс/линию могут
регистрироваться осциллографом С7-19, самые медленные - до
25 с/дел. запоминающим осциллографом С8-17 и цифровыми
запоминающими осциллографами.
Погрешности определения длительности процессов у боль
шинства простых осциллографов составляют 3-5%, но в уни
версальных приборах типа Cl-122 с блоком измерения Я4С-105
они могут составлять ± 1 %. Следует повторить, что если время
нарастания исследуемого сигнала по крайней мере в 5 раз пре
вышает время нарастания усилителя вертикального отклонения,
то точность временного интервала будет определяться практи
чески только точностью временной развертки осциллографа.
3.2 . ВКЛЮЧЕНИЕ ПРИ&ОРА и подrОТОВКА Ero к РА&ОТЕ
На рис. 3.3 показаны лицевые панели простых осциллогра
фов, объединенных во многом общими конструктивными- реше
ниями. Независимо от типа прибора существует некоторая
общая методика включения осциллографа и подготовки его
к работе. Она заключается в следующем: проверить соответст
вие положения переключателя сети. Оно должно соответство
вать имеющемуся напряжению (приборы обычно поставляются
включенными на 220 В). Если в приборе установлен вентилятор,
нужно проверить чистоту сеток фильтра.
Для уменьшения наводок все соединеI-Jия осциллографа
с источниками исследуемых напряжений следует производить
специа.тrьными кабелями, придаваемыми к приборам, поэтому
всегда следует. использовать пробник 1 : 1 при небольших сиг
налах и особенное внимание уделять точке его заземления как
можно ближе к месту измерения.
62
V f[j12,S 0 0 ОСЦИJIJIОГРАФ С1-112 ВРЕМЯ/ДЕJI 'l[jli!
"IQl!::::!J
21
~mS
[QJxf
5~0,5 ЗАПУСК
~~~8,f- [Q};;
IQ]x10
sq О..05 '01~
(Qlx102
V/АЕЛ
~Sнеш
IQ]x1o' t.=====~
?~'so + [Q] н::м
j@"'1kV
BKJI СЕТЬ
2~20 +YP©DBEHb
"'
*-
IQlО. v5• s~i 0
. 8'2fl (!) ?у"
~-s
..L
-8
0~sz@ @o~~IQI[Q] ~@@
1MSl .JOpF
~==============================::::J~
IСЦИJIЛDГРАФ Ct-94
ОСЦИЛЛОГРАФ «САГА»
ф
ф
D~ D@@
-
СЕТЬ ЕЕ[]
@РАЗВЕРТКА О о
ВРЕМЯ/ДЕЛ OOIDI
YPOBEHI» S 2 1
0
@10@.0~~g
ЗАПУСК 20
О,2
-8@ 50 0,
1
1 ~А1101
i@~~D
о 1@0,1 неш
2s,
0
~5 1:: ID
1MSl40pF O,Ot
<§).L
5)
СЕТЬ
EmD
o(g] BPEMЯ/AEJI m о
ВkЛ
z 1 0,5 ЗАПУСК ..
-@ '@~· ВЕ[)]
ф·@~о D 0.1 ~[]
50 х 0,05
о
~ 0,2 О,1 \нО:м\[]
IQI ~@50 УРОВЕНЬ
1о20
@
~·· ,10 -э;
~ VmV..L@
i'jf 11·l~~:~~
~ ~ ~~'r§ DPI
CE~l51 @t@-IQ] rQi [QJ о
1)
~===============:::=; 1)
Рис. 3.3. Органы управления малогабаритных универсальных осцил
лографов:
а-С1·112; б-Сl-94; в-сСаrа:., г-ОР-1
63
Перед началом работы ручки осциллографов, регулирующие
яркость, амплитуду синхронизации УРОВЕНЬ ставят на мини
мум в крайнее Jieвoe положение, фокусировку и смещение по
вертикали ! п горизонтали ++ - в среднее положение, а по-
скольку органы управления приборов на рис. 3.3 почти одно
типны, то надо нажать кнопку внутренней синхронизации
ВНУТР, поставить переключатель длительности развертки Вре
J.~я/дел в положение 2, а переключатель чувствительности вер
тикального отклонения V/дел в положение 1 и включить осцил
лограф. В старых моделях прибор включался регулятором
яркости, совмещенным с выключателем сети (и это было пра
вильно, нельзя было сжечь трубку). Есл~ же теперь не обра
щать внимания на ручку, то яркость может быть довольно
значительной. Через 2-3 мин на экране ЭЛТ появится светлая
линия. Отсутствие ее может объясняться недостаточной ярко
стью (ручку надо вывести из крайнего левого положения) или
слишком большим отклонением луча за пределы экрана ЭЛТ.
Тут надо устанавливать ручки ! и ++ в различные положения,
пока луч не появится на экране ЭЛТ. Поскольку смещение
осуществляется благодаря изменению потенциала между управ
ляющими пластинами, то во многих приборах, в том числе
и Cl-92, имеется ·кнопка Поиск луча; при нажатии этой
кнопки происходит стабилизация потенциалов пластин и
луч оказывается в центре шкалы. Но в более простых
приборах действием ручек смещения луча возвращают его
на экран.
На рис. 3,4,а, б показаны возможные установки ручки ФО·
КУС при небрежной работе и при необходимости установки чет
кой линии 0,6-1 мм, одинаковой по всей длине развертки.
Ручка ++ должна обеспечивать перемещение луча по горизон
тали, позволяющее совместить начало и конец рабочей части
развертки с центром экрана ЭЛТ.
В двухлучевых осциллографах, например в С8-13, рабочая
часть экрана ЭЛТ 13ЛН11 разделяется на две половины (40Х
ХВО мм для рабочей части луча).
Показанные на рис. 3.3 внутренние ручки переключателей
ВреJ.tя/дел и V/дел позволяют плавно изменять величины, уста
новленные на шкалах переключателей до 2,5 раз. Таким обра
зом, при необходимости более детального изучения небольших
участков сигнала (рис. 3,5,а) можно увеличить сигнал до раз
меров, превышающих размеры экрана, а затем ручкой 1 вер
нуть на экран участок, который хотят рассмотреть подробней
(рис. 3.5,б). Однако при этом надо следить за отсутствием пе
регрузки входного каскада, что может внести большие искаже
ния. В каж~ом осциллографе установлены пределы напряжений,
подаваемых на вход, и их нельзя превышать.
64
Рис. 3.4 . Управление .1учом ЭЛТ:
а - пуч не в фокусе; б - пуч сфокусирован;
в - пуч смещен мево н вверх; г - пуч сме·
щеп вправо и вина
Увеличение отдельных участков
сигналов возможно и в горизон
тальном направлении. В этом
случае скорость развертки выби
рается больше длительности пе
риода рассм~триваемого сигнала,
что как бы растягивает сигнал
(см. рис. 3.7).
В осциллографах с усилите
лями постоянного тока (а таких
сейчас подавляющее большин
ство) полоса ча<;тот начинается
от О Гц, а следовательно, в этих
условиях большое значение на
стабильность работы оказывают
и колебания сети, и случайные
помехи, и другие явления, кото
рые вызывают нестабильность
положения нулевой линии - ли
нии развертки на нулевом потен
циале экрана ЭЛТ, называемую
дрейф. Поскольку дрейф луча
!1111001111~11~i1f11111111ш!1111111111111m1i]а)
1·1 .. . l""I "'i""i"*"l""I' "l""l""l• 11 j
а)
2)
сказывается на точности измерений, то перед подачей сигнала
усилитель необходимо сбалансировать, т. е. симметрировать его
плечи, чтобы луч на экране не перемещался при повороте ручки
плавной регулировки усиления, а также при переключении диа
пазонов чувствительности.
Обычно симметрирование производят подрегулировкоА поло
жения потенциометра Баланс. Для этого предусмотрены отвер
стия на боковой стенке корпуса прибора, где находится надпись
Рис. 3.5. Использование органов управления усилением для подробного рас
смотрения формы сигнала~
а - исспедуемый сиrнап; б - увепичениый участок свrнапа
65
(1
t
t
!lро~ен6
а)
!lроеень
Рис. 3.6 . Различные впды запуска нарастающим (а) 11 спадающим (6) сиг
налами
Баланс. При переключении V/дел на более чувствительные
диапазоны добиваются минимального смещения, а потом устра
няют перемещение луча при поворотах ручки Плавно.
Управление разверткой. При работе в авто'колебательном ре
жиме для исключения потери части сигнала из-за вр~мени
обратного хода луча нужно рассматривать по крайней мере три
периода сигнала. Этот режим применяют в основном для высо
кочастотных периодических сигналов и импульсных сигналов
длительностью свыше 300 мкс. Устойчивая синхронизация до
стигается ручкой УРОВЕНЬ, которая регулирует значение
запускающего сигнала, заставляющего срабатывать генератор,
формирующий импульс запуска развертки. Если уровень запус
ка установить большим, чем амплитуда запускающего сигнала,
то запуска развертки не произойдет. Наибольшая чувствитель
ность запуска при уровне, близком к нулевому, будет при
среднем положении ручки Уровень. При вращении ручки вправо
запуск будет производиться нарастающей формой сиrнала - его
фронтом, а при вращении влево - отрицательно идущей формой
сигнала, отрицательным фронтом импульса (рис. 3.6).
В связи с тем что формы сигналов и Цели измерений могут
быть самыми разными, не может быть постоянно~:о правила
установки ручки Уровень. Правильно определить длительность
исследуемого процесса по шкале осциллографа возможно толь
ко при установке ручки плавной р-егулировки длительности
в определенное калиброванное положение, обычно обозначаемое
знаком • (калибровка). При периодически следующих импуль
сах рассмотрение фронта импульса при отсутствии линии за
держки в осциллографе (например, «Сага») можно выполнить
следующим образом: развертка должна запускаться для рас
смотрения фронта последующего импульса предыдущим
импульсом или на установленный момент раньше.
Влияние наводок. Как и в большинстве измерительных при
боров, сигнал на входе осциллографа оценивается относительно
«земли» прибора (внешняя часть входного коаксиального разъ
ема, которая обычно электрически связана с корпусом). Послед-
66
ний в свою очередь соединяется с землей сети переменного тока
через кабел1t питания. Это значит, что 1,1ри измерен~и ~апряже
ния между двумя точками в схеме на самом деле измеряются
потенциалы сигналов относительно земли.
В связи с этим, если подключить землю щупа осциллографа
к точке в схеме, которая обладает некоторым потенциалом отно
сительно земли, эта точка будет в результате закорочена на
землю. Для испытываемой схемы иоогда это может иметь самые
отрицательные последствия. При измерении слабых и высоко
частотных сигналов надо убедиться, что земпя осцилпографа и
земля схемы, в которой проводятся измерения, одинаковы.
Лучше всего для этого соединить землю щупа непосредственно
с землей схемы, а затем измерить щупом напряжение земли и
убедиться, что сигнал отсутствует. Однако очень часто короткий
конец земля на щупе бывает оборван, на это не обращают
внимания и получают искаженные результаты. Иногда при
измерениях пользуются не щуnом, а парой скрученных прово
дов, чтобы не было наводок, но в этом спучае, кроме искажений
сигнала получают еще и размытость фронта и дрожание, т. е.
паразитные перемещения по горизонтали ипи по вертикали. При
наводках гармонические составляющие сигнала на самых. высо·
ких частотах получаются чрезмерно увеличенными. Эти гармо
ники появляются в виде перегибов и пиков на изображении кри·
вой (рис. 3.7). Размытость фронта или дрожание определяют
в миллиметрах (рис. 3.8). Чаще всего. встречается размытость
фронта.
Наводки определяют при наибольших амплитуда~ !fЗОбраже
ния, усилении и различных скоростях развертки, наименьшей
частоте запуска, измеряются в любом режиме работы осцилло
графа, в любой части экрана трубки и не должны превышать
в нормальных условиях допустимой толщины луча трубки.
При настройке цепей частотной коррекции, усилительных
каскадов, содержащих быстродействующие операционные уси
лители, цифровые схемы, входное сопротивление должно быть
высоким, а входная емкость - малой. Однако входной кабель
осциллографа длиной около 1 м совместно с емкостью входного
каскада осциллографа образуют суммарную емкость 120-
150 пФ (емкость кабеля с волновым сопротивлением р=50 Ом
равна 100-125 пФ/м). Введение ем~tости в .налаживаемое
устройство во многих случаях влияет на его работу, что приво
дит к увеличению погрешности измерения формы сигналов на
частотах свыше 1О кГц. Кроме тоtо, широко внедряемые в на
стоящее время быстродействующие операционные усилители
склонны к самовозбуждению •при подключении указанной емко
сти осциллографа к их выходу. При настройке таких усилите
лей допустимая входная емкость щупа осциллографа должна
быть равна 10-15 пФ.
67
-
~--. _J
а)
т
ё)
Рис. 3.7. Изображение наводю1,
полученное при разомкнутых вход
ных проводниках, лежащих на
столе:
а - наво.1tка; 6
-
растижка Х 10
~~
Рис. 3.8 . Размытость или дрожа
ние изображения:
t, - уровень
Jtрожанни по вертккапн
(размытость фронта); lt -уроаень АРО·
жанни по rорнэонтапн {размытость
вершины)
Входная емкость Свх осциллографа снижается при использо
вании выносного компенсированного делителя 1 : 10. Уменьшая
входную емкость со 150 до 10-15 пФ, он одновременно десяти
кратно снижает чувствительность осциллографа. Для сущест
венного снижения входной емкости без уменьшения чувстви
тельности применяют выносные активные щупы-пробники, в ко
ТQрых смонтированы повторители напряжения, построенные по
самым различным схемам, в том числе и по более простому ва
рианту- эмиттерного повторителя напряжения.
Благодаря глубокой отрицательной обратной связи парамет
ры эмиттерного повторителя малочувствительны к шунтирую
щему действию емкости кабеля, включенной параллельно его
нагрузочному резистору. При этом коэффициент передачи пов
торителя по напряжению близок к единице практически во всем
диапазоне частот. Для повышения входного и снижения выход·
ного сопротивлений, а также для ослабления зависимости вы
ходного сопротивления от сопротивления исследуемой схемы
такой щуп выполняtот чаще всего на составном эмиттерном
повторителе. Для проверки высокочастотных сигналов, напри
мер, осциллографом Cl-92 следует использовать только ,прила
гаемые к приборам высокочастотные кабели. Кабель обязатель
но должен нагружаться у входов каналов / и /1 на волновое
сопротивление, равное 50 Ом. За3емляющая шина на ВЧ даже
длиной в несколько сантиметров может создать помехи ампли
тудой порядка нескольких процентов.
Потери, вызываемые рассеянием энергии в диэлектрике ка·
беля, пропорциональны частоте сигнала. Таким образом, боль·
68
шая часть высокочастотной информации в импульсе с малым
временем нарастания может быть потеряна в соединител1аном
кабеле длиной всего в несколько десятков сllнтиметров в случае,
если он не согласован с волновым сопротивлением.
J.J. O"'EДEJIEHNE uодноrо СОПЮТМlllЕНИI
"
IХОДНОИ ЕМКОСТИ ocциn.norJIAФA
Обычно эти характеристики определяются схемой (и в основ·
ном конструкторским решением) и указываются в сопроводи
тельной документации. Но работники, использующие данный
э~емпляр прибора, часто хотят знать параметры именно этого
прибора, поскольку необходимо стремиться к тому, чтобы вход·
ное сопротивление осциллографа и сопротивление исследуемой
схемы были согласованы.
Входное сопротивление можно измерить с помощью моста
сопротивлений типа ШМС или ему подобного, а вхqдную
емкость - с помощью измерителя емкости типа ЕВ-1 и др. Для
этой цели используются также и генераторы сигналов. Однако
это можно сделать с помощью осциллографа. Для этого выход
калибратора или пилообразного напряжения с другого осцил
лографа подают на вход У через переменный резистор в не
сколько мегом. (Подача собственного выхода. развертки на.
вход У одного и того же осциллографа результата не даст
изображения не будет). Установив сначала нуль сопротивления
и длительность развертки примерно 10 мс/дел, подбирают такую
чувствмтельность входа, ·чтобы размер изображения на экране
составил, скажем, четыре деления (рис. З.9). Затем перемеще
нием движка резистора добиваются· уменьшения мзображения
на экране вдвое. После этого резистор исключают из измери
тельной схемы и омметром измеряют его сопротивление, оно и
будет равно активному входному сопротивлению осциллографа.
Для проверки значения входной емкости также можно вос
пользоваться генератором развертки, подав его сигнал на вход
через конденсатор переменной емкости порядка 8-25 пФ. Дли
тельность развертки устанавливают 10 мкс/дел. Конденсатор
tf)
6)
Рве. 8.9 . Определение входного сопротивления осциллографа (а), входной
емкdt:ти (б) и соотношение изображений (в)
69
закорачивают и измеряют полученный размер изображения.
Затем перемычку удаляют и изменением емкости добиваются
уменьшения изображения до половины первоначального. После
этого измеряют емкость конденсатора - она· и будет равняться
входной емкости осциллографа (включая ·и входной кабель).
Подача сигналов на отклоняющие пластины ЭЛТ. При доста
точной амплитуде сигнала, частота которого лежит на границе
или за границей частотного диапазона, сиг1tал может быть по
дан непосредственно на отклоняющие пластины трубки. Это
значительно уменьшает частотные и нелинейные искажения.
3.4. УХОД ЗА осциллоrРАСDОМ
Сохранение ЭЛТ. Выход из строя ЭЛТ- это одна из наибо
лее частых причин отказов осциллографов в работе, поэтому
с трубкой надо обращаться бережно. При включении осцилло
графа луч должен быть заперт (ручка регулировки яркости по
вернута до отказа влево), между подачей напряжения на моду
.11ятор и катод должны проходить 2 мин, это позволяет увеличить
срок службы ЭЛТ. При работе ЭЛТ желательно иметь неболь
шую яркость. Это определяет хорошую фокусировку и долго
вечность трубки. Повышение напряжения питания может вы
звать паразитную эмиссию с электродов трубки, следствием
которой. будет паразитное свечение экрана. Понижение напря
жения анода сокращает долговечность экрана, так как нагрузка
люминофора увеличивается с понижением скорости электронов.
Однако понижение напряжения анода требует значительного
увеличения тока луча для компенсации падения яркости. Разру
шение люминофора под действием бомбардировки его отрица
тельными ионами (ионное пятно) также быстрее обнаруживает
ся при пониженном напряжении, от этой бомбардировки про
исходит затемнение всего экрана.
Если прибор длительное время не эксплуатировался, то
перед его включением ·надо провести внешний осмотр, проверив
его на отсутствие механических повреждений, прочность креп
ления органов управления и коммутации, наличие предохраните
лей, чистоту гнезд, разъемов и клемм, отсутствие отсоедпненных
или с.11або закрепленных элементов схемы (определяется на
слух при наклонах прибора) и т. д. Хорошие контакты - это
гарантия надежной работы. Внутри осциллографов, особенно
высоковольтных, в большом количестве скапливается пы.11ь. За
земляющие выводы пробников, насадки могут стать источником
неожиданных помех. Осциллограф нужно тщательно очищать
от пыли, грязи, коррозии. Чистку желательно проводить в су
хую погоду чистой сухой или смоченной в бензине Б-70 тряп
кой или кисточкой. Лицевую часть экрана протереть от пыли
сухой чистой салфеткой.
70
Э.S. О&ЩИR ПОДХОД П.М НАСТРОИКЕ И ОТЫСКАНИИ НЕИСПРАIНОСТЕИ
1 ТРАНЗИСТОРНЫХ УСТРОАСТIАХ
Полное представление об исправности радиотехнического
устройства можно получить после внешнего осмотра, сравнения
измеренных значений сопротивлений и напряжений, а главное,
осциллограмм в наиболее характерных точках с данными, при
веденными в соответствующих инструкциях. При этом жела
тельно пользоваться осциллографом того же типа, что и при
снятии образцовых осциллограмм. В отдельных случаях необ
ходимо проверить плавность хода и исправность потенциомет
fОВ. Неисправность потенциометра обнаруживают омметром, но
кратковременные скачки сопротивления, разрывы цепи или уро
вень шумов обнаруживаются с помощью осциллографа.
Зам·ечания по технике безопасности. При ремонте транзистор
ной аппаратуры следует придерживаться некоторых правил.
Следует помнить, что уже ток, превышающий 10 мА, может
парализовать человека и лишить его возможности оторваться
от провода, находЯщегося под напряжением. Воздействие тока
более 100 мА может привести к смертельному исходу, хотя, ска
жем, этот ток значительно меньше тока батарейки карманного
фонарика. Человеческая кожа имеет сопротивление несколько
сот килоом, и угроза поражения током в низковольтных цепях
мала, однако если человек вспотел или кожный покров его
имеет повреждения, то сопротивление кожи уменьшается до не
скольких сот ом, так что напряжение в 36 В может стать
опасным.
При работе с любым напряжением надо соблюдать осторож
ность и выполнять определенные правила: не работайте в со·
стоянии усталости, при плохом освещении или в сыром поме·
щении, во влажной одежде; используйте только те инструменты,
оборудование и защитные средства, которые указаны в инструк
ции; перед включением осциллографа и проверяемого прибора
в сеть убедитесь в исправности сетевого шнура и соедините
клеммы «Земля» с шиной заземления до других подсоединений
с приборами.
Выравняйте потенциалы корпусов приборов, если их несколь
ко, измеряя при открытом входе щупом осциллографа их по
отношению к земляной шине.
Замену любого элемента производите только при отключен
ном от сети соединительном шнуре и при хорошем теплоотводе
от паяльника. Проверьте, разряжены ли конденсаторы. Неко-
1орые конденсаторы способны сохранять опасный для жизни
заряд в течение длительного времени. Пользуйтесь в работе
только исправным инструментом, не допускайте, чтобы в вынос·
ных делителях заземляющий вывод был оборван или заменен
каким-то проводом.
71
Пользуйтесь только заземленным паяльником, поскольку
изоляция между жалом паяльника и нагревательным элементом
может нарушиться и жало паяльника окажется под напряже
нием сети; не производите пайку без теплQотвода.
Отсоединение клеммы от шины заземления производите
после всех отсоединений.
При работе с приборами высокого вакуума - замене ЭЛТ,
кинескопа - применяйте защитные очки.
Если произошло загорание, используйте огнетушитель на
двуокиси углерода (СО2).
Но главное - не начинайте работы по методу тыка, а озна
комьтесь тщательно с описанием той схемы и того осциллогра
фа, с которым вам предстоит работать.
3.6 . ОТК.АЗЫ В ЦЕПЯХ ПИТАНИЯ
Транзисторные устройства часто перестают работать из-за
отказов источников питания (разряд батарей или другие дефек
ты). Напряжение питания можно проверить осциллографом.
Для этого замыкают между собой рабочий вывод и «Землю:.
пробника (чтобы снять размытость линии развертки из-за на
водок) и смещают ручкой линию развертки на два деления
ниже осевой линии. Устанавливают чувствительность 0,5 В/дел.
при открытом входе. Затем прикладывают вывод Земля проб
ника к минусовому выводу батареи, а рабочий конец- к плю
совому выводу, смещение линии развертки на определенное чис
ло делений определит годность батареи и измерит ее напряже
ние (рис. 3.10).
Полезно также измерить потребляемый устройством ток.
Если тестер покажет нулевое значение тока, то можно предпо
ложить обрыв цепи питания. Чрезмерны1i ток может свидетель
ствовать о наличии в схеме коротких замыканий или больших
утечек. Иногда для того, чтобы вернуть прибору работоспособ-
а)
tf)
Рис. 3.10. Иэ111ерен11е постоянного напряжения для 11увств11тельности входа
0,5 В/дел.:
а - напряжение 1 В; б - напряжение
-1В
72
ность, достаточно сменить батарею или предохранитель или за
чистить выводы, подсоединенные к батарее.
Отказы в результате перегрева. Ток через переход, смещенный в обрат
ном направлении, возникает нз-за неосновных носнте,1ей, в прилегающих
к переходу областях 11 равен току неосновных носнтелей, умноженному на
коэффициент размножения носителей в переходе. В диодах при обратном
смещении неосновные носители появляются только за счет процесса теп.1Jо
воiI генерации электронно-дырочных пар. Их число при нормальной темпе
ратуре мало, но при повышенной температуре ток неосновных носителей
возрастает и, следовательно, растет ток через переход. При этом увеличи
ваются рассеиваемая в приборе мощность и разогрев. перехода.
В некоторых случаях может развиться процесс лавинообразного нара
с.тания тока, приводящий к разрушению полупроводникового прибора. Это
явление носит название теплового пробоя. Его разв11тпю благоприятствуют
плохой теплоотвод, высокая окружающая температура, напряжения на пере
ходе, блпзкне к преде.1ьным, и работа при большом уровне рассеиваемой
мощности.
В транзисторах явление температурного пробоя происходит так же, как
в диодах, углубляется эффектом усиления тока транзисторной структурой.
Для предотвращения теплового пробоя в транзисторных каскадах предусмат
ривают стабилизацию режима по постоянному току либо включают в кол·
лекторную цепь резисторы, ограничивающие ток через переход.
В транзисторных усилителях низкой частоты используют
электролитические конденсаторы большой емкости, в которых
из-За старения могут возникать значительные токи утечки, изме
няющие значения напряжений смещения. Такую неисправность
отыскать довольно трудно.
Для проверки утечки в конденсаторах связи осциллограф
подключают таким образом, чтобы он показывал форму сигнала
на коллекторе транзистора, по входу которого подключен «По
дозрительный» конденсатор связи. Один из выводов конденса
тора отсоединяют от схемы и наблюдают, изменится ли при этом
кол,/Iекторный ток. Если при подключении и отключении кон
денсатора ток коллектора изменяется, то это свидетельствует
о наличии утечки. Ск<!ЧКИ тока в моменты вк.1юче11ия из-за за
ряда конденсатора не учитываются.
Замыкания или разрывы в цепях переходов. Если обнаружено
отсутствие тока коллектора или эмиттера, то нужно посмотреть
форму сигнала или наличие напряжения на выводе базы. При
пайке иногда нарушаются контакты между припаиваемой де
талью и выводом транзистора. Если такая «холодная» пайка
попадает в цепь базы, то токи базы, коллектора и эмиттера
будут отсутствовать.
Разрушение транзистора из-за неправильного проведения
измерений. Транзисторы плохо переносят перегрузки по току и
напряжению в течение коротких промежутков времени. Броски
73
тока могут привести к разрушению перехода и.пи к значитель
ному изменению характеристик транзистора. Особенно чувстви
тельны к перегрузкам приборы СВЧ.
При подключении контрольно-измерительных приборов, если
их щупы недостаточно хорошо изолированы, случайное корот
кое замыкание может вызвать бросок тока. Сначала надо под
ключить щупы измерительного прибора к проверяемой цепи,
а затем включить питание. Скачки напряжения или тока могут
возникать при отъединении деталей от схемы, находящейся под
напряжением, что иногда производится под предлогом ускоре
ния работы. Это категорически недопустимо, так как в этом
случае помимо опасности поражения током самого оператора
возникает опасность выхода из строя многих комплектующих
деталей.
Паразитная генерация. Некоторые транзисторы, особенно из
предназначенных для работы в высокочастотных схемах, при
проверке могут возбуждаться. Если режим каскада по постоян
ному току меняется при прикосновении пальцем или отверткой
к коллекторному выводу, значит, имеет место самовозбуждение.
Паразитная генерация может возникать и тогда, когда про
веряемый транзистор подключается к измерительному прибору
длинными проводниками. Если транзистор возбуждается, то
можно попробовать, сорвать возбуждение, введя в цепь коллек
тора резистор в несколько десятков или сотен ом. Паразитная
генерация не только искажает результаты измерений, но и мо
жет повлечь за соt>ой разрушение транзистора, поскольку nри
генерации коллекторный и эмиттерный токи могут превысить
допустимые значения.
rna•• ~
АНАЛИЗ сиrНАЛОВ с помощью осцилпоrРАФА
•. t. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРIЖЕНМR
Рассматривая сигналы в радиотехнических транзисторных
устройствах с помощью осциллографа, оператор сталкивается
с сигналами синусоидальной формы различной частоты, с им-
11ульсными сигналами различной длительности, формы и частоты
следовация, сигналами сложных форм.
При измерении напряжения синусоидального сигнала тесте
ром обычно определяют его действующее значение, равное О,707
амплитудного. Пиковое напряжение синусоидального сигнала
равно удвоенному амплитудному. Действующее значение сину
соидального сигнала равно его циковому напряжению, деленно
му на 2,83 (рис. 4.1).
74
и
Положи
тельна11
ампли.туlJа.
1во· 210°J60•
· Отрицательни
ампли.туlJа.
Рис. 4.1. Характеристики основ
ного синусоидального сигнала
Рис. 4.2 . Измерение амплитуды и
длительности переменного напря
жения. Положение переключате
лей: V/дел - 1 В, Время/дел -
l мс. Амплитуда сигнала 6 В, ча
стота - 250 Гц
Соотношения между действующим и амплитудным значения
ми напряжений, которые были справедливы для синусоиды, не
будут верны для других форм сигналов, например для прямо
угольного или треугольного. Поэтому обычно сравнивают на
пряжения различных форм по их пиковому значению. Пиковые
значения наиболее удобны при анализе работы схем с помощью
осциллографа, поэтому осциллограф калибруется по ним.
Целесообразно, чтобы измеряемая часть сигнала занимала
О-+-90 °1о рабочей части экрана. В этом случае погрешность.изме
рения можно уменьшить в 1,5-2 раза по сравнению с приве
денной в технических характеристиках. Для измерения перемен
ного напряжения произв~дят балансировку каналов (для двух
канальных приборов типа Cl-92) и плеч усилителя. Устанавли
вают переключатель чувствительности в такое положение, чтобы
размеры изображения были не менее трех делений (а больше -
лучше) и переключателем Время/дел развертки получают не
сколько периодов исследуемого сигнала (рис. 4.2). Ручка 1
устанавливается так, чтобы один уровень сигнала совпадал
с одной линией шкалы, а другой - находился в пределах экра
на ЭЛТ. Ручкой ++ горизонтального перемещения изображение
смещается таким образом, чтобы один из уровней находился на
центральной вертикальной линии шкалы. Ручка Плавно при
этом находится в крайнем правом положении. Число делений
между крайними _точками изображения по вертикальной оси
умножается на показания пе,реключателя · V/дел и на 10, если
используется при измерении выносной делитель 1 : 1О.
Приводимые в справочниках нормы погрешностей относятся
к самым худшим случаям: минимальному размеру изображения
75
(30 % от общего числа делений по координате измерений). Но
при этом нельзя не учитывать частоты измеряемого сигнала.
Если, допустим, синусоидальный сигнал с частотой 10 МГц на
блюдается на экране осциллографа с полосой также 10 МГц, то
наблюдаемая амплитуда сигнала будет меньше фактической на
30 %. поэтому лучше всего работать с запасом по полосе про
пускания до 5 раз. Значения основной погрешности измерения
амплитуды импульсов прямоугольной формы длительностью не
менее времени нарастания переходной-характеристики при ма
ксимальном размере ~зображения 4 деления составят 5 %.
Точности измерения напряжения возрастают при беспара
лаксных шкалах, которые наносятся с внутренней стороны ЭЛТ,
применяемых во. всех современных осциллографах.
При измерении постоянного напряжения работают с откры
тым входом. Линию развертки (при неизвестной полярности
измеряемого источника) устанавливают на центральную осевую
линию и подключают «горячий» и земляной концы щупа
к источнику напря:Жения. Если линия развертки пошла вверх,
то, значит, входной щуп подключен к плюсовому выводу, при
смещении· луча вниз - поляр1юсть подключения обратная.
Смещение луча по делениям умножается на цену деления и,
таким образом, измеряется напряжение (см. рис. 3.1 О).
Но самые большие возможности измерения напряжений
(точнев, малых изменений уровня больших напряжений) пред
ставляют дифференциальные усилители (С1~92 и др.). Для
этого на один вход усилителя подают исследуемый сигнал,
имеющий большую постоянную составляющую, а на другой -
постоянное напрЯ'жение той же qолярности, что и исследуемый
сигнал. При этом наблюдают только небольшую переменную со
ставляющую. Этот же усилитель позволяет рассмотреть сигнал,
избавленный от помех. На один его вход подается сигнал
с помехой (рис. 4.3,а), а на другой - одна помеха (рис. 4.3,б).
Результирующий сигнал показан на рис. 4.3,в.
С помощью осциллографа исследуются импульсы различных
форм: прямоугольные, трапецеидальные (симметричные и не
симметричные) с линейными или экспоненциальными фронтом
и спадом, треугольные, синусквадратные и т. д.
При этом погрешности измерения амплитуд импульсных сиг
налов с плоской вершиной (прямоугольные, трапецеидальные)
будут меньше, чем погрешности измерения амплитуд сигналов,
не имеющих плоской вершины (колоколgобразные, треугольные
и т. п.) даже при одних и тех же длительностях, амплитудах,
фронтах и частотах повторения сигналов. Но, в общем, при
измерении напряжений с помощью осциллографа необходимо
соблюдать следующие правила: при переходе от калибровки
к измерению не надо трогать ручек регулировки усиления; пом
нить, что применение вы11осных делителей увеличивает погреш-
76
1
lf~
+
]u
а)
tf)
Рис. 4.3 . Применение диффе
ренциального усилителя для
освобождения изображения от
помехи:
) а - изображение сигнала с поме-
....._____--"''------....-' 6 хой; б- изображение помехи; в
-
изображение счистого" сигнала
ность измерений; пользоваться усилителем только в пределах
полосы пропускания, а высокочастотные сигналы подавать на
пластины ЭЛТ; избегать применения длинных соединительных
проводов, емкость которых шунтирует исследуемую цепь и иска
жает данные измерений .
. . 4.2 . ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОСТИ сиrнАnА
Длительность сигнала измеряют различными методами: по
яркостным меткам, по кварцевому калибратору, а в современ
ных осциллографах - по калиброванным разверткам. В этом
случае скорость развертки следует установить такой, чтобы
измеряемый сигнал или его участок занял максимальное число
делений горизонтальной шкалы (рис. 4.4).
Измерения нужно проводить либо оба по правым, либо оба
по левым краям линии изображения (для уменьшения погреш
ности измерения за счет толl!{ины линии луча). При увеличении
длины измеряемого интервала на экране ЭЛТ точность измере
ний увеличивается. Обр'атимся к рис. 4.4, на котором 5 периодов
занимают расстояние 9 делений шкалы при коэффициенте раз
вертки 2 мкс/дел. Тогда частота СJJГнала
f=n/(lTp) =5/(9·2· 10-6 ) =5· 10-6 /18=277 кГц,
где п - число измеренных периодов; l - расстояние, которое
занимают измеренные периоды, дел.; ТР - коэффициент раз
вертки на измеряемом диапазоне с/дел.
Чтобы гарантировать точность измерения, желательно имёть
время установления осциллографа на порядок меньше измеряе-
77
Рис. 4.4. Измерение длительности
сигнала
Расстоянце по горозотт:rлЦ
Рис. 4.5 . Измерение временно
го интеgвала между двумя
точками сигнала
мой длительности сигнала. Однако это не всегда возможно. Но
если измеряется длительность фронта или спада трапецеидаль
ного импульса либо длительность самого этого импульса на
уровне 0,5, то влияние времени установления осциллографа лег
ко учесть.
Длительность прямоугольного (или трапецеидального) им
пульса, отсчитанная по шкале осциллографа на уровне 0,5
амплитудного значения, равна истинной длительности входного
импульса, отсчитанной также на уровне 0,5.
Истинная длительность вершины импульса на уровне 0,9
амплитудного значения больше кажущейся (видимой на экра
не) на значение
дt = tФ-Vt2Ф-t\,
где tФ - кажущаяс" длительность фронта; ty - время установ
ления осциллографа.
Длительность по основанию на уровне О, 1 меньше кажущей
ся на такое же значение, только вместо кажущейся длительно
сти фронта tФ нужно подставить длительность спада tc. Прави
ла эти справедливы, если изображение импульса на экране
имеет плоскую вершину.
На рис. 4.5 показано измерение временного интервала между
двумя точками сигнала. Переключатель Время/дел установлен
в положение 0,5 мс. Изображение занимает 5 делений. С.1едова
тельно, временнбй интервал между двумя точками сигнала будет
О,5Х5=2,5 мс.
Для измерений временнбго сдвига между двумя сигналами,
например, с п9мощью осциллографа Cl-92 применяют двухка
нальный режим работы прибора (рис. 4.6). Сигналы подаются
~Ia оба входа пробора одинаковыми коаксиальными кабелями
с одинаковым временем задержки. Если сигналы противополож
ной полярности, то нажатием кнопки Инверт меня~бт полярность
сигнала в канале //. Переключателем V/дел устанавливают
размер изображения 4-6 делений, ручкой Уровень - устойчи-
78
--
!Jро~ень 50 %
анпли.,ту~ы ,
-
.1
1
'
111
1
1
11,
Раэни.ца по гopuэoнmaJtU
а)
-
Рис. 4.6 . Измерение временн6rо
сдвига между двумя сигналами
Рис. 4.7 . Измерение временных
1111тервалов с помощью задержан
ной развертки:
Н, К- начаJ10 и конец отсчета; t 8 -
вре11енн611 ннтерваJ1. ПерекJ1ючатель
Время/дел - на 0,2 мкс. Интерва.11
между н11nу.11ьсами (8,81 -1 ,41)·0 ,2 -=
= 1,48 llKC
в1в1
о)
вую синхронизацию. Переключателем Время/дел устанавливают
между двумя импульсами 4 и более делений. Ручкой смеще
ния t устанавливают точки изображения, между которыми
проводится измерение, на центральную линию шкалы ЭЛТ,
а ручкой ++ сигнал, поданный на вход канала /, на пересечение
центральной горизонтальной линии шкалы с вертикальной ли
нией. Затем измеряют расстояние по горизонтали между точка
ми в середине импульса (рис. 4.6) и умножают его на коэффи
циент развертки, установленный переключателем Время/дел.
В осциллографах, имеющих двойную систему разверток (на
пример, Cl-92, блок Я4С-91 и др.), временные интервалы
измеряют с погрешностью 1,5-2 %. ·На рис. 4.7 показано изо
бражение двух сигналов. Ручкой Задержка устанавливают под
светку участка, который должен быть растянут. Длительность
этого участка регулируется ручкой Время/дел развертки Б, и
при переключении в положение А +Бзадерж весь этот участок
появляется на экране. Увеличение длительности изображения
(«лупа времени:.) можно определить, разделив показания пере
ключателей Время/дел развертки А на развертку Б (в данном
~;:лучае-около 100).
Измерение периода. Можно, конечно, просто измерить дли
тельность одного периода, как и при измерении длительности
импульса, но лучше измерить длительность 5-10 периодов, раз
вернув их на весь экран, и разделить измеренную длительность
на число периодов. Заметим, что измерение периода возможно
.даже в тех случаях, когда частота входного сигнала выше верх
ней предельной частоты полосы пропускания осциллографа, так
79
как точность передачи формы и амплитуды при этом несущест
венна. На современных осциллографах, имеющих плавный спад
за пределами полосы пропускания, возможности умножения
развертки и з~пас по частоте синхронизации, можно измерить
период частоты сигнала в 2-5 раз выше предельной.
•.3 . ИЗМЕРЕНИЕ ФАЗЫ И ЧАСТОТЫ
Измерение можно производить с помощью осциллографа и
генератора по фигурам Лиссажу, если сигнал имеет простую
форму. При этом максимальная измеряемая частота ограничена
полосой пропускания усилителей 1 Х осциллографа, так как уси
лители канала У более широкополосные. В осциллограф~ С 1-92
для работы в режиме Х - У сигналы подаются на входЫ кана
лов / и // и нажимается кнопка Х - У. Этот режим использует
ся для определения фазовой разницы между двумя сигналами
одной частоты. Этот метод более 1 удобен для частот сигналов до
100 кГц. Изображение устанавливается на середину экрана
ЭЛТ (рис. 4.8,а) и переключателями V/дел обеспечивают раз-
мах изо~ражения до четырех де
лений в каждом направлении.
Переключатель V/дел канала /
управляет вертикальным откло-
::r:: ..:i
пением, а переключатель V/дел
канала //-горизонтальным. Изо
бражение располагают симмет
,
рично относительно вертикальной
а) градуированной линии шкалы эк-
г-----------1 рана ЭЛТ. Измеряют расстояния
L между точками пересечения
/
кривой с вертикальнойградуиро
ванной линией и расстояние Н -
максимальное по вертикали. Си
нус фазового угла ер определяют,
разделив L/H, т. е. sin cp=L/H==
о) =2/4=0,5, откуда q>=30°. Не·
...--------------1 обходимо учесть имеющуюся соб-
80
ственную разность между усили-
0 'телями УиХ,котораявызывает
ся разницей между их схемами и
конструкцией и дается в "арак
теристиках trрибора. В данном
случае она равна 3°, т. е. qi=
8) Рис. 4.8. Измерение разности фаз меж
ду двумя сиrналаьш однdй частотьi
8 аеленuй
~)
г)
Рис. 4.9 . Измерение разности фаз:
а и 6 - графич ески ; в и г - аиапоrич но по осциппоrрамме; f= \ МГц; Время/де11-
о.2 мкс
Рнс. 4.1 О. Примеры фигур Лнссажу прп ра зличн ых соотношениях
частот
=30-3=27°. При нулевом сдвиге получают прямую линию
(рис. 4.8,6), при сдвиге 90° -
окружность ~рис. 4 .8,в).
Измерение разности фаз можно проводить, как показано на
рис. 4.9. Фазовый коэффициент определяется как отношение
360°/п, где п - число делений, занимаемых одним периодом сиг
.нала.
81
Cf 700
>-lt--"'9-l:ZJ---
V.IJ 1
Ко 8xorl!J
R! /OOk
ДJff
осци.плограtра
Рис. 4.11 . Одна из схем изме
рения частоты исследуемого
сигнала
Рпс. 4.12 . Искажение сигна.11а
бдагодаря сдвигу по фазе
третьей гармонической состав
ляющей, имеющей амплитуду
30 % основного сигнала
Измеряют разность по горизонтали между соответствующи
ми точками сигналов (в делениях шкалы) и умножают измерен
ное расстояние в делениях на фазовый коэффициент для полу
чения точного значения фазовой разности. В данном прuмере
фазовая разность равна 360/8 · 0,6= 27°. Более точное измерение
фазы между двумя сигналами производится включением рас
тяжки разверток. В этом случае погрешность измерения раз
ности фаз уменьшится в 10 раз. Фигуры Лиссажу для соот
ношения частоты 1 : 1 приведены на рис. 4.10,а и 1 : 2- на
рис. 4.10,б. В данном случае один из источников- нестабилен.
Другой способ измерения частоты свободен от ограничения,
налагаемого более узкой полосой усилителя. Он заключается
в том, что сигналы измеряемой частоты и генератора подводят
ся к простейшему смесителю (рис. 4.11), а осциллограф исполь
зуется как индикатор нулевых биений. Обычно нулевые биения
наблюдаются на нескольких частотах. Биения максимальной
амплитуды соответствуют совпадению осн6вных частот, а по
следующие - их гармонических составляющих. Но при этом
легко может произойти и искажение сигнала. На рис. 4.12 по
казано, как вторая и третья гармоники, опаздывающие по фазе,
могут искажать основной сигнал в зависимости от того, попа
дают они в положительную или отрицательную форму сигнала.
4.4 . ИССЛЕДОВАНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ снrндлов
Сигнал прямоуt'ольной формы, который применяется как
испытательный при исследовании радиоустройств, может быть
разложен на большое число синусоидальных сигналов, частота
которых увелиЧ'ивается, а амплитуда уменьшается. Но все эти
составляющие обычно находятся в фазе по отношению к основ-
82
Рпс. 4.13. Спнтез формы прямоугольно
го сигнала 11з синусоидальных гармони
ческих составляющих: основная часто
та, третья и седьмая гармоники
ной (проходят через нуль одновременно). Амплитуда гармоник
обра.тно пропорциональна порядку гармоник. На рис. 4.13 вид
но, что уже воспроизведение седьмой гармоники позволяет по
лучить форму, .относительно близкую к исходной форме прямо
угольного сигнала.
Связь параметров переходной характеристики осциллqграфа
с погрешностями измерения исследуемых сигналов. Параметры
переходной характеристики (ПХ) осциллографа достаточны для
того, чтобы по ним можно было при необходимости определить
погрешность измерения сигнала любой формы.
Для :гипичной переходной характеристики осциллографа
(рис. 4.14) характерны участки: 1) аЬ ('а'Ь') -нарастание от
уровня 0,1 до уровня 0,9-время нарастания (•н); 2) точка с
мгновенное значение ПХ, соответствующее максимальному пре
вышению над установившимся значением и определяющее ве
личину выброса (бв); 3) ad (а'd' -
время установления (•у),
после которого дальней.шие отклонения ПХ от установившегося
значения не превосходят оговоренной величины, в качестве ко
торой обычно берется допустимая величина неравномерности
установившегося значения ПХ; 4) участки dg (d'g') и ef
и------------------------.
с
с'
1,011-....-----.....-~----~------...----~--4
ь
491
j'
.,
1
1,,
1,,
:1
1
0,10 ia а
405
о
t
Рис. 4.14 . Изображение переходной характеристики осциллографа (приведено
изображение двух импульсов)
83
(e'f') - типичные формы неравномерности (-v) ПХ, а в нерав
номерность включаются отражения, синхронные наводки, спа
ды, подъемы, наклоны и т. п.
Рассмотрим связь этих параметров ПХ с погрешностями
воспроизведения сигналов.
Время нарастания влияет на точность воспроизведения -сиг
налов, длительность или период повторения которых одного по
рядка со временем нарастания осциллографа. Для большинства
реально существующих форм сигналов, в том числе и колоколо
образного, синусоидального и синусквадратичного имнульсов,
погрешность воспроизведения, обусловленная временем нараста
ния ПХ осциллографа, не пр,евышает 2 %, если · длительность
(время нарастания) импульсного сигнал.а не менее чем в пять
раз превышает время нарастания ПХ осциллографа, а период
повторения непрерывных сигналов не менее чем в . пять раз
превышает время нарастания ПХ осциллографа («правило
ПЯТИ»).
Выброс. Если время нарастания исследуемого сигнала рав
но или превышает 3'tн ПХ, а длительность выброса не превы
шает 2'tн ПХ, то погрешность воспроизведения сигнала в виде
дополнительного выброса не превышает 0,2 от значения выбро
са ПХ. Неравномерность вершины ПХ осциллографа обычно
ограничивают 1-2 %. В этом случае не имеет смысла стре
миться к уменьшению выброса менее 3-5 %. так как погреш
ность воспроизведения сигналов, обусловленная выбросом ПХ
3-5 %, не превышает погрешности, обусловленной неравномер
ностью вершины ПХ.
Время установления определяет минимальную длительность
сигнала прямоугольной формы, параметры которого могут бьпь
измерены на осциллограJl>е с такой же точностью, как и пара
метры сигналов большей длительности.
Н еравномерноети больших длительностей ( ~'tн) полностью
воспроизводятся при передаче исследуемых сигналов некоторых
форм (например, прямоугольных импульсов), поэтому неравно
мерность должна полностью входить как соста·вляющая погреш
ности измерения амплитуды. Неравномерности малых длитель
ностей ( ~ 'tн), если они не являются синхронными наводками
на вертикальный тракт сигналов от других узлов осциллог-рафа,
воспроизводятся на исследуемом сигнале в зависимости от
спектральных составляющих этого сигнала. Однако в свЯзи
с трудностями разделения неравномерностей, являющихся след
ствием внутренних синхронных наводок осциллографа и нерав
номерностей, обусловленных ПХ, например отражениями в вер
тикальном тракте, необходимо любую неравномерность ПХ
независимо от ее формы и длительности считать как составляю
щую погрешности измерения амплитуды исследуемых на осцил
лографе сигналов.
84
4.5 . ТРАНЗИСТОРНЫЕ ФОРМИРУЮЩИЕ ЦЕПИ
Огран11ч11вающие цеп11 являются наиболее распространенными формирую
щ11ъ111 цепями. Их можно классифицировать как ограничители с насыщением,
с отсечкой или с 11х комбинацией. Ограничение уровня может сочетаться
с ус11лением сигнала.
На рис. 4.15,а показана упрощенная схема транзисторного ограничитt:ля
с усилением, на р11с. 4.15,г - статическая переходная характеристика тран
зисторного усилительного каскада с общим эмиттером. Ограничение насы
щением про11сходнт при соответствии напряжения смещения точке А харак
теристики (рис. 4.15,г). Во время положительного полупериода входного на
пряжения работа происходит на линейном участке, ограничения не происхо
щ1т. Во время отрицательного полупериода входной с11гнал увеличивает
пряыое смещение перехода эмиттер - база, увеличивая ток эмиттера. Тран
зистор работает на участке насыщения АВ характеристик~~, и происходит
ограничение сигнала насыщением (рис. 4.15,б).
Ограничение отсечкой получается тогда, когда рабочая точка транзисто
ра в отсутствие сигнала соответствует точке Б (рис. 4.15,г). В этом случае
пр11 положительной полуволне транзистор работает на участке характеристи
ки БГ и наступает ограничение. При отрицательной полуволне, если сигнал
не выводит транзистор за пределы участка БА, сигна.1 ус11ливается линейно
(рис. 4.15,в).
Двустороннее огран11чение происходит, если входной сигнал имеет до
статочный размах, обеспечивающий заход на участки АВ и БГ характери-
-=Ек
- +208
а.)
-О,18
Рис. 4.15. Транзисторный ограни
читель:
а - схема; б - форма выходного снr
на.nа при ограничении насыщением; в -
форма выходного сиrна.nа при оrрани·
ченни отсечкой; г - статическая пере
ходная характеристика
-208
8S
-
JU'L
Е:••
.
Рис. 4.16. Ограничитель-селек
тор отрицательных пиков
стики. Ограничение будет симметричным, если рабочая точка при нулевом
сигнале попадает на середину линейного участка характеристики (точка О
на рис. 4.15,г). Когда прямоугольный сигнал форыируется из <!лабого сину
соидального, для качественного ограничения нужно предварительное уси
ление.
Ограничители применяют в радиоприемниках с частотно-моду.'!lfрованны
ми сигналами, в звуковом канале телевизора для устранения паразитной час
Тбтной модуляции.
Транзисторные селекторы представляют собой разновидность ограничи
те.11ей. Их назначение пропусквть и ограничивать положительные или отрица
тельные пики и отбрасывать оставшуюся часть сигнала. Простейшее изобра
жение такого селектора-ограничителя отрицательных пиков дано на рис. 4.16.
Переход транзистора база -.эмиттер (в отсутствие сигнала) имеет нулевое
смещение. Но при поступлении отрицательного полупериода сигнала появля
ется базовый ток, который заставляет конденсатор связи заряжаться, уве
личивая запирающее смещение на базе. Между отрицательными пиками
входного сигнала некоторая часть напряжения стекает на землю. Значение
этой утечки зависит от постоянной RC в цепи базы.
Входной синусоидальный сигнал будет открывать переход база - эмиттер
в течение каждого отрицательного пика, чтобы возместить утечку заряда.
Амплитуда ограниченного предельного сигнала в коллекторной цеп11 11 степень
•Ограничения зависят от постоянной времени. в цепи базы, а та1<же от уровня
входного сигнала. При малых входных сигналах в коллекторную цепь про
ходит почти половина периода входного сигнала, а пр11 больших сигналах -
только небольшая часть вершины.
Этот принцип широко используется в телевидении для вы
деления синхронизирующих импульсов. Длительность строчных
импульсов синхронизации составляет 5 мкс, а 1<адровых -
200 мкс. Выделение импульсов синхронизации из общего теле
визионного сигнала выполняется: простым амплитудным селек
тором-ограничителем по минимуму, так как синхрониз'~:tрующие
импульсы всегда превышают сигнал изображения, а далее для
выделения строчных синхроимпульсов используются дифферен
цирующие ячейки, а для выделения кадровых синхроимпуль
сов - интегрирующие. Для проверки осциллографом этих
86
форм сигналов необходимо использовать частоту развертки
0,2 Гц/дел., скорость 0,02 мкс/дел. и Чувствительность входа
2 В/дел .
•.• . НЕКОТОРЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИI rEHEPATOPOI сиrНАЯОI
Генераторы сигналов можно разделить на два класса: гене
раторы импульсных сигналов различных форм и генераторы си
нусоидальных сигналов.
Генераторы импульсных сигналов. Они представляют собой
нелинейные системы, генерирующие колебания с крутыми пере
падами токов и напряжений. Их выполняют на усилителях
с широкополосной положительной обратной связью. Эти схе
мы - мультивибраторы, блокинг-генераторы и триггеры - ши
роко применяют в осциллографической технике.
Мультивибраторы предназначены для получения прямо
угольных импульсов заданной длительности, деления частоты
следования импульсов, задержки импульсов оrносительно
импульсов запуска и др.
На рис. 4.17 показано применение мультивибратора в каче
стве генератора в схеме коммутатора двухканального осцилло
графа (см. рис. 2.6). Электронный переключатель, управляющий
выходами уси:штелей А и Б, собран на мультивибраторе на
транзисторах VT 1 и VT2, работающем в автоколебательном ре
жиме. Формирующий каскад на выходе мультивибратора обес
печивает четкое переключение. Сигналы со входов А и Б попе-
Уси.ли.тель
А
ка.на.ла.
А
Входы
Б
Усили.тель
ка.на.ла.
Б
Коммg"!.и.-
рgемыи..
каскад
Kt..,мym_u-
P':JtMЫU.
каска.д
~-----+~м,итrперный
по8торите!ь к ЗАТ
и Оl(ОНе~ныи..
усилuгr'!Ль
Формир_g
ющи.й
ка.скад
Рис. 4.17. Структурная схема уснянтеля·коммутатора двухканалыrоrо осцип
лоrрафа
87
.-~~~~~~~~~.а3
--
..... 7
..._-~6
--~-+~~~-~-<J5
'J---l::::J~-010
110---------------'
«О'>"> или «1 »
Рис. 4.18. Усилитель-коммутатор аналогичного назначения в внде интеграль
ной схемы частного применения
ременно поступают на эмиттерные повторители и на оконечный
усилительный каскад..
На рис. 4.18 приведен переключатель режимов работы уси
лителя У осциллографа Cl-92 в интегральном исполнении на
~ибридной микросхеме частного применения МС-1. В зависимо
сти от того, какая кнопка управления режимами нажата: 1 -
только канал /, ... -
прерывисто, 1: - алгебраическая сумма
каналов 1 и 11, -+
-- поочередно, 2- только канал // - схе
м а управления обеспечивает на контактах 10, 12 микросхемы
МС1 «0» или «1». В ответ на это схема коммутаторов вы
бирает один или смешивает два входных аналоговых сигнала,
поступающих на контакты 6, 9 или 2, 13 микросхемы с усилите
лей каналов. На контакт 13 со схемы синхронизации подаются
управляющие импульсы, поступающие с независимой частотой
или с частотой развертки.
В отличие от му.11ьтивибраторов в блокинг-генераторах тран
зисторы открываются только на время формирования импуль
сов, благодаря чему возможен форсированный режим работы
транзисторов и уве.11ичение отдаваемой мощности в импульсе.
Блокинг-генератор может работать в автоколебательном или
ждущем режимах.
На рис. 4.19 дана схема блокинг-генератора, взятого из теле
визора, собственная частота задается времязадающей цепью
R.7, С4, включенной в эмиттер транзистора VT. Особенность
такой схемы состоит в том, что напряжение на RC цепи не со
держит импульсной составляющей и может подаваться непо
средственно на усилитель. Период собственных колебаний опре
деляется постоянной RC, а также по.11ожением резистора R2.
В рмпульсных трансформаторах Т обычно применяются ферри-
88
RZ
fк
R3
С1 2,Zк
. 0,05
>---t~·-+-~+----~-н._
Синхро
импульс
CJ
1000 +
Рис. 4.19. Схема блокинг-генера
тора кадровой развертки малога
баритного телевизора:
а - схема; б - сиихроимпупьс, посту
пающий на базу VT; в - импупьс на
обмотке импульсного трансформатора;
г - выход на уси.,итель
Выход
к уси.ли.телю
. пи.1щ
128
1..--_. _ ______,~------о+ °lа.)
товые сердечники, добротность которых может вызвать .nоявле
ние различны.х нестациоwарных процессов. Диод VD шунтирует
вторичную обмотку трансформатора после выключения VT, рас
сеивая избыточную энергию, накопленную в сердечнике транс
форматора и предотвращая появление чрезмерно больших
импульса~ напряжения, которые мщ·ли бы вывести из строя
транзистор или вызвать повторный самопроизвольный запуск.
При указанны?' на схеме параметрах RС-цепи ее постоянная
времени близка к периоду следования полукадров, поэтому на
пряжение на выходе будет иметь заметную нелинейность, легко
различимую на экране осциллографа (рис. 4.19,г). Эта нели
нейность компенсируется в последующих каскадах усилителя.
Кадровые синхроимпульсы отрицательной полярности посту
пают на базу VT через конденсатор CJ. Потенциометром R2
устанавливают частоту собственных колебаний несколько ниже
частоты приходящих синхроимпульсов. Амплитуда выходного
напряжения (и, следовательно, тока в кадровых катушках
отклоняющей системы) регулируется переменным резисто
ром RB.
Если при проверке осциллографом частота колебаний бло
кинг-генератора отличается от требуемой или наблюдаются
произвольные ее изменения, следует проверить исправность де
талей, определяющих постоянную времени. Изменения частоты,
которые сопровождаются падением амплитуды импульсов, что
89
сразу видно на экране осциллографа, могут быть вызваны де
фектом трансформатора.
Блокинг-генераторы часто применяют в схемах делителей
частоты, обеспечивая в одном каскаде коэффициент деления до
10-20. Если частота синхроимпульсов меняется в широком Диа
пазоне, а коэффициент деления частоты должен оставаться не
изменным, то блокинг-генератор использовать нельзя. В та~шм
случае применяют дискретные делители частоты на основе триг
геров.
".7 . ТРАНЗИСТОРНЫЕ rЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ смrНАЛОВ
LС-генераторы. LС-генераторы применяют в приемниках, маг
нитофонах и других устройствах. В радиоприемнике LС-генера
тор выполняет фу1;1кции гетеродина, а в магнитофоне создает
переменное напряжение подмагничивания при записи и сти
рании.
На· рис. 4.20,а показана схема LС-генератора на транзисторе
п-р-п по схеме трех точек. Отвод катушки подключен к эмитте
ру. Резистор Rб обеспечивает подачу смещения на переход
база - эмиттер. Значения L и С контура определяют частоту
колебаний, которую можно просмотреть на осциллографе
(рис. 4.20,б). Конденсатор Сб разделяет по переменному току
катушку контура и базу транзистора, а Сэ устраняет отрица
тельную обратную связь через Rэ. Катушка с отводами опре
деляет коэффициент связи трансформатора с контуром и коэф
фициент трансформации между эмиттером и базой.
В установившемся режиме напряжения на базе и эмиттере
близки к синусоидальным, ток эмиттера и коллектора имеет
вид коротких импульсов. Непосредственное наблюдение формы
эмиттерного тока невозможно без токового пробника, но ток
коллектора легко наблюдать, включив в цепь коллектора рези
стор небольшого сопротивления (около сотни Ом ·для мало
мощных генераторов). Введение этого резистора полезно и по
другой причине - он ,предотвращает возможное возбуждение
транзистора на сверхвысокой частоте за счет паразитной индук
тивности коллекторной цепи.
Наблюдение за формой коллекторного тока позволяет сде
лать вывод о зап~се возбужден'ия: при большом запасе возбуж
дения импульсы коллекторного тока узкие, при малом - состав
ляют значительную долю периода. Большой запас возбуждения
означает надежность работы генератора, несмотря на воздей
ствие неблагоприятных факторов (ухудшение добротности кон
тура, понижение напряжения питания, изменение параметров
транзисторов и т. д.).
С помощью осциллографа можно настраивать генераторы,
собранные по другим схемам. Для оценки длительности импуль-
90
сов коллекторного тока требуется осциллограф с полосой про
пускания на порядок выше частоты генератора. Длител.ьность
импульсов коллекторного тока можно также оценить,. рассмат
ривая на двухканальном осциллографе напряжения базы и
эмиттера и определив долю периода, в течение которqй напр8-
жение базы больше напряжения эмиттера на значение ·Отпира
ния эмиттерного перехода. В этом случае требования к полосе
пропускания осциллографа существенно ниже, но и точность
измерений также уменьшается..
С помощью осциллографа легко .определить нежелательное
явление, которое рногда наблюдается в генераторах- преры
вистая генерация. При этом .явлении амплитуда колебаний ге
нератора самопроизвольно модулируется частотой в 100 раз
ниже основной. Иногда эта частота настолько нестабильна, что
ее изображение не удается остановить на экране. Обычно это
явление возникает при сочетании очень большого запаса воз
буждения и болы.рих постоянных времени RбСб, RэСэ.
На рис. 4.21 приведена общая схема генератора стирания
магнитофона, построенная по двухтактной схеме для получения
-симметричной формы колебаний и достаточной выходной мощ
ности. Положителъная обратная связь образуется благодаря
перекрестному включению между коллекторными и базовыми
цепямн транзисторов двух RС-цепочек.
В процессе работы генератора в течение одного полупериода
один транзистор отпирается, другой запирается. От вторичноА
обмотки трансформатора Т питается стирающая головка. Эта
цепь настраивается на максимальную отдачу напряжения кон
денсатором С2=0,08 мкФ. От этой же обмотки через конденса
тор CJ :.. _ 27 пФ снимается ток подмагничивания в записываю
щую головку.
91
К записы6ающей.
голо6не
1,Вк
------о+
Рис. 4.21 . Общая схема генератора стирания с двух
тактным выходом
При налаживании генераторов стирания подмагничивания
нужно иметь в виду, что кро,ме отдачи необходимой мощности
они должны удовлетворять еще одному требованию - симмет
рированию формы напряжения подмагничивания. Даже неболь
шое отклонение от симметрии (несколько процентов) вызывает
заметное повышение шума ленты. По форме синусоиды на экра
не однолучевого осциллографа это обнаружить не удается. Надо
на двухканальном осциллографе с усилителем-коммутатором
подать сигнал на оба канала и как можно точнее совместить
о них изображения сигналов. Затем, заменив полярнесть
в одном из каналов, снова сместить изображения с помощью
ручки Смещение по Х или ++, не трогая других органов
управления. Асимметрия синусоиды выявится на экране в виде
размытия или двоения линии. Возможной причиной искажения
формы сигнала может служить нарушение симметрии двухтакт
ного каскада, которое может быть вызвано выводом из строя
одного из транзисторов или коротким замыканием в катушке.
Измерение тока стирания iст и тока подмагничи~ания iп произ
водят косвенным методом при помощи измерительных резисто
ров Rи, включенных последовательно с магнитными головками
стирания ГС и записи ГЗ в их заземленный вывод. Схема изме
рения тока стирания, подмагничивания и частоты стирания при
ведена на рис. 4.22.
Форму тока подмагничивания проверяют в цепи стирающей
головки, так как ГС и ГЗ питаются от одного и того же генера~
тора, а ток стирания значительно больше и влияние на него
измерительных цепей меньше. Осциллограф подключается
к измерительному резистору. Частота колебаний должна ·быть
порядка 45-50 кГц, т. е. при длительности развертки
92
ГН'f
f=fSкГu.
Рис. 4.22. Схема измерения тока стирания, подмаг
ничивания и частоты стирания
0,05 мс/дел. - на экране 2-3 периода сигнала, а отклонение
луча при чувствительности О, 1 В/дел. при значении измеритель
ного резистора 1 кОм должно быть 5-6 дел., т. е. значение тока
подмагничивания 0,5-0,6 мА .
•.• . rAPMOHHЧECKNE RC-rEHEPATOPW
Существует класс транзисторных гармонических генерато
ров, у которых обратная связь с выхода на вход задается с по
мощью многозвенной фазосдвигающей цепочки. Их часто при
меняют, если нужно получить колебания на звуковых частотах.
так как LС-контуры на этих частотах громоздки.
Один из генераторов звуковой частоты показан на рис. 4.23.
Он представляет собой двухкаскадный усилитель с частотно-
V.01
li10 Vil2
Д818А 180 КД221А
.,______о
li11
J,Jк
+En
а.)
Рис. 4.23. Схема простого ге
нератора звуковой частоты:
а - схема. б - искажения выход
ного сигнала. вызванные чреэмео
яой обратной связью
93
зависимой обратной связью. Этот генератор выпускается в на
боре для изучения радиотехники в школе. Цепь обратной связи
обеспечивает необходимый для самовозбуждения колебаний
сдвиг фаз только на одной определенной частоте, зависящей от
емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов, образую
щих эту цепь. При соответству-ющем выборе элементов схемы и
режима работы генератора можно получить прцктически сину
соидальные колебания, например, 1 кГц ±0,3 кГц при данных
схемы. Почему берут именно эту частоту? Для характеристики
звука по частоте пользуются октавой - основным музыкальным
интервалом, соответствующим изменению частоты ровно вдвое.
Поэтому для удобства изображения частотных характеристик
берут ряд частот, отличающихся одна от другой на одну октаву
или .ее кратные доли. При этом за Ьпорную частоту берут 1 кГц
и все отсчеты ведут от нее в обе стороны - как в сторону повы
шения, так и в сторону по~шжения. При измерени~х в магнит
ной записи за опорную принимают частоту 400 Гц, потому что
все измерительные ленты с записью установочного уровня
используют в качестве опорной частоты 400 Гц. Частотно-зави
симая обратная связь вводится в цепь базы транзистора VT 1
из цепи его коллектора через фазосдвигающую цепочку, обра
зуемуlо конденсаторами CJ-C4, резисторами RJ, R2, R4, Rб,
а так~е входным сопротивлением транзистора VT 1. Частота
генерируем~х колебаний
f =65· 103/.(RC),
где {-частота, Гц; Rt=R2=Rз, Ом; Cl=C2=C3.=C4, мкФ.
В таких генераторах с помощью осциллографа можно опре·
делить несколько параметров: амплитуду выходного сигнала,
частоту колебаний и наличие искажений формы сигнала.
На осциллограмме (рис. 4.23,б) приведен искаженный сигJ
нал из-за чрезмерной обратной связи, вызванной дефектным
резистором RЗ. Частоту определяют по шкале ЭЛТ. В данном
случае на экране видны 2,5 периода сигнала, длительность раз·
вертки 1 мс/дел., в итоге длительность одного периода сигнала
4мсили250Гц.
·
Общий подход при проверке генератора: ьодключая осцил
лограф к генератору, нужно учитывать влияние егd входной
емкости и сопротивления, применяя делитель-пробник. В неко
торых случаях иногда приходится подключать осциллограф при
его закрытом входе через конденсатор емкостью в несколько
пикофарад.
rna1a5
ПРИМЕНЕНИЕ осциллоrРАФА ПРИ НАЛАЖИВАНИИ
НИЗКОЧАСТОТНЫХ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОАСТВ
5. t . О&ЩИЕ ЭАМЕЧАНИJI
При работе с усилительными устройствами осциллограф
используют для проверки прохождения сигнала по цепям уси
лителя, для измерения коэффициентов усиления каскадов и
выходной мощности, для локализации шумящих транзисторов
или других элементов схемы,, а также определения случайных
источников шумов, для измерения фазового сдвига, определе
ния места возцикновения паразитных искажений и для провер
ки переходной характеристики усилителя. Для этих иэмерений
применяют генераторы синусоидальных и прямоугольных сиг
налов, а также генераторы качающейся частоты.
Полоса пропускания осциллографа, например, для проверки
высококачественных систем, верхние гармоники которых дохо
дят до 200 кГц, не может быть меньше 1 МГц. Для этой цели
вполне подходят осциллографы типа «Сага» или Cl-94.
Промышленностью выпускается генератор радиолюбитель
ский ни~кочастотный типа ГРН-3, объединяющий генераторы
синусоидальных и прямоугольных сигналов. На рис. 5.1,а при
веден общий вид, на рис. 5.1,б- несколько упрощенная его схе
ма. Ге~ератор вырабатывает электрические сигналы синусо
идальной и прямоугольной формы (меандр) в диапазоне частот
от 3,15 Гц до 250 кГц, разбитом на пять поддиапазонов (Xl,
Х 10, Х 100, Х 1ООО и Х 1О ООО). Каждый поддиапазон имеет
одиннадцать стандартизированных фиксированных частот: 3,15;
4; 5; 6,3; 10; 12,5; 14; 16; 18; 20; 25. Максимальное выходное
напряжение на нагрузке 1 кОм синусоидального сигнала не ме
нее 5 В (среднеквадратичное значение)" прямоугольного сиtна
ла - не менее 8 В. Длительность фронта и среза меандра менее
150 нс. Коэффициент гармоник синусоидального сигнала в диа
пазоне от 250 Гц до 25 кГц не превышает 0,06 %. ниже этого
диапазона 0,4 %. выmе 0,6 %.
Генератор синусоидальных сигналов позволяет помимо
общей оценки работоспособности усилительного устройства про
извести и количественные определения его характеристик. Ге
нератор прямоугольных сигналов совместно с осциллографом
позволяет сразу судить о наличии в усилителе всех видов иска
жений: частотных, фазовых и амплитудных.
Частоту прямоугольного сигнала устанавливают равной или
несколько ниже самой низкой частоты усилителя для проверки
низкочастотной характеристики и, допустим, 2 кГц для контро
ля диапазона до 20 кГц. Этот метод довольно чувствителен
95
R21 220
R2D 100
19,28
VTG
KTJ102AM
RU
100
VT7
КТJ107Б
- 19,ZB
а)
Рпс. 5.1 . Внешний в1щ (а) 11 принцппиальна" схема генератора ти
па ГРН-3 (б)
•
•
Rssf' нsi'
1,6Zк
~62к
RZ6
15'1
6,8'11
6,S'lк
97
к небольшим изменениям в характеристиках, легко обнаружи
вает фон, моторные шумы или паразитную модуляцию, позво
ляет легко налаживать компенсирующие цепи и проверять ра
боту регуляторов тембра. Но проверка этим методом носит
только приближенный качественный характер без определения
количественных соотношений.
С помощью генератора прямоугольных импульсов можно
также обнаружить неисправность в радиоприемнике, так к.ак
выходной прямоугольный импульс ГРН-3 (генератора люби
тельского радиочастотного) и аналогичных ему генераторов со·
держит, как об этом ранее упоминалось, множество гармоник
сигналов с частотой, кратной основной, число которых и ампли
Т)да тем больше, чем круче фронт и спад импульсов. Например,
у прямоугольных импульсов с частотой следования 500 Гц
нетрудно обнаружить 3216-ю гармонику, соответствующую
крайней верхней частоте вещательного диапазона на средних
волнах.
На низких частотах искажения часто появляются из-за кон
денсаторов связи между каскадами, иногда выходной сигнал
содержит следы колебаний - результат резких изменений в ча
стотных и фазовых характеристиках каскадов. Несимметрия по
ложительных и отрицательных полупериодов сигнала свидетель
ствует о том, что усилитель работает со значительными нели
нейными искажениями. Все эти явления становятся более
заметными при приближении к границам полосы усилителя.
Рассмотрим несколько форм сигналов в низкочастотных уси
лителях с различными формами связи.
5.1 . УСИПИТЕПИ С RС-СВЯЭЬЮ
Простой усилитель с RС-связью имеет максимальное усиле
ние в среднечастотном диапазоне. Усиление на нижних частотах
ограничивается из-за увеличения реактивного сопротивления
конденсатора связи, а на высших частотах - уменьшается
вследствие действия паразитных емкостей схемы и переходов
транзистора, а также из-за ухудшения его параметров по мере
повышения частоты.
Независимо от конкретных значений R и С и типа транзистора
частотная характеристика любого усилителя с RС-связью будет
сходна с характеристиками, приведенными на рис. 5.2 (характе
ристики выполнены в логарифмическом масштабе). Если два
каскада с RС-связью соединены последовательно, то напряже
ние ца выходе первого каскада умножается на коэффициент
усиления второго. Если частотные характеристики первого и
второго каскадов близки, то второй каскад как бы возводит
в квадрат характеристику первого.
Частотную характеристику каскадов усилителя с RС-связью
удобнее всего снимать с помощью генератора качающейся ча-
98
'/00
"'$..
~80
~
~60
1.-
'"
~~ 40
tl
1/
/•
-"'
&20
."
о
--·
0,01 0,02 0,03 0,1 0,2 O,J
о 100
~
~" 80
~
~GO
~~ 40
~20
о
........
а)
"!"' ...
~~
~
1..... ~fii'
/~,
1//
:f
/
11
1,0 2,0 з,о wнс 10
'-
\.
'
\. ,,
'
r-..
!' ...
"'
~ ...
0,01 0,02 0,0:1 41 o,z 4:r 1,0 2,0 3,0 wнс 10
tf)
Рис. 5.2 . Частотная характеристика каскада с RС-связью (в единицах про·
11зведения юRС) :
а - низкочастотная часть; б - высокочастотная часть;
-
-
-
-
характеристика мя
двух одинаковых каскадов
стоты, пр.и этом сигнал должен быть таким, чтобы заведомо
исключить возможность перегрузки усилителя во всем диапа
зоне качания частоты. Сигнал должен по крайней мере в 20 раз
превышать уровень шума, а нагрузочное сопротивление усили
теля соответствовать номиналу. Генератор качающейся частоты
(ГКЧ) позволяет снимать самые сложные характеристики и
дает наглядный результат, однако он не всегда имеется в рас·
поряжении.
в простейшем случае rкч представляет собой генератор
звуковой частоты с устройством, позволяющим плавно изменять
(«качать») частоту выходных синусоидальных колебаний в за
данном диапазоне. Эти частоты подаются на вход проверяемого
усилителя, и амплитуда выходного сигнала будет изменяться
в зависимости от частоты входного в данный момент. На экране
осциллографа, подключенного к нагрузке выходного каскада,
можно наблюдать огибающую амплитудно-частотной характе
ристики усилителя. На рис. 5.3 представлена схема приставки -
ГКЧ, в которой колебания высокой частоты (ВЧ) образуются
99
vтt, vтz,vтч,vтs-ктttsA,
VTJ-KTJ61A, Vll1,Vll2 Д901Б
Частота
Рис. 5.3. Схема приставки генератора качающейся частоты
в результате биений сигналов двух генераторов, работающих на
частотах в сотни килогерц. Частота одного из генераторов пе
рестраивается пилообразным напряжением развертки осцил
лографа, а другой работает на фиксированной· частоте.
Неперестраиваемый генератор на транзисторе VT4 собран
по схеме емкостной трехточки и генерирует частоту около
470 кГц, зависящую от индуктивности катушки LЗ и емкости
конденсатора CJ J. Колебания возникают из-за положительной
обратной связи между эмиттерной и базовой цепями транзисто
ра, образуемой делителем напряжения: конденсаторами CJ 1
и С12.
С эмиттерной нагрузки R18 синусоидальные сигналы посту
пают на развязывающий каскад транзистора на VT5, а с его
коллекторной нагрузки R15- на смеситель, собранный на тран
зисторе VТЗ. На этот же смеситель поступают сигналы от пере
страиваемого генератора, выполненного на транзисторе VTJ,
также по схеме емкостной трехточки. Частота колебаний этого
генератора зависит от индуктивности катушки LJ и емкости це
почки, включенной между выводами коллектора и эмиттера
транзистора. Цепочка составлена из параллельно включенных
конденсатора ,СЗ, варикапов VDJ, VD2 и последовательно
с ними включенного конденсатора С4. Изменяется частота после
100
подачи на аноды варикапов постоянного напряжения положи
тельной полярности. При нажатии кнопки SAJ.1 (генерирование
частоты) на аноды VDJ и VD2 с движка переменного резисто
ра R2 подается напряжение. При изменении постоянного напря
жения от О до 9 В частота колебаний генератора м'еняется при
мерно от 455 до 475 кГц. Эти колебания с катушки связи L2
поступают на делитель напряжения R9, R14.1 и с него на Вы
ход ПЧ. С этого разъема сигнал может подаваться на усили
тель ПЧ радиоприемника. При проверке тракта ПЧ нажимают
кнопку SA2 (ГКЧ ПЧ). В этом случае на варикапы поступает
фиксированное постоянное напряжение с делителя RЗ, R4,
устанавливаiощее частоту ген;ератора 465 кГц, и пилообразное,
подаваемое через конденсатор CJ с движка переменного рези
стора R2, изменяющее ее в обе стороны максимум на 10 кГц.
Усилитель низкой частоты (НЧ) проверяется сигналами
с выхода генератора. На нагрузке смесителя (резисторы RJЗ,
R19) выделяются колебания разностной частоты от 500 Гц до
20 кГц. Для получения качающейся частоты колебаний ЗЧ на
жимают кнопку ГКЧ ЗЧ. При этом кнопка SAJ отпускается,
а на верхний вывод резистора R2 с разъема XSJ подается пи
лообразное напряжение развертки с осциллографа. Напряжение
должно быть возрастающим, чтобы АЧХ соответствовала обще
принятому начертанию - нижние частоты слева, высшие - спра
ва. В малогабаритных осциллографах типа «Сага», Cl-94 и др.
амплитуда выходного пилообразного напряжения меньше 9 В
(порядка 4 В), поэтому если полосу качания можно уменьшить
до 15-13 кГц, что достаточно для снятия АЧХ многих моно
и стереофонических усилителей невысокого класса, то можно
изъять резистор Rl и подавать напряжение пилы на разъем
XSJ, соединенный с выводом резистора R2.
Для исследования более качественных усилителей в схему
вводится двухкаскадный усилитель на транзисторах VТб, VT7
и включается вместо ограничительного резистора Rl. Второй
транзистор ставится для получения нужной полярности сигнала
(например, в «Саге» выходное пилообразное напряжение поло
жительное, в С 1-94 - отрицательное и после каскада усиления
полярность изменяется).
Схема включения осциллографа проверки усилителя с RС
связью с помощью генератора прямоугольных сигналов ГПС
показана на рис. 5.4. Работу надо вести при номинальной вы
ходной мощности, заведомо меньшей максимальной. Измерив
значение напряжения изображенного на экране прямоугольного
сигнала, вычислим мощность Р=Е 2/ Rн, где Е - значение изме
ренного напряжения; Rн - сопротивление нагрузки. Затем опре
делим верхнюю граничную частоту характеристики по измерен
ному времени нарастания выходного сигнала между уровня
ми 0,1 и 0,9 амплитудного значения: fверх=О,35/тнар·
101
гпс
Рис. 5.4 . Схема проверки усилителя генератором прямо
угольных сигналов
Если время нарастания измерено в миллисекундах, то fверх
будет в килогерцах. Эта формула приближенная, но определен
ная по ней fверх очень близка к полученной при снятии частот
ной характеристики с помощью звукового генератора, но толь
ко определяется в этом случае намного быстрее.
Осциллограммы для определения частотной характеристики
усилителя в .области низких частот представлены на рис. 5.5 .
Для этого уменьшаем частоту следования сигнала, пока на изо
бражении его вершины не покажется явный спад. На рисунке
частота следования прямоугольного сигнала составляла 20 Гц.
Нижняя предельная частота усилителя
fн=4:nfc ln (Е2/Е1),
где fс-частота следования прямоугольного сигнала; Е2 и Е1 -
значение переднего фронта и среза импульса, определенные не
посредственно по шкале осциллографа.
В определенной степени частотную характеристику в обла
сти низких частот можно несколько скорректировать, включив
последовательно с сопротивлением нагрузки корректирующий
резистор и конденсатор С1. Соответствующим их подбором мож
но несколько улучшить форму сигнала (рис. 5.6).
Искажения импульсов и частотная характеристика. На осцил
лограммах рис. 5.7 представлены подаваемый на УНЧ прямо
угольный сигнал и его изображение на выходе усилителя при
Рис. 5.5 . Определение низко
частотных характеристик уси
лителей
ОтУНЧ
>--i
Rн У Р1=15кОм;С1=1мкФ
R1n1:t .)L.-r
I ir1=15к0м; С1=2мкФ
+Е
:1 r-
a.}
_J L--1 5)
Без компенса.ции
Рис. 5.6 . Коррекция низкочастотных искажений:
11 - схема коррекции; 6 - примеры форм передачи сиrвапа при раuичиых параметрах
зпементов корректирующей цепи
102
-- --
-
------
а)
oJ
б)
г)
е)
Рис. 5. 7. Различные виды искаже
ний прямоугольного сигнала
различных искажениях частотной характеристики, где а - вход
ной сигнал - меандр 1 кГц; б - резкий спад усиления на НЧ и
ограничение амплитуды; в -уменьшение усиления на верхних
частотах; г - вогнутая вершина, уменьшение усиления на сред
них частотах, уменьшение усиления на низких частотах, без
фазового сдвига (этот вид искажений может быть вызван,
в частности, неправильным подбором CJ и Rl в цепи низкочас
тотной компенсации); д- вогнутая вершина со спадом -
103
уменьшение усиления па низких частотах с опережающим
фазовым сдвигом и некоторое уменьшение на верхнем участке;
е - подъем средних частот; ж - показано, какая часть прямо
угольного сигнала несет информацию о воспроизведении низко
частотных (НЧ) и высокочастотных (ВЧ) составляющих.
Прямоугольные импульсы применяют также для настройки
широкополосных делителей напряжения (см. рис. 2.14). В этом
случае осциллограммы полностью определяют частотные ха
рактеристики делителей.
5.3 . КАСКАДЫ УСИЛЕНИЯ С ТРАНСФОРМАТОРНОА CBSIЗltIO
Каскады уси.'!ения с трансформаторной связью применяют во мА:огих
радиоустройствах. Трансформаторная связь обладает рядом достоинств. Низ
кое сопротивление в цепях баз облегчает температурную стабилизацию
рабочей точки по постоянному току. Поскольку в цепи коллектора нагрузка
JIO постоянному току отсутствует, то эффективность использования напря
жения питания высокая, а КПД приближается к теоретическому (50 %·) . По
зтой причине транзисторные усилители с трансформаторной связью широко
используют в портативных приемниках и других устройствах, питающихся от
батареп.
Трансформатор согласует выходное реактивное сопротивление задающе
го каскада со входным реактивным сопротивлением базовой цепи возбуж
даемого каскада, что позволяет получить макспмальное усиление. Однако
при трансформаторной связи частотная характеристика получается хуже, чем
правильно рассчитанного RС-каскада, потому что шунтирующая инду1пив
ность первпчной обмоп.и вызывает большое падение усиления на низших
частотах. В области высших частот падение усиления вызывается паразит
ными емкостями и индуктивностями рассеяния обмотки. Эта емкость между
витками шунтирует индуктивности обмоток, вызывая резонансы и, следова
тельно, неравномерности в широкой полосе частот. В результате резонансов
сненастроенного:. трансформатора частотная характеристика может получить
подъем в области высших частот, как показано на рис. 5.8 .
Такой подъем характеристики иногда улучшает воспроизведение в опре
деленной полосе частот, например от 1000 до 7500 Гц. Но обычно эта нерав
номерность вызывает искажения. Изменение сопротивления нагрузки транс
форматора меняет вид его частотной характернстпкн. Если вторичную обмот
ку шунтировать достаточно малым сопротивлением, то действие распределен
ьых емкостей будет резко уменьшено и частотная характеристика станет
сравнительно пдоской, но это одновременно вызовет понижение верхней ча
стоты пропускания.
С помощью осциллографа можно просто определить харак
теристики низкочастотного трансформатора. Типичная схема
испытания приведена на рис. 5.9,а.
Первичная обмотка демпфирована сопротивлением около
10 кОм, вторичная нагружена емкостью пробника (порядка
104
Usыx/Usx
30
гs
га
15
10
5
о
-
1
11
.....
1IJll ,.- .. _
____ ,
"',
1i1У.
1
1
l.Y.! '1
1·
1
'
11i1 i1
1
111111
1!
1i:11
1
100
1000
10000f,Гi:
Рис. 5.8 . Частотная характеристика транзисторного усилителя с трансформа
торной связью
10 пФ). Как видно из рис. 5.9,6, форма сигнала сильно искаже
на. Если вторичную обмотку шунтировать сопротивлением
100 Ом, то вершина воспроизводимого прямоугольного сигнала
становится значительно более плоской. Однако на ней появля
ются «пички» из-за звона на высших частотах.
Увеличение демпфирующего сопротивления первичной обмот
ки вызывает заметное интегрирование воспроизведенного на экра
не прямоугольного сигнала, уменьшение его способствует
увеличению амплитуды звона. В этой же измерительной схеме
трансформатор другого типа может дать совершенно иные изо
бражения, т. е. трансформатор, обеспечивающий хорошую час
тотную и переходную характеристики в одном усилителе, может
вызвать чрезмерные искажения в другом. Ниже приводится ме
тодика отыскания неисправностей с помощью звукового генера
тора и осциллографа в усилителе с трансформаторной связью
в варианте довvльно широко применяемой схемы, входящей и
в малогабаритные приемники, и в проигрыватели.
На выход усилителя вместо динамика включается нагрузоч
ный резистор соответствующей мощности. Конечно, возможно
подключение щупа и к самому динамику, но это вызывает
излишний шум и фоновые помехи. Генератор ГРН-3 вполне
обеспечивает все характеристики входного сигнала: 1 В для
работы усилителя с обычным звукоснимателем; 0,1 В для раба-
ГН'f
2,SкГц
Рис. 5.9. Испытание выходного трансформатора УНЧ с помощью генератора
прямоугольного сигнала:
а- схема; б
-
воспроизведение сигнапа 2,5 кГц
105
-
о
ф
К детектору
"
•
1
CJ6
0,01
R7
11,7к
R8 fООк
VJJ2
7ГЕ2А-С
CZJ
О,0 1П
RfS
в,гктггк*
R20 ~6к*
С28
+110,0
CJ:J
R2.f
510"*
СJГО,015
R26 J90
VT7
мпчо
1
Кnt •
i
Г1&
i ОЕn11Т
•
CJ1
Rfl 220
CJS
·+I :JO: мФ
+I 50.
Рис. 5.10. Схема УНЧ малоrабаритиоrо приемшша с трансформаторной связью
rt
ты микрофоном; до 0,05 В (т. е. 40 дБ) для работы с различны
ми низкочастотными устройствами.
На рис. 5.10 показана схема трехкаскадного ус11т1теля с RC- и транс
форматорной связью. Первый каскад - предварительный усилитель собран
по схеме с общим эмиттером и нагрузкой Rll в цепи коллектора. В эмиттеj'
VT4 включен стабилизирующий резистор RlO, увеличивающий входное со
противление каскада (он является нагрузкой детектора по низкой частоте),
повышая тем самым коэффициент передачи детектора. Для уменьшения иска
жений сигнала из цепи коллектора в цепь базы подается отрицательная
обратная связь через RB. Второй каскад выполнен на VT5 (МП40), нагруз
кой служит согласующий тр11нсформатор Т /. Выходной каскад НЧ - двух
контактный, собранный на транзисторах VТб и VT7 (МП40) по трансфор
маторной схеме. Нагрузкой выходного каскада Является выходной трансфор
матор Т2, во вторичную обмотку которого включен громкоговоритель типа
0,25 ГДIО.
Напряжения смещения на базы транзисторов VТб и VT1 снимаются
с делителя на резисторах R/7 и RJB, включенных в цепь эмиттера VT5. Это
позволило получить относительно малый ток покоя. Два последних каскада
УНЧ охвачены отрицательной обратной связью через цепочку R26 и С33.
Конденсаторы СЗ! и С32 корректируют частотную характеристику и устра
няют фазовый сдвиг в области верхних частот.
Термистор R22 с параллельно подключенным резистороы R21 обеспечи'
вает температурную стабилизацию выходного каскада УНЧ. Для устранения
паразитных колебаний первичная обмотка согласующего трансформатора за
шунтирована конденсатором С30.
В схему приемника введен стабилизатор напряжения на ста
бисторе VD2 (7ГЕ2А-.С), имеющем опорное напряжение -1,5 В,
что исключает искажения типа «ступенька» при снижении на
пряжения питания. Стабилизация рабочей точки транзисторов
выходного каскада УНЧ обеспечивается тем, что напряжение
смещения на базы VТб и VT7 создается током эмиттера VT5,
стабилизированного по напряжению питания.
Осциллограммы сигналов при подаче на вход такого усили
теля сигналов от низкочастотного генератора приведены
в табл. 1.
Измерение резонансной частоты динамической головки. Лю
бая динамическая головка обладает своей резонансной часто
той, которую необходимо знать nрй изготовлении акустической
системы, чтобы согласовать динамическую головку с акустиче~
ским объемом корпуса. Осциллограф, динамическая головка и
генератор звуковой частоты (ГНЧ), желательно с большой вы
ходной мощностью (не менее 2 Вт), соединяют так, как пока
зано на рис. 5.11,а.
Выходной сигнал с ГНЧ поступает на цепочку из последо
вательно соединенных резисторов R и динамической головки
ДГ. Входной щуп У осциллографа подключен параллельно ДГ, ·
107
Форма
с:вrиuа
ва акраие
элт
Таблица 1
Воsмо:~кные причины
Устранение дефекта
Возбуждается УНЧ. Проверить сопротивления в цепи об
При выведенном регу- ратной связи R26, R/7, RJO и конден
ляторе громкости на вы- сатор СЗЗ. Неисправные заменить
ХQДе
прослушивается
мощный сигнал 200-
300 Гц·
Неправильно распая- От~аять конец резистора R26 или
ны обмотки в одном из конденсатора СЗЗ, и если возбуждение
трансформаторов
прекратится, то поочередно заменить Т/
и12
Усилитель возбужда- Несоответствие номиналов заданным
ется на частоте 10- в цепочке обратной связи R26, СЗЗ. За-
12 кГц при подаче на корочены резисторы R21, R22. Прове
вход сигнала от ГНЧ рить наличие замыканий в печатной
плате
Сигнал - искаженная Замыкание резистора R/8 или кон-
полусинусоида
денсатора С27
Усилнтель возбужда- Неисправен ко.нденсатор СЗJ или С32.
ется на частоте 10- Проверить качество паек. Параллель-
12 кГц при подаче на но каждому конденсатору подпаять за
вход сиrна.1а от ГНЧ ведомо исправный того же номинала.
При исчезновеюш возбуждения - кон
денсатор заменить. Коэффициент транс
формащtи переходного трансформатора
не соответствует норме. Проверить со
противление обмотки, при несоответст-
-----l·-----------lвии норме - заменить
108
Форма выходного на
пряжения имеет вид по
ловины сивусовды
Плохая пайка транзистора VТб нли
VT7. Обрыв или короткое замыкание
в обмотках переходного или выходного
трансформаторов. Отпаять провод от
средней точки первой обмотки выход
ного трансформатора и проверить ом
метром сопротивление обеих секций.
Проверить режимы по переменному то
ку на базах VТб и VT7. Проверить
исправность печатной платы
Форма
сиrиапа
на зкране
ЭЛТ
Лродолжение табл. 1.
Возможные причины
Устранение дефекта
Ограничение выходно- Несим111етрнчно подобраны транз11сто
rо напряжения насту- ры выходного каскада. Проверить при
пает при выходном на- максимальном неискаженном сигнале
пряжении менее 1 В. на выходе напряженпе переменного
Чувствительность УНЧ тока на коллекторах VТб и VT7. Если
выше нормы
напряжения несимметричны, то прове
рить исправность выходного трансфор
матора. Есш1 он исправен - сменить
' i ранзисторы на попарно подобранные
а «земляное» гнездо (или зажим) генератора соединено с гнез
дом Вход Х осциJшографа. Такое подключение осциллографа
позволяет наблюдать фазовый сдвиг между током и напряже
flием в цепи звуковой катушки головки и фиксировать момент
резонанса.
Сопротивление резистора R должно быть в 20-30 раз боль
ше сопротивления звуковой катушки, чтобы амплитуда тока
в цепи катушки оставалась постоянной, тогда наряду с фазой
и частотой резонанса можно определить амплитуду напря~ения
на катушке головки.
Осциллограф работает в автоматическом режиме с разверт
кой от внешнего сигнала. Выходной сигнал генератора и чув
ствительность осциллографа устанавливают такими, чтобы при
частоте генератора 200-500 Гц на экране осциллографа был
виден эллипс (рис. 5.11,б) с наклоном к линии развертки при
мерно в 45°. Затем перестраивают частоту генератора в сторону
нижних частот до получения прямой линии (рис. 5.11,в). Полу
чившаяся при этом частота генератора будет соответствовать
резонансной частоте динамической головки.
ГНУ
о}
6)
Рис. 5.11 . Измерение резонансной частоты динамической головки
109
5.4 . АНАЛИЗ сиrНАЛОВ в РЕЗОНАНСНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
Транзисторные ус11лител11 с контураыи последовательного пли паралде.1ь
ного резонанса нспо.'1ьзуются в вещательных или телевизионных приемю:ках,
а также в других радиотехнических устройствах. Действие резонансного кон
тура основано на реактивных характеристиках последовательной и пара.1-
лельной LСR-цепей.
Контур с nос.педовате.пьным резонансом. Контур на рис. 5.12,а имеет час
тотную характ~рнстнку, показанную на рис. 5.12,б. На экране осциллографа
получается зависимость напряжения контура С1Т частоты. Пик напряжения
образуется на резонансной частоте fo=l/(2л")IIC). Поскольку индуктивное
и емкостное сопротивления на резонансной частоте взаимно уничтожаются.
сопротивление со стороны входа будет чисто активным. По.~оса пропусканпя
такой цепи определяется разницей между верхней н нижней частотами, на
пряжение на которых падает до 0,707 максимального, т. е. мощность умень
шается в 2 раза.
Контур с паралле.пьным резонансом. Контур на pl!IC. 5.13,а имеет частоту
резонанса, приближенно равную fo. Как видно на экране осциллографа
с ГКЧ (рис. 5.13,б), характеристики прохождения тока через индуктивность,
конденсатор, а также форма напряжения на конденсаторе примерно одина
ковы. Ток генератора lax имеет «перевернутую:. характеристику. На cxeAte
резистор R представляет собой сопротивление источника, эквивалентное вы
ходному сопротивлению коллектора транз11стора в реальной схеме. В момент
резонанса ток, проходящнй между L и С, в Q раз больше тока генератора.
Это свойство контура называется усилениеJt по току и аналогично свойству
усиления напряжения контура с последовательным резонансом.
При подаче в резонансный контур (рис. 5.14,а) прямоуголь
ного сигнала на экране осциллографа будет виден затухающий
сигнал (рис. 5.14,б). Для измерения Q контура по затухающему
сигналу исследуют процентное отношение между последова
тельными амплитудами сигнала. Предположим, что каждый
второй период затухающих колебаний составляет 90 % по отно
шению к предыдущему. В данном примере сигнал уменьшается
ГК'I
Рис. 5.12 . Снятие частотной характеристикп цепп с последовательным резо
нансом
110
R 20к
ГК'f
/,
150мк
izc
с
160
а.)
U,B;I,mд
50
зоо 1000 11oot,кr~
.
5)
Рис. 5.13. Схема проверки LСR-контура с параллельным резонансом
rnc
+f00%
10-il периоl
37%
O~ЖЖIШl\:IW\j\:1\1\f\Мtl'tМJ'NЧ'N--'!-"t
- 1oor.
Рис. 5.14 . Измерение добротности LС-контура
на 37 % за· 10 периодов, таким образом, Q=31,4. Если бы
амплитуда упала до 37 % за 15 периодов, Q=47,l и т. д.
Системы связанных контуров. Системы представляют собой контуры со
вза.ftмной индуктивностью. Первичный контур работает, как цепь с парал
ледьным резонансом, вторичный - с последовательным. Если и первичный и
вторичный контуры имеют одинаковую добротность (как это обычно бывает)
11 настроены на одну частоту, то выходное напряжение вторичной обмотки
будет иметь частотную характеристику, ширина которой зависит от степени
связи. В резонансном трансформаторе первичная и вторичная обмотки имеют
одинаковую индуктивность (L=Ll=L2) и добротность и настроены на одну
н ту же частоту (рис. 5.15,а). В этом случае максимально возможное зна
чение взаимной индукции может достигать Lмакс=О,8L. Такая связь приме
няется для обеспечения большой полосы пропускания усилителя в широко
полосных усилителях промежуточной частоты (УПЧ). При коэффициенте связи
большем единицы имеются две резонансные частоты, соответствующие двум
горбам характеристики, поэтому при испытании прямоугольным сигналом
Рис. 5.15. Проверка двух связанных контуров (трансформатора ПЧ)
111
(рис. 5.15,а) онп дают биения (рнс. 5.15,б). Если первичная и вторичная
обмотки настроены на одну частоту, то сигнал биений периодически проходит
через нуль. Биеиия экспоненциально затухают пз-за потерь в обмотках.
5.5. УСИЛИТЕЛИ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЯ СВЯЗЬЮ
Усилители с непосредственной связью широко используются в транзи
с1орных устройствах и предназначены для усиления как постоянного тока и
низкочастотных сигналов, так п высокочастотных сигналов. В схемах такп;с:
усилителей отсутствуют конденсаторы и трансформаторы связи. Однако для
~шх серьезную проблему представJiяет температурная стабилизация.
На рис. 5.16 приведена схема двухтактного бестрансформаторного уси
.тителя мощности, выполненного на транзисторах разной структуры. На входе
установлен высокочастотный транзистор VT 1, выбранный из условия полу
чения наибольшей чувствительности усплителя и наименьших собственных
шумов. Для предотвращения искажений типа «ступенька:. между базами
транзисторов VT2 и VТЗ фазоинверсионного каскада включен диод VD,
благодаря чему на базах образуется напряжение смещения. При напряжении
питания 9 В напряжение на средней точке (левый по схеме вывод конденса
тора С2) устанавливают подбором резистора Rl (4,5 В).
На вход усилителя от ГНЧ подают напряжение порядка 0,1 В, а на
выход усилителя вместо динамика ставят эквивалент - резистор сопротивле
ннем 6 Ом и мощностью не менее 2 Вт. При этом измеряют максимальный
размах неискаженных синусоидальных колебаниii. Он достигает 5 В, что зна
чrп - выходная мощность достигает почти 0,53 Вт.
На рис. 5.17 показана методика проверки наличия амплитуд
ных искажений. Входной щуп осциллографа подключается ко
входу усилителя, а гнездо горизонтального входа соединяется
112
R1
/ 21.fОк*----
o-±.i..........--н--
Uex С15,ОмФ
VT1
Пli1SБ
сг
2DОмФ
+
-98
ВА1
+9В
Рис. 5.16. Схема бестрансформаторнеrе двухконтактноrо усилителя
мощности
ГHl.f
Усилитель
o-t-----+~~ ~~+"'"t-~
Рис. 5.17 . Схема проверки иалнч11я амплитудных искажений
а)
о)
Рис. 5.18 . Формы сигналов, свидетельствующих о наличии амплитудных
11скажен11i1
с эквивалентом нагрузки. Сигнал на входе Х должен быть та
ким, чтобы длина линий по rоризонтали и вертикали была оди
накова (для этого подбора можно включить переменный рези
стор 68-100 кОм). На экране появится прямая наклонная
линия. При увеличении входного сигнала усилителя линия нач
нет прогибаться (рис. 5.18,а), а потом на одном ее конце по
явится загиб (рис. 5.18,б). При переключении входа осцилло
графа на нагрузочный резистор и включении внутренней раз
вертки на экране появится сигнал с большими амплитудными
искажениями (см. рис. 4.23,б). Момент появления амплитудных
искажений определяется по началу искривления прямой линии
(рис. 5.18,а).
5.6. АНАЛИЗ сиrНАЛОВ в ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ
НИЗКОЧАСТОТНЫХ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОlilСТВАХ
Согласование входных и выходных сопротивлений. Входные
сопротивления усилителей низкой частоты могут в значительной
степени различаться; например, каскад, к которому подключен
пьезоэлектрический звукосниматель, должен иметь входное со
противление около 2 МОм, в то время как входное сопротив
ление каскада, рассчитанного на подключение магнитного зву~
коснимателя, несколько килоом. Сопротивление входных каска
дов радиоприемников имеет порядок сотен килоом, в то время
113
~'"
j.1
..
,.
Рис. 5.19. Хаотический вид вну
тренних шумов усил11теля
как у микрофонных усилителей входные сопротивления от 15
no 600 Ом.
Для согласован.ия входных и выходных сопротивлений, про
веряемых приборов и подключаемых к ним измерJ1тельных при
боров применяют метод параллельного или последовательного
подключения активных и реактивных сопротивлений. Такая схе
м а всегда представляет собой аттенюатор, т. е. уровень сигнала,
nоступающего на вход усилителя, будет меньше уровня сигнала
на выходе генератора.
Однако при правильном согласовании достигает,сЯ уменьше
ние уровня шумов и наибольший коэффициент 'передачи по
мощности. Неправильное согласование влечет за собой изr.~е
нение характеристик схемы и может вызвать перегрузку или не
устойчивую работу усилителя.
Если нужно выход генератора сопротивлением 75 Ом соеди
нить со входом каскада, рассчитанного на входное сопротивле
ние 5 кОм, то для того, чтобы режим измерений был близок
к реальному, между генератором и входом каскада надо вклю
чить последовательно резистор 5 кОм и, кроме того, соответст
вующий нагрузочный резистор поставить на выход генератора.
Естественно, что при таком включении происходиr потеря неко
торой доли входного сигнала, поэтому необходим генератор, вы
рабатывающий сигнал больше того, который должен быть подан
на вход схемы.
.
Уровень фона и внутренние шумы. В высококачественных
уси.'Iителях измеряют уровень фона и внутренние шумы. В этих
случаях переключают осциллограф на максимальную чувстви
тельность, соединяют его с выходо_11.1 усилителя, вход которого
разомкнут, а усиление - максимально. Усиление осциллографа
увеличивается до тех пор, пока на экране не возникнет хаоти
ческая картина шумов (рис. 5.19). Для отделения от общей со
вокупности помех составляющей фона надо привести запуск
развертки в положение ОТ СЕТИ.
В ряде случаев необходимо проверять потенциометры, так
как возникающий треск в высококачественных приборах совер
шенно недопустим. Для этого на выводы потенциометра подает
ся от батареи небопьшое напряжение 1-5 В, а движок потен
циометра и земляной вывод подключают к осциллографу на
114
вход У. Если потенциометр плохой, то при вращении его оси на
экране ЭЛТ вместо ровной линии развертки появляется харак
терное изображение «леса» шумов ·(примерно как на рисунке),
возникающее при каком-либо определенном положении движка
или только при его движении. Частота развертки осциллографа
не критична -она может быть 200-1000 Гц. Так как при вра
щении движка потенциометра будет меняться уровень входного
напряжения, то осциллограф лучше включить на закрытый вход,
чтобы изображение не смещалось в вертикальном направлении
по экрану. Помимо потенциометров и транзисторов источником
шума могут оказаться и резисторы, используемые в схемах пер ...
вых каскадов. Шумовой сигнал может также попасть в первые
каскады от источников питания, тогда надо отсоединить первые
каскады от общей цепи щ1тания и. проверить их на свежей ба
тарее.
5.7 . Н.АЯ.АЖИl.АНИЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ
И СТЕРЕОФОНИЧЕСКИХ УСТРОRСТВ
Высококачественные усилители низкой частоты имеют час
тотную характеристику до 20 кГц, а некоторые - до 50 кГц и
более, поэтому диапазон звуковых генераторов, применяемых
для их проверки, должен быть еще шире, практически очень
важно Проверить частотную характеристику усилителя при но
минальной выходной мощности. Выход (в ваттах) определяется
(ранее об этом было сказано) как квадрат выходного напряже
ния, разделенного на сопротивление нагрузки. При измерениях
частотной характеристики регуляторы тембра ВЧ и НЧ должны
быть поставлены в среднее положение, они при этом обеспечи
вают плоскую, без выбросов характеристику. Также должны
быть выключены все фильтры низких и высоких частот, если
они вмонтированы в устройство, и автоматическая частотная
компенсация при регулировке усиления. После того как опреде
лена чистая характеристика усилителя, все эти органы управ
ления вновь включаются в работу.
Упрощенные формы сигналов при наличии частотных, ампли
тудных и фазовых искажений были показаны на рис. 5.7.
Высокочастотные искажения заключаются в том, что огра
ниченная полоса частот устраняет высокочастотные слагающие
входного сигнала. С другой стороны, низкочастотные искаже
ния происходят всегда, когда основная частота входного сиг-на
ла уменьшена или даже устранена. Фазовые искажения появля
ются вследствие нелинейного . фазового сдвига; например,
ВЧ-составляющие сигнала могут задерживаться в канале
больше, чем НЧ-составляющие, без какого-либо изменения их
амплитуд. В результате изменяется форма выходного сигнала.
Амплитудные (гармонические) искажения возникают из-за не-
115
,/\1'N'М1л~
f~A А
"
lfvV\1\1\Мf\/J\/v~"V\J\/V\;J\JVV
Рис. 5.20. Пример интермодуляционных искажений на входе (а) и на выхо
де (б)
линейности усиления, что вызывает ограничения части сигнала.
Этот вид искажений всегда связан с созданием дополнительных
гармонических составляющих в выходном сигнале (обо всех
этих видах искажений упоминалось ранее).
В двухтоновом сигнале могут также присутствовать и интер
модуляционные искажения (рис. 5.20), также создающие гар
монические искажения по отношению к сигналу одной частоты.
Характеристики искажений в значительной степени зависят от
частоты испытательного сигнала. Фазовые искажения возни
кают всегда на низкой и высокой частотах пределов полосы
пропускания усил'ителя, потому что в этих точках происходит
резкое увеличение нелинейности характеристики (рис. 5.21).
Ее.пи на вход усилителя подается чистый синусоидальный
сигнал, а в выходном сигнале появляется вторая гармоника И
по амплитуде состав-!Iяет 5 % от основной, то говорят, что уси
литель создает гармонические искажения 5 %. О.в.на ко последо
вательное прохождение по схеме для обнаружения источника
искажений может и не явиться определяющим фактором, если
имеется отрицательная обратная связь, которая скрадывает это
место. Ее действие резко падает на ниж1;1ей и верхней точках
2
.__~.....~~. . .. . .~~--~. . .. . .~~-'-~--"-90°
0,1
1
10 100 1000 10000 100000
f, ru.
Рис. 5.21 . Зависимость амплитудной и фазовой характеристик высококачест
венного усилителя от частоты
116
•
1
1
1
1
.
•
1
:!
1
1
!
:1
,,
-
>-i
:
1
Рпс. 5.~2. Осциллограммы на входе и выходе усил11теля при активной и ком
плексной нагрузке (Uвх=О,2 В/дел.; Uвых=20 В/дел.):
а-1-20 Гц; 6, ••1-10 кг~ •-1 -1 кГа
среза полосы. Здесь также возрастают и нелинейные искажения.
Нелинейные искажения обычно измеряют при максимальной
выходной мощности усилителя. Осциллограф служит для опре
деления порядка возникающих искажений, в основном второй,
третьей и других гармоник. Осциллограф покажет также нали
чие паразитных колебаний, шумов или других нарушений в вы
ходном сигнале. Паразитные колебания проявляются как высо
кочастотные случайные выпросы на изображении, обычно на
вершине сигнала. Фон изображается в виде утолщения линии
сигнала, если частота НЧ-генератора становится близкой к 49
или 51 Гц.
Всплески - это острые импульсы, которые вызываются .де·
фектами в источниках питания.
Полагают, что обратная отрицательная связь может скоррек
тировать любые формы искажений усилителя. Однако это не
так: .из-за искажений, возникших благодаря ограничению, когда
на усилитель подано напряжение выше точки отсечки (обрат
ной связью скорректировать нельзя), усилитель просто пере
стает пропускать любое напряжение выше этой точки.
О методике проверки усилителей с помощью сигналов пря
моугольной формы говорилось выше (см. § 5.6). Высококачест
венные усилители проверяют меандром с частотой 2 кГц. Таким
образом, через широкополосный усилитель будут проходить ча
стоты до 10-15-й гармоники от основной. На рис. 5.22 пред
ставлены осциллограммы сигналов на входе и выходе усилителя
мощности, показывающие способность усилителя воспроизво
дить импульсные сигналы на активной нагрузке Rн=4 Ом (а
117
--·
,..
:
/
:7
.,,
..
"..
__"
..
,
--
,,,,..
"'
,"
Рис. 5.23. Скорость нараста
ния выходного напряжения.
Положение
переключателей
V/дел-10 В; Время/дел-
0,1 мкс
и б) и комплексной нагрузке (в и г) при подключении к выходу
конденсатора емкостью 1 мкФ.
Для правильного воспроизведения сигналов с минимальными
искажениями определенное значение имеет скорость нарастания
выходного напряжения, которую можно определить, подав на
вход усилителя прямоугольный сигнал определенной частоты.
Такая характеристика скорости нарастания дана на рис. 5.23
при подаче меандра 10 кГц.
Устранение сжесткости» звука усилителя. Иногда бывает, что
хороший усилитель звучит неестественно: звук кажется «Жест
ким,' сухим, металлическим». Одной из причин этого может быть
самовозбуждение на высоких частотах (имеется в виду пара
зитные колебания с малой амплитудой - иногда доли милли
метра и любой частотой - вплоть до многих мегагерц), возни
кающее в каких-либо режимах работы усилителя. Возникает
оно чаще всего в выходных каскадах в моменты открывания или
закрывания одного из транзисторов. Возникающие при само
возбуждении искажения могут быть малыми, поэтому их трудно
обнаружить при наблюдении выходного сигнала на экране
осциллографа. Однако если из выходного сигнала вычесть вход
ной, скорректированный по амплитуде и фазе таким образом,
чтобы разность оказалась по возможности малой, и подать раз
ностный сигнал на осциллограф, то искажения, вызванные па
разитными колебаниями, будут хорошо видны. На осциллограм
ме рис. 5.24,а (частота сигнала 400 Гц, частота паразитных
колебаний несколько мегагерц) самовозбуждение проявляется
в виде размытого пят~а. на осциллограмме рис. 5.24,б виден
.лишь вызванный. им выброс, так как составляющие с частотой
самовозбуждения отфильтрованы. Из осциллограммы на
рис. 5.24,б видно, что искаженный сигнал содержит высокочас
тотные гармоники, а они, как известно, в большей степени, чем
низкочастотные, снижают естественность звучания. Именно по
этому вносимые паразитными колебаниями искажения заметны
на слух даже в тех случаях, когда их вклад в общий коэффи
циент гармоник мал. Причина этого явления заключается в пло
хо скорректированной отрицательной обратной связи, и после
ее правильного подбора самовозбуждение исчезает.
118
Рис. 5.24. Осцил.1оrраммы разностного сигнала с искажениями:
а - искажения в виде пятна; б
-
искажения в виде выброса
Про1н~рка стереоусилителей намного упрощается, если
использовать двухлучевой либо двухканальный осциллограф.
Подклюqив на входы осциллографа 1 и II выходы каналов,
определим, какой кан·ал не работает, а потом покаскадно
сравним схему нормально работающего канала с вышедшим из
строя (рис. 5.25,а). Для более быстрого определения причины
неисправности удобно использовать генератор прямоугольных
сигналов ГПС, подсоединив его ко входу через согласующее
сопротивление RJ. Предварительно надо убедиться, что в не
работающем канале нет чрезмерного тока потребления, пере
грева транзисторов, сгоревших резисторов, трещин и.тш поломов
в печатных платах, обрывов выводов.
При проверке каскадов усилителя как правого, так и лево
го плеча при калиброванных входах двухканального осцилло
графа легко обнаружить не только неисправные каск·ады, но
вышедшие из строя детали. Например, если при подключении
осциллографа к коллектору транзистора на изображении на
блюдается шум (рис. 5.25,6), в то время как на базе транзисто
ра помех не обнаружено, указанный транзистор следует заме
нить, так как он имеет большой уровень внутренних шумов.
Для проверки качества разделения каналов надо отключить
правый вход усилителя и подать сигнал 1 кГц (или 2 кГц) на
о)
Рис. 5.25. Подключение генератора (а) для проверки стереоуси.111теля и при
меры искажения сигналов (б) в каналах стереоусилителя
119
м\/\ЛЛ ~~ f\j
а)
1\:т- .::ЦJ (\ /"
V\/,;J"v ~~;А
Рис. 5.26. Синусоидальный сиг-
:Ц]
нал, воспроизводимый на зкра- if'
не осциллографа пр11 дефект
ном (а) и нормальном (б)
/\г
'\15;
ходе иглы
_л rоон--(1 [\ {.
~~v
Р11с. 5.27 . Фаз11рован11е звуко-
в~хо~~'~:::~е фазы; б - разные ~ -.п1 (\ ~\
фазы; в - одинаковые фазы в ре-
~ --v;;
зупьта'tе фазирования
вход левого канала. При нормальных условиях на выходе пра
вого канала напряжение должно быть по крайней мере в 30 раз
меньше, чем левого. Также поступают и при подаче сигнала на
вход правого канала. Надо сказать, что высококачественный де
кодер обеспечивает разделение 35 дБ.
Использование осциллографа и тест пластинок для проверки
звукоснимателя. Правильность хода иглы по канавке, частотную
и амплитудную характеристики звукоснимателя и разделение
каналов проверяют также с помощью двухканального осцилло·
графа и тест-пластинки.
При проверке хода иглы начинают с дорожек ·с малой ско
ростью записи, затем переходят на большую. Пример изобра
жения при неправильном ходе иглы показан на рис. 5.26. Для
проверки звукоснимателя сначала ~адо отбалансировать усили
тель так, чтобьr уси.11ение каналов было одинаковым. Затем вы
брать на пластинке частоту в 1000 Гц для правого й левого ка
налов и проанализировать изображение на экране. Если форма
или амплитуда их разная, то игла или звукосниматель имеют
дефекты.
Фазирование двух звуковых систем в стереоусилителе. Дл>1
качества стереоэффекта фазирование звука является обязатель
ным. Для настоящего стереоэффекта оба сигнала должны излу
чаться в одной фазе, с совпадающими во времени амплитудами
(рис. 5.27,а). При несоответствии их стереоэффект исчезает
(рис. 5.27,б). Чтобы его получить, изменяют полярность сигна
ла (рис. 5.27,в).
rne••6
ПРИМЕНЕНИЕ осциnлоrРАФА для НАЛАЖИВАНИЯ
ПЕРЕДАТЧИКОВ И ПРИЕМНИКОВ
6.1 . ПРОВЕРКА НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ
Проверка глубины модуляции по изображению амплитудно
модулированной несущей- один из самых старых осциллогра
фических методов проверки передатчиков. Коэффициент моду
ляции определяют по вертикальным размерам частей изобра
жения амплитудно-модулированной несущей при непрерывной
развертке. Сигнал с контура модулированного ВЧ-усилителя
передатчика подают на пластины осциллографа с помощью не
большой катушки связи в 3-4 витка (рис. 6.1,а) или с помощью
выносного делителя. Частоту развертки, синхронизацию и раз
мер изображения устанавливают такими, чтобы на экране было
несколько периодов удобного для измерения размера (рис. 6.1,б).
Коэффициент модуляции, %,
а-Ь
М= а+Ь•100о/о.
В различных измерительных генераторах с внутренней
амплитудной модуляцией, а также в радиовещании принята
глубина модуляции 30 %.
Амплитудно-модулированные колебания можно получить при
помощи двух генераторов: низкочастотного и радиочастотного
(рис. 6.2,а). Увеличивая амплитуду выходного сигнала ГНЧ,
увеличивают и глубину модуляции (рис. 6.2,б). Осциллограф при
этом находится в режиме ждущей развертки с внешней синхро
низацией. (например, от ГНЧ).
Имеется еще способ определения г:Лубины модуляции по
«размытости» радиочастотных колебаний. Для этого снимают
модуляцию и устанавливают длительность развертки такой,
чтобы на экране появились колебания радиочастоты, осцилло
граф при этом может работать в режиме ждущей развертки
с внутренней синхронизацией. Затем вводится модуляция и по
размаху на изображении наибольшей и наименьшей «размыто
сте1i» подсчитывается по той же формуле ее глубина (рис. 6.2,в).
В стереофонических вещательных передатчиках принята си
стема полярной, т. е. двухсторонней, модуляции вспомогатель
ной ультразвуковой несущей или поднесущей частоты, равной
31,25 кГц. Верхняя огибающая поднесущей частоты 'представ
ляет собой низкочастотный сигнал канала А, нижняя огибаю
щая - сигнал канала В. Осциллограмма такого полярно моду
лированного колебания представлена на рис. 6.3. Глубину мо
.дуляции определяют здесь таким же образом.
121
!lсилитель
hере
оатvика
а)
Рис. 6.1. Проверка амплитудно-модулированного сигнала в каскаде передат
чика:
а - схема соединения; б
-
модупированная несуща11 (М=ЗЗ %)
1 ГНV ~ 11..._
~-ГР-Ч~~1__....1~~ а)
lf")
Рис. 6.2. Получение амплитудно-модулированных колебаний:
а -схема соединения; б - модуnяция 75 %; в - попучеиие модупяции путем сраэмыто
стн:о изображения
Определение глубины модуляции также может проводиться
по трапециевидному изображению амплитудно-модулированного
канала. Этот метод широко используют для непосредственной
проверки и для калибровки измерителей коэффициента модуля
ции. Схема измерения показана на рис. 6.4,а. Собственная раз
вертка осцидлографа не нужна.
Напряжение с контура передатчика на вход У или верти
кально отклоняющие пластины подается через индуктивную
связь (катушка) L3 в 3-4 витка. Вход Х соединен с выходом
122
Рис. 6.3. Осцп.ыограмма по
лярно моду;шрованного коле
бания стереофонического пере
датчика
lмааулятор
С1
R1
250к
tf)
R2
250к
..,________.....,.а.)
б)
г)
Рис. 6.4 . Схема измерения глубины модуляц1111 амплитудно-модулированного
пере;~.атчика методом трапециевидных изображений:
а - схема: б - немодупированная несущая: в - модупнрованная несущая: г
-
коэфtн
циент модупяцин 100 %; д - чрезмерная модупяция; е
-
бопьшая непинейность
модулятора через делитель напряжения С1, R1 и R2. Немоду
лированная несущая вызовет изображение вертикальной линии
(рис. 6.4,б). Коэффициент модуляции определяют по той же
формуле. Преимущество этого метода - возможность опреде
.ления линейности амплитудно-модулированного высокочастот
ного усилителя (рис. 6.4,в - е).
t.2. ПРИМЕНЕНИЕ осциnnоrРАФА ПРИ НАПАЖИIАНИИ
СТЕРЕОФОНИЧЕСКИХ YCTPOJICTB
1
При проверке сквозного стереотракта осциллограф превра
щается в один из основных измерительных приборов, наглядно
представляющий процесс регулировки стереоприемника и избав
ляющий регулировщика от множества трудоемких измерений,
таких, как исследование амплитудных и фазочастотных харак
теристик, определение частоты настройки контура восстановле
ния поднесущей частоты (ВПЧ) и др. Как уже упоминалось
123
С)
Рис. 6.5 . Осциллограммы выходного напряжения 1:1а выходе контура подне
сущеii частоты блока стереодекодера:
а - при правильной настройке (четко видны переходы огибающей через нуль): б - при
неточной настройке контура ВПЧ
·
ранее, по изображению на экране осциллографа определяют ве
личину и фазу проникновения из канала в канал, измеряют глу
бину модуляции поднесущей частоты (см. рис. 6.3) и др. Ранее
упоминалось о применении осциллографа при проверке идентич
ности амплитудной и фазовой частотных характеристик УНЧ.
Чтобы избежать искажений, полоса осциллографа должна до
20 раз превышать fв полярно модулированного колебания
(31,25 кГц).
Рассмотрим настройку стереодекодера «Ласпи-003 стерео».
На вход стереодекодера подается сигнал с выхода стереомоду
лятора МОД-12 или МОД-15. Окончательная настройка конту
ра восстановления поднесущей частоты проверяется осцилло
графом при противофазной модуляции в каналах .А и В. Для
этого стереомодулятор включают в режим разностного сигнала
и устанавливают глубину модуляции 100 %. Осциллограф под
ключается к контро.r~ьной точке контура. Поворотом сердечников
катушек контура добиваются четкого изображения выходного
сигнала (рис. 6.5,а).
На вход блока стереодекодера подаются от стереомодуля
тора полярно модулированные колебания (ПМК) с модуляцией
R канале А - частота модуляции 1 кГц, глубина модуляции
80 %, выходное напряжение модулятора 300 мВ. Резистор на
грузки контура восстановления поднесущей устанавливается
в нулевое положение.
Осциллограф подключается попеременно на вход блока сте
реодекодера и к контрольной точке контура восстановления
поднесущей частоты, чтобы убедиться в отсутствии амплитудно
и фазочастотных искажений ПМК. Достаточным критерием
определения искажений является отсутствие модуляции в кана
ле В.
Осциллограмма выходного напряжения должна быть подоб
на по форме напряжению на входе стереодекодера, отличаясь
от последнего только масштабом. Такой метод позволяет опре-
124
а)
о)·
Рис. 6.6 . Осциллограммы выходных напряжений стереодекодера:
а и б - остатки надтона.пьных частот при паузе в наблюдаемом кана.пе; в - снr11а.11 на
фоне иадтонапьных частот; г - с.пучаи синфазиоrо проникновения из кана.па в кана.n;
д- с.пучаи nротивофазноrо проникновения снrна.nа; е - проник11ов<'11ие сиг11а.11а, сдвину
того по фазе на n/2 относите.nьно по.nезноrо снrиа.nа
делить искажения, соответствующие переходным затуханиям
порядка 40 дБ (100 раз). Переходное затухание между стерео
кана.лами при этом может быть определено как отношение
амплитуды полезной огибающей ПМК к амплитуде паразитной
огибающей, возникающей в другом канале в результате про
хождения сигнала через испытываемое устройство. Причинами,
вызывающими линейные искажения ПМК, являются неравно
мерность амплитудно-частотной и нелинейность фазочастотной
характеристик тракта, которые могут возникать вследствие не
достаточной емкости переходных конденсаторов. На рис. 6.6
показаны осциллограммы выходных напряжений стереодеко
дера.
6.3 . ПРОВЕРКА ЦЕПЕА " АНАЛИЗ ФОРМ снrНАЛОВ
В ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРИЕМНИКАХ
Сигналы в цепях телевизионного приемника можно класси
фицировать по ряду признаков на несколько основных групп,
порождаемых автоколебательными системами: сигналы в цепях
гетеродина селектора каналов, в схемах отклонения по кадрам
и строкам. Эти узлы я·вл·яются источщ1ками сигналоа, от них
сигналы проходят по формообразующим цепям и возбуждают
другие узлы. Многие из сигналов (в цепях строчных и кадровых
разверток и сигналы синхронизации) могут быть с помощью
осциллографа исследованы непосредственно. Но в телевизион
ном приемнике имеются сигналы, частоты которых находятся за
125
пределами полосы пропускания массовых осциллографов, по
этому их анализируют косвенными методами. Сигналы можно
разделить на те, которые можно наблюдать непосредственно на
экране осциллографа, и на те, которые можно наблюдать с по
мощью преобразователей.
Существуют внешние сигналы, без которых работа телевизо
ра невозможна. Это сигналы, приходящие из телецентра, и на
пряжения питания. Сигналы в каналах синхронизации, видео- и
звуковых каналах можно разделить на испытательные и рабо
чие. Например, сложный, модулированный по высокой частоте
видеосигнал, поступающий от антенны, является рабочим. Сиг
налы же, поступающие при настройке телевизора от генераторов
сигналов, звуковых генераторов и других устройств, являются
испытательными сигналами. Предварительная проверка телеви
зора ограничивается контролем наличия или отсутствия сигна
лов. Более подробный анализ включает в себя измерение частот,
амплитуд и наблюдение искажений формы сигнала.
Подходящим для работы с телевизором может быть осцил
лограф с входной чувствительностью 5 мВ/см или делений с по
лосой пропускания порядка 7 МГц, т. ·е. такой, как Cl-94 или
«Сага:..
Проверка блоков телевизора и необходимые меры предосто
рожности. Проверка прохождения сигналов в телевизоре заклю
чается в контроле прохождения полного телевизионного сигнала
через каналы изображения, звука, синхронизации и разверток.
Для наблюдения сигнала в высокочастотных цепях телеви
зора (селектор каналов, УПЧ) следует воспользоваться проб
ником-детектором (см. рис. 2.16). При подсоединении его к це
пям промежуточной частоты при входном сопротивлении проб
ника более 15 кОм и емкости менее 2,5 пФ он будет иметь до
статочно высокое реактивное сопротивление и не внесет замет
ной нагрузки в исследуемую схему.
Подключать пробник к точке схемы, находящейся под напря
жением, нужно осторожно, так как короткое замыкание в рабо
тающей схеме может привести к выводу из строя одного или
даже нескольких транзисторов. Перед любой перепайкой сле
дует обязательно отключить питание. Надо помнить, что тран
зисторы всегда выходят из строя мгновенно, в отличие от ламп,
которые в течение некоторого времени могут выдерживать пе
регрузки.
Проверка блоков телевизора при отключенной отклоняющей
системе недопустима, так как вызывает избыточные токи и
перенапряжения в выходных каскадах отклонения и резко иска
жает формы сигналов. Для проверки сопротивления резисторов
в транзисторных схемах нельзя пользоваться любым омметром;
применяемый для этой цели омметр должен развивать на разо
мкнутых щупах напряжение не более 3 В, а при их замыкании -
126
ток не более нескольких десятков миллиампер, в противном
случае также возможен выход из строя транзисторов.
Как обычно, при использовании пробника перед его подклю
чением необходимо подсоединить землю проверяемой схемы и
пробника к сигнальной цепи. Измерение амплитудных значений
на контуре пробником-детектором все же дает не совсем пра
вильные результаты, так как пробник вносит некоторые паразит
ные связи. При подсоединении пробника к выходу усилителя
промежуточной частоты (УПЧ) создаются возможности для ге
нерации, и возникшие колебания блокируют прохождение сигна
ла через УПЧ. Этот вопрос отпадает, если осциллограф, исполь
зуемый вместе с пробником, поставить на открытый вход.
Генерация УПЧ возможна также при значительном увели
чении постоянного напряжения на выходе видеодетектора, отче
го может нарушаться работа видеоусилителей, цепей АРУ и
других каскадов.
При проверке прохождения сигналов разностной частоты не
сущей звука и ПЧ сигнала от точки, с которой снимается раз
ностная частота в видеоусилителе, до частотно-модулированно
го детектора, с учетом того что полоса усилителя ПЧ звука
сравнительно узкая, входная емкость делителя пробника замет
но расстраивает его по отношению к центральной частоте
6,5 МГц. Однако при такой проверке часто нужно только опре
делить наличие или отсутствие в каждом каскаде несущей раз
ностной частоты 6,5 МГц и ориентировочно оценить амплитуду.
Для проверки видеоусилителя при подключении его каска
дов к осциллографу применяют пробник с малой входной ..емко
стью. На рис. 6.7 приведена упрощенная схема двухкаскадного
видеоусилителя черно-белого телевизора. Нагрузочное реактив
ное сопротивление включает в себя индуктивности (корректи
рующие катушки): параллельной LJ и L2 и последовательной
LЗ и Lб коррекции. Эти катушки обеспечивают высокочастот
ную компенсацию и плоскую характеристику от 50 Гц до
5,0 МГц.
Первый каскад работает как эмиттерный повторитель и не
дает усиления напряжения. Однако он обеспечивает необходи
мое усиление по току для «раскачки» выходного транзистора.
В данном примере общее усиление канала равно примерно 125.
Проверка прохождения сигнала по каскадам не только показы
вает усиление каскада, но и дает возможность обнаружить
искажения сJtгнала, которые в этом каскаде могут произойти.
Для анализа прохождения сигналов через звуковой сигнал и
схему синхронизации можно использовать сигна.11ы телевизион
ной станции, однако генератор сигналов позволяет создать более
стабильные условия для проверки. Если подавать сигналы с про
межуточной частотой звука 6,5 МГц, то на выходе УПЧ канала
звукового сопровождения должна наблюдаться синусоида. Рабо-
127
+12в·
Гашение осрат
ноzо хооа по
строкам
cs
Рис. 6.7. Упрощенная схема двухкаскадного транзисторного видеоусилителя
та УНЧ проверяется обычным способом, описанным ранее.
Анализ форм сигналов в схемах разверток предполагает про
ведение следующих операций: измерение амплитуды, частоты
повторения, длительности и формы импульсов, а также изме
рение длительности его фронтов. Наблюдаемые в различных
точках осциллограммы необходимо сравнить с теми, которые
приводятся в технической документации на телевизор.
Рассмотрение форм сиrиалов строчной развертки. На рис. 6.8,а приведена
упрощенная схема строчного развертывающего устройства - модуля МС-3.
Модуль содержит усилитель мощности VTJ, выходной каскад VT2, диодный
демпфер-модулятор VD3, VD4, выходной строчный трансформатор 12 с, им
пульсными выпрямителями напряжения VDJ, VD2.
На базу транзистора VT 1 поступают положите.1ьн~;е прямоугольные
импульсы с субмодуля синхронизации (рис. 6.8,б) длительностью 20-30 мкс
с периодом следования 64 мкс. Этими импульсами VT 1 открывается и закры
вается при их отсутствии, когда резкое прекращение тока в коллекторной
цепи вызывает появление импульса напряжения (рис. 6.8,в) в обмотке 1-2
трансформатора Tl. Для уменьшения начального выброса обмотка заwун
тнрована цепью R4, С2.
Со вторичной обмотки Т1 импульсы напряжения поступают на базу тран
зистора VT2 выходного каскада, управляя формированием пилообразного
отклоняющего тока. Форма этих импульсов в резудьтате протекания тока
базы через резистор R7 показана на рис. 6.8,г.
Выходной .каскад собран по схеме двухстороннего транзисторно-дподно
го кдюча на транзисторе VT2 и диодах VD3, VD4. По.~ожительная полуво.1на
отклоняющего тока протекает через транзистор VT2, а отрицате.11ьная - через
составной демпфер-модулятор VD3, VD4.
128
Cf
O,S1
н сгGBOO
R4 1,Zк
Синхро
Ш111ульсы
а)
U=G,ВB
tf)
U=T/JOOB
л,________ .
aJ
U=T508
U=+.,56
А
6)
г)
U=1208
J_
е)
Рис. fr.8 . Упрощенная схема выходноrо каскада строчной раз11ертки:
а - схема; б - е - осциплоrраммы а цепях с:трочноl развертки
Наrрузкой выходноrо каскада с.11ужат параллельно и раздельно подклlО
ченные к конденсаторам С4, С5 строчные катушки отклоняющей системы
(ОС) и выходной трансформатор Т2. В катушках создается ток пнлообраз·
11ой формы, а на обмотках трансформатора - импульсы обратного хода лучей
по строкам. Эти импульсы преобразуются выпрямителями в постоянные на
пряжения для питания анода, ускоряющих и фокусирующеrо злектродов ки
нескопа, а также видеоусилителей модуля цветности.
Суммарная емкость конденсаторов С4 и С5 вместе с результирующей
параллельной индуктивностью, которая в основном опреде.1яется строчными
отклоняющими катушками ОС, образуют колебательный контур. Во время
обратного хода строчной развертки 11а катушках ОС и выходном трансфор-
129
маторе 12 возникают импульсы напряжения амплитудой около 1000 В
(рис. 6.8,д).
Конденсаторы СЗ, Сlб кроме развязки строчных катушек от нсточнпка
питания одновременно обеспечивают коррекцию нелинейных искажений
(S-образная коррекция) и центровку растра. Они совместно с катушкой L4
и строчными отклоняющими катушками образуют резонансный контур. Сп
нусоидальные колебания тока, вонзнкающне в нем, накладываются на пило
образый ток, придавая ему S-образную форму, при которой скорость откло
нения лучей убывает по мере приближения к краям экрана.
Подуwкообразные искажения вертикальных линий корректируются диод
ным модулятором, состоящим нз составного демп~ра на диодах VDЗ, VD4,·
конденсаторов tб, СВ, резистора R9 и катушек LЗ, L4. Катушка L4 и кон
денсатор СВ образуют колебательный контур, добротность которого опреде
ляется сопротивлением резистора R9. Конденсатоо Сб, не влияя существенно
1<а частоту колебаний (его емкость значительно больше емкости конденсато
ра СВ), служит в качестве управляемого источника напряжения, изменением
которого добиваются необходимой коррекции растра.
Во время обратного хода строчной развертки положительный импульс,
возникающий на коллекторе транзистора VT2 (рис. 6.8,д), закрывает диоды
составного демпфера. Под влиянием импульса обратного хода, который с вы
мда 11 обмотки выходного трансформатора воздействует на контур CBL4
(рис. 6.8,е), в нем возникают свободные колебания. Контурный т.ок, протекая
через конденсатор Сб, заряжает его. По окончании одного полупериода
обратного хода демпферные диоды открываются 11 прекращают свободные
колебания в контуре. При этом начинается первая половина прямого хода
строчной развертки, а степень отклонения луча от левого края к центру
экрана определяетс11 энергией, накопленной в строчных катушках ОС за пре
дыдущий период. Амплитуда отклонения луча зависит от напряжения на
конденсаторе Сб, так как он включен последовательно в цепи строчных
отклоняющих катушек и напряжение на нем направлено навстречу их ЭДС
са моиндукцнн.
Осциллограф позволяет сравнительно легко найти неисправ·
ность в схеме строчной развертки. Полезно знать следующие со
отношения, которые должны выдерживаться в исправной схеме:
длительность запирающего импульса на базе транзистора вы
ходного каскада должна быть больше длительности обратного
хода, но меньше половины длительности прямого хода, длитель
ность обратного хода должна лежать в пределах 11-15 мкс,
причем в телевизорах с отношением сторон экрана 4 : 5 она бли
Жf' к большей цифре, а при отношении 3 : 4 - к меньшей; ампли
туда импульса на коллекторе выходного транзистора должна
быть в 7-10 раз больше напряжения питания выходного кас
када.
Отклонение длительности запускающего импульса от нормы
указывает на неисправность задающего генератора, слишком
малая длительность обратного хода - на короткие замыкания
130
в строчных отклоняющих катушках (или строчном трансформа
торе) либо на обрыв (потерю емкости) конденсатора С4, С5.
В первом случае будет наблюдаться пониженная амплитуда
импульса напряжения на коллекторе выходного транзистора, во
втором - повышенная.
Требования, предъявляемые к транзистору VT2, довольно
жесткие. Он должен иметь высокое быстродействие (время рас~
сасывания около 1-2 мкс, время выключения
-
доли микросе
кунды), большие значения пJ!едельно допустимых токов и на
пряжений коллектора. Например, для черно-белого кинескопа
с диагональю 51 см, он должен выдерживать разрывную мощ
ность 1000 В·А (т. е. допускать предельные значения тока кол
лектора 5 А при 200 В или 1 А при 1000 В). Для кинескопов
большего размера и цветных эти значения еще больше.
Резкие искажения формы напряжений в выходном каскаде
строчной развертки могут свидетельствовать о междувитковых
замыканиях в строчном выходном трансформаторе, в отклоняю
щих катушках и в регуляторе линейности строк.
Формы снrнао1ов • цеn•х кu.ровоl рuвертк•. На рис. 6.9,а приведена
упрощенная схема модуля кадровой развертки МК-1-1 и осциллограммы в не
которых характерных точках. Модуль кадровой развертки состоит 11з задающего
генератора VT 1, VT2, эмиттерного повторителя VТЗ, дифференциального уси
лителя VT4, VT6, предварительного усилителя VT7, выходного каскада VTB,
VT9, формирователя импульсов гашения VTJJ, VT12' и генератора напряже
ния обратногО хода VTJЗ, VTJ4.
Для синхронизации задающего rенератора, выполненного по схеме гене
ратора линейно изменяющегося напряжения, используются импульсы поло
жительной полярности (рис. 6.9,б), которые поступают через цепь RJ, CJ на
эмиттер транзистора VT 1. Частоту генератора устанавливают подстроечным
резистором R14.
На базу транзистора VT2 через резистор Rб воздействует напряжение,
пропорциональное току лучей кинескопа. Оно влияет на размах вырабаты
ваемых генератором пилообразных импульсов так, что размер изображения
пс вертикали при изменении т9ка лучей кинескопа остается неизменным.
С конденсатора С4 через резистор R7 пилообразное напряжение
(рис. 6.9,в) проходит на базу транзистора VТЗ эмиттерного повторителя.
Линейность растра регулируется подстроечным резистором RJЗ. С регуля
тора вертикального размера растра - подстроечного резнстора R16
(рис. 6.9,г) через конденсатор СВ сигнал приходит на базу транзистора VT4
дифференциального усилителя. На другой его вход - базу транзистора VТ6-
поступают напряжения отрицательной обратной связи по переменному и по
стоянному току.
Для обеспечения отрицательной обратной связи по переменному току
с рез!fСТОра R27, включенного в цепь кадровых катушек отклоняющей систе
r.<ы, через конденсатор СJЗ пилообразное напряжение (рис. 6.9,д) воздей
с1вует на базу транзистора VT6. Это напряжение пропорциона,1ьно току
131
i
ntlCI
1< pa.n•мg • 1
1g,
Nиа.тvшиа.и,
128 288
•
•
>-f~.HI
+
RfO
1
&fa.cmoma.
иа.8ро6
Г/11/-
12 8 Линей.ноет•
а.)
И11tn1Jл•c 1а.ш1нц11
о6ра.тного хода
VJJ6
zвв
l/=108
t/=2,58
t/=1,58
l/= 18
1
fL~~~
о)
~)
г)
d)
е =1,JB
V='f88
/)•118
U=268
-""""'*"" "
Jl_пJl
"
~
~
е)
ж)
",
и)
-
Рис. 6.9. Упрощенная схема (а) модуля кадровой развертки 11 осциллограммы (б - и) снгналов в цепях развертки
-
~
в кадровых катушках 11 противофазно напряжею.1ю на базе транзистора VT4.
Поэтому пр11 увеличении тока в кадровых катушках усиление дифференци
а"1ьного уси.~ителя падает, поддерживая постоянным установ.,енный размер
по вертикаJIИ. Отр11uате,1ьная обратная связь по постоянному то1<у создается
подачей через резистор R24 на базу транзистора VТб напряжен11я со средней
точю1 выходного каскада (рпс. 6.9,е), повышая стабильность его работы.
С дi1фференциального усилителя сигна,1 (рис. 6.9,ж) приходит на базу
транзистора VT7 пре.:~варительного усплптеля, выпо.1ненного по схеме с раз
деленной нагрузкой. С резисторов R29 и R31 в его коллекторной цепп 11 ре
зистора R32 в эмиттерной цепи сигна.,ы поступают на базы транзисторов VT8
u VT9 двухтактного выходного каскада с переключающим д1rодоы VD4.
Транзисторы VT8 и VT9 работают поочередно: в первую по.1овину пря~rого
хода лучей (от верха до середины экрана) ток протекает через транзпстор
VT8, во вторую по.1ов11ну (от середины до низа экрана) - через транзи
стор VT9. Падение напряжения на диоде VD4, создаваемое отк.1оняющим
током во время второй половины прямого xo.:ia развертки, обеспечпвает за
крытое состояние тран~нстора VT8.
С конденсатора С/7 через резистор R36 шшульсы кадровой частоты по
tтупают на узел центровки растра, состоящий нз подстроечного резистора R37
и дirодов VD.7 и VD8. Выпрямление импульсов кадровой частоты диодом VD7
создает отрицательную еоставляющую напряжения в цепи, а дrrодом VD8-
положительную. В среднем положении движка 'подстроечного резистора R37
постоянные составляющие равны, ток смещен11я через кадровые катушк11 не
протекает.
Для ускорен11я переходных процессов и получения мадой длптельности
обратного хода кадровой развертки выходной каскад во время обратного
хода питается повышенным напряжением. Оно формируется генератором
обратного хода, выполненным на транзисторах VT 13, VT 14. Во время пря
мого хода развертки оба транзистора закрыты. При этом конденсатор С 18
быстро заряжается через диод VD6 и резистор R47 до напряжения источ
ника питания 28 В. Во время обратного хода кадровой развертки через
це~ь С/9, R34 и диод VDJJ на базу транзпстора VTJЗ поступает по.1ожи
тельный импульс обратного хода и открывает его, а следовательно, и тран
зистор VT/4. При этом напряжение на конденсаторе С/8 суммируется с на
пряжением (р11с. 6.9,з), возникающим на резисторе R47 при открытом тран
зисторе VT 14, в результате чего напряжение на ко.,лекторе транзистора VT8
11ыходноrо каскада во время обратного хода увеличивается· примерно вдвое
по сравнению с напряжением питания во время прямого хода.
Генератор шшульсов .гашения обратного хода лучеif собран на транзи
сторах VT 11, VT 12 по схеме одновибратора. На базу транзистора VT 11
. импульсы
проходят с коллектора транзистора VT9 через сдожную форми
рующую цепь. Дтпельность импульсов устанавливают подстроечным рези
стором R46. Во время прямого хода развертки транзистор VT 11 открыт,
а VT/2 закрыт. При поступлении на базу транзистора VT11 импульса обрат
ного хода он закрывается, а транзистор VT 12 открывается до насыщения и
на коллекторной нагрузке-резисторе R49 возникает прямоуго.%н1:.·~ импульс
гашения обратного хода лучей (рис. 6.9,и).
134
а)
о)
Рис. 6.10. Искаженная форма тока в кадровых отклоняющих катушках, при
водящая к искажению изображения
В схемах кадровых разверток могут возникать типичные де
фекты. Например, наличие на экране телевизора яркой гори
зонтальной полосы свидетельствует об отсутствии вертикальной
развертки. Для отыскания причины данной неполадки необходи
мо убедиться в отсутствии обрыва кадровых катушек, замерив
сопротивление между соответствующими контактами соедини
теля (порядка 15-16 Ом), затем проверить напряжения; если и
они в порядке, то осциллографом проверить осциллограммы
в задающем генераторе и дифференциальном усилителе.
На рис. 6.10 показана форма тока в отклоняющих катушках,
могущая вызвать появление сжатого снизу (а) или «завернуто
го» (б) изображения. Изменение размера растра (мал или ве
лик) может быть вызвано утечкой или обрывом в конденсато
ре С7, отсутствие половины растра вызывается пробоем тран
зистора VTB или конденсатора С12 и т. д. И во всех случаях
осциллограф явится если и не самым быстрым, то самым на
дежным средством определения неисправности.
6.•. ПРММЕНЕНМЕ осциnnоrРАФА ПРМ ОПРЕАЕПЕНММ HAPYWEHИfl
ЦIЕТОIОСПРОИЭIЕАЕНИI
Воспроизведение цветного изображения потребовало введения в телеви
зор целого ряда дополннтельных схемных решении. В общих чертах работа
канала цветности телевнзора сводится к следующему: после усиления при
нятого радносигнала в11деос11гнал поступает в кана.1 яркости н канал цвет
нссти. В канале яркости имеется линия задержки, которая компенсирует
некоторую задержку сигнала в канале цветности, так что видеоспгналы
поступают на катоды и модуляторы кинескопа с одинаковыми задержками.
Яркостный сигнал поступает на три катода кинескопа. При этом с помощью
двух потенцнометров обеспечивается возможность установки необходимой
пропорции между контрастностью по отдельным основным цветам. Обычно
в канале красного цвета регулировка не производится.
Видеосигнал с выхода детектора поступает на фильтр, в котором про
изводнтся коррекцня частотной характеристик~~ телевизионного канала. Затем
стопт ограничитель, срезающий паразитную амплитудную модуляцию частот-
135
110-модулироваиного цветного ·сигнала помехами и яркостным видеосигна.пом.
Выход ограничителя 1,1одключен к линии задерж.ки, время задержки которой
равно длительности одной строки.
Далее следует каскад, характерный для телевизора, работающего на
сисТеме СЕКАМ- цветовой коммутатор на диодах, управляемый триггером.
Переключающий триггер управляется импульсами обратного хода строчной
развертки. Каждый из диодов находится в течение одной строки в одном
положении, в течение дpyro(i строки - в другом.
Воздействие сигнала трех основных цветов R. G, В происходит на участ
ках катод - модулятор кинескопа (на катоды подается яркостный снгнал У).
На два частотных дискриминатора цветовые сигналы R - У и В - У посту
пают по времени каждой ,строки (одни снгнал-незадержанный, второй
эадержаниый на период строки). Выходные видеосигналы дискриминаторов
после соответствующих усилителей следуют на модуляторы красного и сине
го лучей трехцветного кинескопа и, кроме того,. используются для формиро
вания цветоразностного сигнала G - У, которЬiй подается на моду.1ятор
зеленого луча.
Устройство цветовой сигнализации управляет работой коммутатора
цветовых сигналов. При правильной работе коммутаторов при передаче с те
лецентра сигнала красного цвета коммутатор должен подключить незадер
жанный выходной сигнал ограничителя к дискриминатору красного цвета,
а дискриминатор синего - получить сигнал предыдущей строки.
Полный видеосигнал цветного изображения содержит сигналы опозна
вания, предназначенные для обеспечения синфазной , работы коммутаторов
приемного и передающего устройств, а также для автоматпческого переклю
чателя приемника цветного телевидения с режима приема черно-белых пере·
~ач в режим приема цветных н обратно. Сигналы опознавания передаются
в течение девяти строк во время обратного :Хода кадровой развертки.
...
В схеме совпадения про11сход11т обработка импульсов опознавания, сни-
маемых с выхода зеленого канала, и в случае сбоев цветной синхронизации
производится корректировка фазы импульёов коммутации. Одновременно про
исходит запирание канала цветности на все время всего испорченного кадра,
т. е. при нарушении цветовой синхронизацип изображение становится черно
белым.
Все эти операции выполняются в модуле цветности, состоящем нз 3-
4 микросхj!м, например, типа К174. В современных моделях применяют мо
ду.пи типа МЦ-2, МЦ-3 и т. п.
Особенности масочного кинескопа требуют целого ряда устройств для
коррекции движения лучей: устройства ~татического н динамического сведе·
ння лучей, коррекции положения синего луча, реrулировкп чистоты белого
цвета, размагничивания кинескопа и т. д. В настоящее .время в телевизорах
ставятся кинескопы с самосведеннем. Работа схем цветного телевизора, пра
Рнла эксплуатацнп 11 ремонта описаны во многих источниках. Ниже рассмот
рены некоторые применения осциллографа для просмотра сигнала в цепях
цветного телевизора.
Для отыскани~ неисправностей в черно-бе-!JОМ тракте ЦВТ
пригодны те же методы, которые используют в обычном черно-
136
белом телевизоре. Однако для получения четкого представле
ния о процессах, определяющих прохождение и формирование
цветовых сигналов, очень полезен осциллограф. Наиболее при
годны для работы с приемниками цветного телевидения специ
альные телевизионные осциллографы С 1-55, С 1-57, С9-1 и осо
бенно новый С 1-130, имеющие полосу пропускания 10-15 МГц
и возможности выделения отдельных строк и измерения боль
шого количества специальных характеристик. Но для выполне
l'ИЯ обычных ремонтных и настроечных работ вполне достаtоч
но применить осциллографы с полосой пропускания 7-10 МГц
и ждущей разверткой.
Неисправности, возникающие в телевизоре, разделяют обыч
но на три категории: а) связанные с отсутствием свечения экра
на, яркостью и фокусировкой; б) приводящие к отсутствию или
неправильному воспроизведению черно-белого изображения;
в) вызывающие пропадание или искажения цветного изображе
ния (отсутствие цвета, нарушение цветовой синхронизации, пло
хое воспроизведение цвета).
Универсальные осциллографы применяют главным образом
для проверки схемы синхронизации, блоков строчной и кадро
вой развертки, гашения, коррекции подушкообразных искаже
ний, регулировки канала цветности и автоматической регули
ровки усиления.
Осциллограф вместе с сигналами цветных полос, которые
систематически передаются телевизионным центром, можно
использовать для выполнения следующих операций: проверки
прохождения поднесущих сигналов цветности, модулированных
цветоразностными сигналами ER-Er и Еу-Ев через канал
цветности; выравнивания уровней поднесущих прямого и за
держанного кана.ТJов; настройки и проверки обратной коррекции
высокочастотных и низкочастотных предыскажений, установки
нулей частотных дискриминаторов; регулировки и проверки
уровней цветоразностных сигналов; регулировки и проверки
цветовой синхронизации. При этом сигнал цветных полос может
поступать вместе с высокочастотным сигналом на антенный вход
телевизора (от телецентра) или как видеосигнал на вход
яркостного канала (от генератора).
Внешние признаки дефектного цветовоспроизведения -
отсутствие цветного изображения, нарушение правильности цве
товоспроизведения, нарушение синхронизации.
При пропадании или отсутствии цветного изображения, ко
торое может произойти из-за неисправностей в радиоканале,
в яркостном канале и канале цветности, осциллограф может по
мочь в уточнении места неисправности, например в измерении
амплитуды сигнала на нагрузке видеодетектора, который не
должен быть менее указанного в инструкции. Его можно заме
рить на входе к~нала цветности (рис. 6.11,а).
137
~ ИvHl-"1
а)
Линия paJlepmкu
11"}
Непра4ил11нf1
nра6ильно
~)
Gела11
пqлqса
ж)
R
1/ерна11
полоса
Рис. 6.11 . Формы сигна
лов в каналах цветности
При появлении цветных помех (цветной «снег» на черно-бе
лом изображении) дефекты можно искать в канале яркости,.
откуда снимается сигнал в блок цветности, и в самом блоке
цветности. При помощи осциллографа следует убедиться в при
сутствии видеосигнала на входе блока цветности. Причиной
таких помех может быть неисправность микросхемы в модуле
цветности, утечки в конденсаторах, неустойчивые контакты
и др.
При резком нарушении правильности цветовоспроизведения,
когда при передаче черно-белого изображения поле эКрана
остается окрашенным в какой-либо цвет, причиной нарушения
может быть выход из строя одной из пушек кинескопа. Если
138
имеется неисправность в одном из цветоразностных каналов, то
будет резко нарушено цветное изображение. Осциллограф с де
лителем 1: 10 подключают к соответствующим контрольным
точкам.
Для установки режима микросхемы выделения сигналов цве
товой синхронизации и управления каналом цветности подстроеч
ным резистором добиваются симметрии сигнала относительно
линии развертки без сигнала, как это показано на рис. 6.11,б.
д.1я настройки контура коррекции ВЧ-предыска'Жений враще
нием подстроечника катушки контура получают возможно мень
шую амплитудную модуляцию сигнала в соответствии
с рис. 6.11,в. Для настройки системы цветовой синхронизации
осциллограф через резистор 20-22 кОм подключают к соответ
(.Твующей контрольной точке и подстроечником катушки доби
ваются максимальной амплитуды первой части импульсов опо
знавания (рис. 6.11,г). При этом на осциллограф желательно
подать импульсы от соответствующей контрольной точки. Под
строчным резистором выравниваются также амплитуды прямого
и задержанного сигналов в соседних строках, что показано
стрелкой на рис. 6.11,д.
Осциллографом также настраивают нули дискриминаторов.
Подключают прибор последовательно к контрольным точкам
контуров R - У, В
-
У и сравнивают положение уровня напря
жения, соответствующего белой и черной полосам с положением
линии развертки. На рис. 6.11,е показана осциллограмма «крас
ного» цветоразностного сигнала R- У. Если уровни не совпа
дают, то вращением подстроечника катушки их совмещают. Для
повышения точности настройки чувствительность осциллографа
устанавливают минимальной.
После этого осциллограф переключают на контрольную точ·
ку «синеrо» цветоразностного сигнала В - У (рис. 6.11,ж). При
необходимости вращения сердечника катушки подстраивают
нуль частотного детектора до совпадения уровней белой и чер
ной полос с линие{i развертки.
rn11a7
ПРИМЕНЕНИЕ осциплоrРАФА ПРИ АНАЛИЗЕ РА&ОТЫ
ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
7.t. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕНСПРАIНОСТЕА ВЫПРЯМНТЕЛЕА
При работе с источниками питания следует еще раз напом
нить о необходимости соблюдения мер безопасности, так как
в них первичный источник энергии - электрическая сеть имеет
довольно высокое напряжение и большую мощность. Особенно
139
о--~--о+
~
о-----о-
а.)
Рис. 7.1 . Схемы выпрямителей:
а - однопопупернодный; 6 - двухпопупериодный; в - мостовой; г - одноnопуnериодный
трнфазныR; d - мостовоА трехфазный; е - двухпопуnериодный с удвоением; ж -
одиоnопуnерводныА с удвоеnием; з - двухпопупериодныА трехфазный: и - е умножением
напряжения
осторожно нужно работать с бестрансформаторными выпрями
телями и схемами, питающимися от таких выпрямителей.
Соединение измеряемой цепи с входом осциллографа долж
но иметь надежную изоляцию. Часто применяют кабель с двумя
зажимами «крокодил:., на которые надевают изолирующие труб
ки. Манипуляции при подключении нужно проводить одной
рукой; процесс измерений не затягивать и отключать прибор,
как только измерение закончено.
Аналогичные меры предпринимают, если требуется соединить
корпус осциллографа с выводом выпрямителя, находящимся
под значительным потенциалом относительно общего провода.
При испытаниях выпрямителей с выходным напряжением
выше 200 В вообще нельзя соединять корпус осциллографа с не
зазем.11енной клеммой такого выпрямителя, так как изоляция
в блоке питания осциллографа не рассчитана на напряжение
выше 500 В.
Основные преимущества дает применение осциллографа в тех
случаях, когда неисправность выпрямителя проявляется в виде
пониженного \:lапряжения и (или) повышенной пульсации. Су-
140
ществуют весьма совершенные схемы источников питания, но
для определения пульсаций, возникших в любой схеме, лучше
всего пользоваться осциллографом. Частота пульсаций. равна
частоте сети для схем на рис. 7.1,а и ж; удвоенной частоте сети
;~.ля схем на рис. 7.1,б, в и ё; утроенной частоте сети для схемы
на рис. 7.1,г; ушестеренной частоте сети для схем на
рис. 7.1,д и и.
Частота пульсаций зависит от частоты сети и типа выпрями
теля, амплитуды пульсаций, а также и от вида фильтра, пара
метров его элементов и тока нагрузки. Амплитуду пульсаций
на выходе звена фильтра можно оценить, зная амплитуду пуль
саций на входе и коэффициент ослабления звена.
Пониженное напряжение на входе фильтра при нормальной
амплитуде и частоте пульсаций указывает на обрыв одной из
обмоток сИJiового трансформатора в тех случаях, когда приме
няется их параллельное включение.
Пониженная частота и повышенная амплитуда пульсаций
наблюдаются при обрыве одного из диодов в выпрямителях,
выполненных по схемам на рис. 7.1,б-д, и. В схемах на
рис. 7.1,б, г, д такое же явление может быть вызвано обрывом
одной из вторичных обмоток трliJ.Нсформатора, а в схемах на
рис. 7.1,г - и- также и обрывом первичной обмотки. Анализи
руя форму пульсации, можно определить, какие плечи выпрями
теля вышли J!З строя. Для этого осциллограф необходимо по
ставить в режим внешней синхронизации и подать в качестве
запускающего сигнала на вход синхронизации напряжение
одной нз фаз со входа выпрямителя.
Увеличенная амплитуда пульсации на входе фильтра при
нормальной частоте пульсаций может возникнуть при перегруз
ке выпрямителя. Но если ток нагрузки нормальный, то возмож
на потеря емкости первым конденсатором фильтра либо очень
большая утечка в одном из конденсаторов.
Увеличенная амплитуда пульсаций на выходе звена фильтра
при нормальной ампщ1туде и частоrе пульсаций на его входе
указывает на потерю емкости выходным конденсатором или на
межвитковое замыкание в дросселе фильтра.
Пульсации на выходе фильтра, не синхронные с напряже
нием сети, возникают из-за влияния переменной сосТавляющей
тока нагрузки и указывают на потерю емкости выходным кон
денсатором фильтра.
7.2 . CТAINJIИ3ATOPW HAПPSDICEHМ.
Компенсационные стабилизаторы напряжения или стабили
заторы непрерывного действия·- это система автоматическоrо
регулирования, представляющая усилители постоянн<?го тока,
охваченные глубокой отрицательной обратной связью.
141
Рис. 7.2 . Структурные схемы стабилизаторов непрерывного типа
Упрощенные схемы стабилизаторов компенсационного типа
с последовательной (а) и параллельной (б) регулировкой при
ведены на рис. 7.2. В процессе работы происходит непрерывное
сравнение напряжения на нагрузке Rн (ьли части его) Ин
с спорным напряжением Иоп· Полученный сигнал рассогласо
вания ЛИ=Иоп-Ин усиливается и подается на вход регулирую
щего элемента, сопротивление которого изменяется в зависимо
сти от сигнала рассогласования. Напряжение на нагрузке Ин=
= Ивх-ЛИр (дИр - падение напряжения на регулирующем эле
менте).
В качестве регулирующего элемента используют транзистор,
коллектор и эмиттер которого включены в основную цепь, а на
базу подается сигнал управления (рассогласования). В мало
мощных стабилизаторах регулирующий транзистор является не
обходимым элементом схемы. При больших токах нагрузки ре
гулирующий элемент выполняется на составных или параллель
но включенных транзисторах. Оконечный транзистор может
быть дискретного исполнения. Регулирующий элемент одновре
менно выполняет функции сглаживающего фильтра. Наиболее
широко распространены схемы с последовательным включе
нием. Опорное напряжение снимается со стабилитрона, питание
которого может осуществляться как со стороны выходного, так
и входного напряжений.
Таl<'ие стабилизаторы выполняют на единой полупроводнико
вой микросхеме, обеспечивающей функции стабилизации напря
жения, сглаживания пульсации, а также защиты от перегрузок.
Приведенная на рис. 7.3 схема компенсационного стабили
затора напряжения в интегральном исполнении на микросхеме
К142ЕН1 содержит все функциональные узлы, показанные на
рис. 7.2.
Источник опорного напряжения состоит из элементов VTJ,
VT3, VT10, Rl, R2, дифференциальный усилитель- из элемен
тов VT2, VТб, VT7, R3, регулирующий элемент VT4, VT5. Для
функционирования схемы и получения заданного выходного на-
142
i}
Рис. 7.3 . Схема компенсацнощ1Ого стабилизатора, выпОJ1ненная в интеграль
ном модуле (а), и схема его включения (б)
пряжения подключаютс11 внешние элементы....:;;... резисторы и кон
денсаторы (рис. 7.3,б).
Работает схема следующим образом. Опорное напряжение
U00 от внутреннего источника и напряжение, nропорциональное
выходному ЛUаых с внешнего делителя R5, Rб, сравниваются
дифференциальным усилителем. Разностный усиленный сигнал
воздействует на базу составного транзистора VT4, VT5, изме
няет сопротивление регулирующего органа и компенсирует
изменение выходного напряжения на выводе 13.
·Требуемое значение выходного напряжения устанавливается
с помощью регулировочного резистора Rб. Выходной делитель
может быть заменен стабилитроном и резистором. Для увели
чения выходного тока к выводам 13, 16 микросхемы может быть
подключен внешний мощный транзистор. Функции защиты от
перегрузок 'и коротких замыканий осуществляется элементами
VT8, VT9, VT/2, R4, R7-R9.
Неисправности компенсационных стабилизаторов, выполнен
ных на транзисторах. Такие неисправности отыскивают, прове
ряя режим по постоянному току с помощью вольтметра или
осциллографа с открытым входом. Однако имеется ряд неис
правностей, которые могут быть исследованы только с помощью
осциллографа.
Возбуждение стабилизатора проявляется в виде быстрых периодических
колебаний напряжения на его выходе, частота собственных колебаний воз
буждающегося стабилизатора в зависимости от параметров и вида неиспра11-
ностн может лежать в диапазоне от единиц до сотен килогерц, а амплиту
да - от десятков милливольт до единиц вольт.
Причина возникновения колебаний заключается в следующем. Стабили
затор представляет собой усилитель с большим коэффициентом усиления,
охваченным глубокой обратной связью. Для того чтобы схема стабнлнз'атора
143
сыла устойчива, фазовый сдвиг сигнала в петле обратной связи должен быть
менее 180° во всей полосе частот, где коэффициент усиления преВышает еди
ницу. Обычно для соблюдения этого условия на выходе стабилизатора вклю
чают конденсатор большой ем1<ости (С/ на рис. 7.2,б). Выход и~ строя этого
конденсатора (обрыв или потеря емкости) может вызвать воз~уждение ста
билизатора. К такому же эффекту может привести увеличение сопротивления
мЕ'жду выводом конденсатора и его обкладкой до нескольких десятых долей
11ли единиц ом, которое наблюдается в электролитических конденсаторах.
Такой отказ трудно обнаружить с помощью· имеющихся простых спосо
бов проверки электролитических конденсаторов (например, по броску стрел
ки омметра). В некоторых схемах стабилитронов в качестве С/ применяют
два параллельно включенных конденсатора: э..1е'ктролитический большой
емкости и какой-либо конденсатор с малой собственной индуктивностью.
В этом случае возбуждение может быть вызвано обрывом второго конден
с11тора. Причиной возбуждения может быть также неправильный монтаж
выходных цепей стабилизатора (конденсатор С/ связан с выходом длинными
проводами), в этом <:Лучае возбуждение вызывается падением напряжения
tta паразитной индуктивности и сопротивлении проводов.
Возбуждение стабилизатора возможно при индуктивном характере на
гrузки, если запас устойчивости в контуре обратной связи стабилизатора
мал, т. е. при активной нагрузке фазовый сдвиг на частоте ед11ни1111ого уси
ления, хотя 11 не достигает 1800, но превышает 135°.
Затухающий колебательный процесс на выхо;~е стаби.111затора ори пере
пгде (подключении или снятии) нагрузки указывает на малый запас устой
чивостп. Возможные причины этого дефекта в основно111 те же, что и воз
Gуждею1я. Стаби.1изатор с малым запасом устойчивости потенциально нена-,
дежен, так как небольш11е дестабилизирующие вл11яю1я могут сде..1ать его
неустойчивым.
Повышенный уровень пульсаций на выходе стаб11J1изатора прп нормаль
ных пульсациях на входе 11 нормальном режиме стаб11J111затора по постоян
ному току указывает на обрыв конденсатора, блокпрующего резистор Rl
(С2 на рис. 7.2,а и б).
Импульсные источники питани11. В последнее время в связи с появлением
высоковольтных транзисторов получают распространенпе (особенно в мало
габаритных телевизорах) новые источники питания, содержащпе бестранс
фор111аторный выпрямитель, ключевой стабилизатор напряжения 11 преобра
зователь. Общие принципы такого стабилизатора заключаются в том, что
в них регулирующий транзистор работает в имоу.1ьсном режиме. Так же
как 11 в стаб11л11заторе непрерывного типа, в нем есть регулирующий тран
зистор, выходной де..1итель, источник опорного напряжен11я и усилитель сиг
нала рассогласования. Однако вводятся еще генератор импульсов, трансфор
матор, дроссель и регу.1Ирующий диод. Но при этом не нужны громоздкий
и дорогостоящий силовой трансформатор и электролитические конденсаторы
большой емкости нЭ-за низкой частоты пульсаций выпрямленног" напряжения.
В телевизорах начали применять синхронизируемые импульсные преобра
зователи с широтно-импульсной модуляцией и импульсные источники пита
нн11, совмещенные с выходным каскадом генератора строчной развертки. На
144
вне
ип
т
вин
уу
Рис. 7.4 . Структурная схема импульсного устройства питания
рис. 7.4 показана схема такого импульсного устройства питания. Выпрями
тель напряжения сети вне выпрямляет входное переменное напряжение и•.
Выпрямленное напряжение сглаживается фильтром ФJ, и полученное посто
янное напряжение д.1 преобразуется в импульсном преобразователе ИЛ
в импульсное напряжение достаточной высокой частоты. Трансформатор Т
позволяет получить на вторичной обмотке импульсы нужного размаха и изо
лировать посJ;Iедующую часть схемы от питающей сети. Выпрямитель импульс
ного напряжения ВИН выпрямляет напряжение вторичных обмоток Т, кото.
рое сглаживается фильтром Ф2, образуя на выходе напряжение питания те
левизора Ев2·
Основным элементом такого устройства питания является импульсный
преобразователь ИЛ, содержащий прерыватель (ключ) в цепи подачи вы
прямленного напряжения сети Е.1 на трансформатор, а также устройство
управления УУ прерывателем, опредемющее частоту и скважность имп~льсов
управления.
Роль задающего генератора для импульсного преобразователя обычно
в таких схемах выполняет задающий генератор строчной развертки, и сам
импульсный преобразователь совмещается с выходным каскадом строчной
развертки.
В качестве примера рассмочrим структурную схему блока питания теле
визора «Электроника Ц-430:. и «Электроника Ц-432:.. Блок питания обеспе
чивает работу телевизора как от сети переменного тока, так и от аккумуля
торной батареи (рис. 7.5). В первом режиме сетевое напряжение, прошедшее
через помехоподавляющий фильтр ПФ, выпрямляется выпрямителем В на
пряжения. Выпрямленное напряжение 130 В стабилизируется с помощью
тиристорного стабилизатора ТС, состоящего из тиристора и устройства управ
ления. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет регули
рования фазы включения тиристора в течение полуволны поступающего на
ero анод напряжения, которое подается на импульсный преобразователь
ИПJ, работающий на строчной частоте. Тиристорный стабилизатор обеспе
чивает стабилизацию напряжения 130 В как при изменении тока нагрузки,
так и при изменении в широких пределах питающего напряжения сети. Триг
ГЕсрное устройство защиты ТУЗ выключает ТС при нарушениях контакта
в сетевой розетке, а также при увеличении потребляемого тока от стабили
затора выше допустимого. Импульсы управления ИЛ/ формируются задаю
щим генератором ЗГ строчной раз11ертки. Нагру;зкой преобразователя ИП/
является первичная обмотка / трансформатора ТЗ. В цепях вторичных обмо
ток / / включены выходные выпрямители ВВ блока питания. Кроме того,
145
Иfl'JI
СтроУные
си.нхро-. -
IUIЛjllllCЫ n
Рис. 7.5 . Структурная схема блока питания телевизора сЭлектроника Ц-430:.
с обмотки Vlll этого трансформатора снимаются импульсы управления для
выходного каскада генератора строчной разверткн, находящегося в модуле
строчной развертки.
При питании телевизора от аккумулятора напряжение 12 В преобразует
ся в импульсное с помощью импульсного преобразователя HПII, нагружен
ного на первичную обмотку ll трансформатора 13. Управляется HПll также
импульсами с ЗГ. Режимы питания переключаются переключателем ПР.
Синхронизация 3Г по частоте и фазе осуществляется с помощью устройства
ФАПЧ, в котором сравниваются разнополярные строчные импульсы, снимае
мые со вторичных обмоток трансформатора Т2 и пилообразные импульсы,
которые вырабатываются генератором пилообразного напряжения ГПН. Для
стабилизации выходных напряжений блока питания при изменениях потреб
ляемого тока и выходных напряжений 130, 12 В применена схема широтно
импульсноА модуляции ШНМ импульсов управления преобразователями.
В случае снижения напряжения на вторичных обмотках трансформатора ТЗ
также снижается напряжение и на обмотках Jl, 111. Это напряжение в кас
каде ШНМ выпрямляется и сравнивается с опорным. Полученное напряжение
ошибки подается на 3Г для изменения ширины (скважности) управляющих
импульсов таким Qбразом, что происходит компенсация снижения вwходиых
напряжений. На рис. 7.6 показаны некоторwе формы сигналов источника
питания.
Неисnравност11 бпока питани11. Если блок питания (БП) не
включается, то в общем случае имеются следующие пути лока
лизации дефекта: анализ работоспособности БП при питании
его от источника 12 В и от сети, а также проверка работоспо
собности тиристорного стабилизатора при работе его на экви-
146
tj t::t
м"
Cl:i
~-.;:
...
а)
tf)
6)
lmI JlВ lJDI
"'
г)
q)
е)
Рис. 7.6 . Формы сиrна.~~ов в цепях ~ока питания:
а - напряжение на аноде тиристора, частота 100 ГQ; б - иааряжеяие на катоде тири
стора; в - напряжение на конденсаторе - источнике питания первоrо транзистора уз.па
управ.пения тиристором; г - выходное напряжение твристорноrо стабипиэатора через
обмотку трансформатора и защитный диод, подаваемое на коп.11ектор предвыходяоrо
транзистора; д- напряжение яа базе выходноrо транзистора; е - форма выходного
импупьса
валент нагрузки. В общем случае порядок ремонта БП может
быть следующим:
заменяют данный БП на заведомо исправный с целью опре
делить место нахождения дефекта - в БП или во внешних це
пях. Если такой возможности нет, то кратковременно включают
БП на холостом ходу и замеряют выходные наdряжения на
разъеме, которые в случае дефекта должны быть значительно
больше номинальных;
подключают БП к вспомогательному внешнему источнику
12 В, 5 А. Если транзисторный стабилизатор не работает, то
проверяют осциллографом покаскадно наличие импульсов от
выхода микросхемьr до эмиттера выходного транзистора
(рис. 7.6,е). При отсутствии импульсов проверяют напряжения
на выходах микросхемы (МС). Заниженное напряжение может
быть следствием утечки подключенного к этому выводу МС кон-
денсатора;
·
подключают БП к сети 220 В. Если при этом БП не вклю
чается, то цеисправен тиристорный стабилизатор или выходной
каскад транзисторного стабилизатора. Для этого осциллогра
фом проверяют наличие импульса на базе и на коллекторе вы
ходного транзистора. Поиск неисправности в тиристорном ста
билизаторе начинают с проверки исправности транзисторов и
диодов. Может быть пробит тиристор. Осциллографом опреде
ляют наличие импульсов частотой 100 Гц на аноде тиристора
(рис. 7.6,а). Если они отсутствуют, то проверяют каскады схемы
до входа. При наличии импульсов дефект ищут в остальной
части тиристорного стабилизатора. Отсутствие пилообразного
напряжения, идущего на конденсатор - источник напряжения
первоrо транзистора от входного делителя, может быть вызвано
147
неисправностью конденсатора или транзистора. Отсутствие
импульсов на управляющем электроде тиристора может быть
вызвано обрывом подключенного к нему конденсатора.
Срыв строчной синхронизации может вызываться утечкой
конденсаторов, подпаянных к выводам микросхемы VDJ. Но
если импульсы поступают на соответствующий вывод микросхе
мы, а синхронизация отсутствует, то МС подлежит замене.
7.3 . НЕИСПРАВНОСТИ ПРЕО&РАЗОВАТЕЯЕИ НАПРIЖЕНИI
Транзисторные преобразователи. Они преобразуют постоянный ток в пе
ременный. Сущность инвертирования заключается в том, что первичная
обмотка силового трансформатора поочередно подключается к сети постоян
ного тока с противоп<У.'lожной пощ1риостью. При этом на обмотках трансфор
матора появляется переменное напряжение прямоугольной, трапецеидальной,
с1·упенчатой или синусоидальной формы. Повышение частоты преобразования
приводит к существенному уменьшению массы силового трансформатора. На
пример, для трансформаторов с выходной мощностью 250 Вт при увеличении
частоты преобразования с 1 до 100 кГц масса уменьшается примерно
в 100 раз.
Двухтактные транзисторные преобразовате.аи напр11жени11. Содержат два
(11етыре) транзисторных ключа и силовой трансформатор. Ec.JJи от преобразо
вателя требуется постоянное напряжение, то на его выходе вк.JJючается вы
прямитель, обычно двухполупериодный или мостовой.
На рис. 7.7 показаны упрощенные принципиальные схемы двухтактных
преобразователей (цепи без транзисторов на рис. 7.7,в не показаны). В пре
образователях цепь смещения Rб и Rc иногда делают общ!!Й для двух трап-
148
Рис. 7.7 . Схемы двух
тактных преобразовате
лей с самовозбуждением:
а - с парамельиым вмю·
чеиием ппеч по постоянному
rоку; б - с поспедоватепь
иым вмючеиием ппеч (по
пумостовая); tJ - мостовая
зисторов (Rci включают между средней q./d
точкой базовых обмоток и эмиттерами
~
fz
транзисторов).
Dl::l~:-"t::==f,_'"f:::!8;t
В зав11снмости от того, откуда посту-
пают сигналы управления транзисторами•.
раз.1ичают три вида преобразователей: в са
мовозбуждающихся преобразователях с на
сыщенным силовым трансформатором на
пряжение снимается с обмоток ror, разме
щенных на силовом трансформаторе Т;
11 самовозбуждающемся преобразователе
с ненасыщенным силовым трансформатором
обмотки ror размещаются на отдельном
маломощном трансформаторе, одна из об
моток которого подключена к какой-либо
обмотке силового трансформатора Т; в пре
образователе с независимым возбуждением
базовые цепи ключевых транзисторов свя
заны через трансформатор с отдельным
ма.1омощным генератором возбуждения.
Независимо от схемы и способа
Рис. 7.8 . Диаграммы напряже
ний и ТОКОВ с одного плеп
преобразователей
возбуждения осциллограммы напряжений и токов в двухтакт
ных преобразователях (рис. 7.7) имеют один и тот же вид, при
веденный на рис. 7.8 (показаны токи и напряжения для одного
плеча). В исправнои преобразователе интервалы bl2 и t1t3
практически равны; разница их не превышает 2-3%, поэтому
ее трудно увидеть на экране осциллографа.
Амплитуда напряжения коллектор - эмитт~р примерно
вдвое превышает напряжение питания для cxer.Jы на рис. 7.7,а
и примерно равна напряжению питания для схем на рис. 7.7,в.
В интервале tit2 транзистор заперт, а в интервале t2tз открыт
и насыщен. Ток коллектора представляет собой сумму траве·
формированного тока нагрузки (/и на рис. 7.8) и тока намагни
чивания трансформатора, который меняется по линейному за
кону, чем объясняется наклон вершины импульса коллекторного
тока. Форма импульса коллекторного тока на рис. 7.8 соответ
ствует чисто активной нагрузке, для которой lн почти постоя
нен; для нагрузки, имеющей реактивную составляющую, напри
мер выпрямитель с фильтром, lн может меняться в течение по
лупериода и соответственно график lк(t) будет иметь дpyrol
вид.
Выбросы напряженпя базы и отрицательный выброс тока базы (показа1111
на рис. 7.8 штрихом) появ.'lяются в тех случаях, когда для формировано
включения и выключения транзисторов в базовые цепи вводят ус:хоряющве
конденсаторы (Cci на рис. 7.7). Положительный выброс тока базw в момен
ты t1 11 t 3 вызван зарядом, накопленным в базе транзистора, и может бmъ
149
ма.1 пр11 достаточно быстродействующем транзисторе. Обычно выбросы за
метны, есла применяются сплавные транзисторы (например, П214-П217, П4
в др.).
Колебания напряжения Ик• после моментов t 1 11 t3 (показаны на рис. 7.8
u1трихом) могут наблюдаться в схеме на рис. 5.10,а, ecJJи у контура, обра
зованного паразитной емкостью коллекторного узла и индуктивностью рас
сеяния первичной обмотки трансформатора Т, добротность больше единицы.
Неисправности двухтактных преобразователей. Очень боль
шой потребляемый ток (сгорание предохранителя, если он есть)
вызывается коротким замыканием коллектор - база или кол
лектор.- эмиттер в одном из транзисторов (см. рис. 7.7,а) или
двух транзисторах (см. рис. 7.7,б н в) .. В преобразователе с не
зависимым возбуждением то же са~ое будет наблюдаться при
коротких замыканиях в нагрузке, диодах выпрямителя, транс
форматоре.
Отсутствие генерации в преобразователе с самовозбужде
нием возможно при замыкании в нагрузке, пробое диода выпря
мителя или при междувитковом замыкании в трансформаторе.
·Жесткое возбуждение в преобразователе с самовозбужде
нием (для запуска нужен внешний ;олчок, например касание
отверткой и т. п.) указывает на обрыв в одном из RC.
Несимметричный режим в схемах на рис. 7.7,а и ~ [разница
форм полуволн Uкз (t), заметная на экране осциллографа],
может наблюдаться при обрыве цепи любого электрода при ко
ротком замыкании база - эмиттер одного из транзисторов,
а также при обрыве одного из диодов выпрямителя.
-
Асимметрия выходного напряжения в схеме на рис. 7.7,б,
сопровождающаяся понижением выходного напряжения, будет
наблюдаться при обрыве одного из диодов выходного выпрями-
теля, если этот выпрямитель одян.
'
Если к выходу преобразователя·подключено несколько вы
прямителей, то при обрыве диода в одном из них на его выходе
напряжение понизится, а на выходе других выпрямителей - по
высится (за исключением тех, которые выполнены по схемам
умножения на рис. 7.1,е, ж, к), и также появится асимметрия
формы напряжения на первичной обмотке. Степень проявления
всех этих признаков зависит от того, какую долю мощности по
требляет неисправный выпрямитель. Хороший индикатор
исправности преобразователя, выполненного~ по схеме, изобра
женной на рис. 7.7,б, - это значение напряжения в общей точ
ке конденсаторов CJ и С2: в исправном устройстве она равна
половине напряжения источника питания- с точностью до долей
вольта.
Однотактнwе преобразователи и их неис:nравнос:тв. На рис. 7.9,а приве
дена схема однотактного преобразователя. Графики напряжений 11 токов, иэо-
150
и~.
Uo
'11
-<-Н
1)
I"
Рис. 7.9. Схема однотактноrо преобразователя (а) и ero наrрузочные харак·
тернстнки (б)
браженные на рис. 7.8, справедливы и для однотактн111х преобразователей,
с той т1шь разницей, что в них режим почти никоrда не бывает симмет·
рнчным.
Назовем полуволну напряженю~ на обмотках трансформатора в интер·
вале t2ta прямой, а полуволну tst2 - обратной. Соотношения амплитуд и
длитепьностu прямой 11 обратной полуволн зависят от наrрузки и от тоrо, как
подключены диоды выпрям11теля 1( выходным обмоткам. В связи с этим раз·
.пнчают преобразователи первого, второго и третьего типа: преобразовател~,
с выпрям.:rением прямой полуволны напряжения на выходе (диод VD2, BК.lllO·
чен так, как это показано на рис. 7.9,а, сплошной линией); преобразователь
с выпрямленt1ем обратной полуволны (вuючение диода VDЗ показано штри·
ховой линией); преобразоваrель с выпрямлением обеих полуволн (на выходе
в этом случае должен включаться мостовой или двухполупериодный выпри·
митель).
Так как ори малых иаrрузках (в преобразователе первоrо типа - иеза·
висимо от нагрузки) амплитуда обратной волны практически ничем не orpa·
иичена, то для того, чтобы в транзисторе или диоде не наступил режим про·
боя, в схему вводят цепь ограничения.
На рис. 7.9,б показаны нагрузочные характеристики всех трех типов
преобразователей (кривые 1, 2, 3 соответственно). По вертикальной оси отло·
жены значения выходного напряжения и."х. пересчнтанноrо к первичноl
обмотке. Кр11вая 3 на начальном участке совпадает с кривой 2. Напряжение
Uo определяется напряжением стабилизации Uc стабилитрона VDJ:
Uo-Uc-Us.
Являясь нагрузочной кр11вой, rрафик на рис. 7.9,б в то же время дает
представление о соотношении длительностей и амплитуд прямой и обратной
nолуволн для преобразователей второrо и третьего типов:
Uт-U'.".+Us; to/t.- U'awx/Ua.
(Смысл Um, to, ta ясен из рис. 7.8, U'." •• U1 -из рис. 7.8 и 7.9)
151
В преобразователе первого типа
Ит=Ио=Ис-И1; to/ta::::;(Uo-U1)/U1.
Из графика на рис. 7.9,б следует, в частности, что в преобразователе
третьего типа при средних и больших токах нагрузки режи~ близок к сим
метричному (to:=:::::fп).
Неисправности однотактных преобразователей. Эти неисправ
ности проявляются в основном так же, как и неисправwости
в двухтактных (см. рис. 7.7,а), со следующими отличиями:
к однотактным преобразователям не относится пункт несиммет
ричный режим, так как такой режим в них не есть признак не
исправности; при коротком замыкании в нагрузке преобразова
теля второго типа не происходит срыва возбуждения, но резко
понижается частота генерации (и, конечно, пропадает выходное
напряжение); при обрыве диода в преобразователях первого и
второго типа пропадает напряжение и в преобразователе третье
го типа меняется нагрузочная характеристика.
Меры предосторожности при работе с преобразователями.
Преобразователи с независимым возбуждением не допускают
коротких замыканий на выходе. В противоположность им само
возбуждающие преобразователи всех типов допускают их без
какого-либо ущерба. При работе с высоковольтным преобразо
вателем надо соблюдать те же меры предосторожности, что и
с выпрямителем на соответствующее напряжение.
rn••• а
ПРИМЕНЕНИЕ осциллоrРдФд ПРИ НдЛдЖИВдНИИ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОАСТВ
l.t. О&ЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО МЕТОДИКЕ ИЭМЕРЕНИА
Основой вычислительных устройств являются интегральные
схемы. Методика измерения их электрических параметров по
форме и содержанию значительно отличается от методов изме
рения полупроводниковых приборов (ППП) - транзисторов,
диодов и др., которые в достаточной степени определились.
Операции при проверке вычислительного устройства. Органи
зация цикла. На экране осциллографа удобно наблюдать повто
ряющиеся сигналы, поэтому проверяемое устойство ставится
в такой режим, при котором все процессы будут повторяться
циклически. Удобнее всего, когда период повторения не превы
шает нескольких сотых секунды (допустим период доли секун
ды, но тогда придется мириться с мельканием изображения). Не
152
обязательно проверять устройство в одном цикле: можно вместо
одного длинного организовать несколько более коротких.
Синхронизация. В вычислительных устройствах циклы работы
подразделяют на такты - более мелкие временные интервалы.
Необходимо найти в устройстве (или сервисном приборе) сигна
лы, которые можно использовать как синхроимпульсы для за
пуска развертки в некоторых точно известных точках цикла,
отстоящих друг от друга не более чем на 20 тактов.
Временные диаграммы, отражающие изменения состояния
определенных точек узлов в течение цикла, очень облегчают
отладку. Не обязательно, а часто и невозможно иметь времен
ные диаграммы всех рабочих точек схемы. Схема может быть
разбита на основные узлы, определяющие работу всего устрой
ства, и в Этих узлах должны быть предусмотрены контрольные
точки, рассмотрение форм сигналов в которых и обеспечивает
надежность работы всего комплекса.
Поиск неисправности внутри блока проводится после того,
как выявлена неисправность. Последовательно, проверяя осцил
лографом сигналы на входах и выходах всех элементов блока,
локализуют место дефекта. Выявить место дефекта можно по
одному из следующих признаков: выходной (входной) сигнал
элемента (часть времени или все время) находится за границей
нормальных для этого элемента уровней; выходные сигналы
элемента, находясь в пределах нормальных уровней, не соответ
ствуют его функции; входной сигнал одного элемента не соот
ветствует выходному сигналу другого, с которым вход первого
связан по принципиальной схеме.
Первые два признака могут появиться как из-за неисправно
сти (короткое замыкание или обрыв) в монтаже, так и из·За
неисправности элемента. Установить фактическую причину всег
да можно экспериментами (с помощью омметра, отпайки про
водов, замены подозрительного элемента и т. д.). Иногда это
можно сделать непосредственно по осциллограмме. Третий при
знак непосредственно указывает на обрыв ь цепи (в монтаже)
или отсутствие в разъеме.
Когда место дефекта выявлено, остается только его испра
вить. Иногда устраненный дефект мог маскировать другую не
исправность. Так, чередуя поблочную проверку и выявление
дефектных элементов в блоке, добиваются правильного функцио
нирования всех блоков и устройства в целом.
8.2 . ОСО&ЕННОСТИ НАПАЖИВАНИSI УСТРОАСТВ НА ЭПЕМЕНТАХ
ТРАНЭИСТОРНО-ТРАНЭИСТОРНОА nоrики
Схемы транзнсторно-транзнсторноА логики (ТТЛ) широко используютс•
в вычислите.qьных устройствах самого разного назначения. Интегральные схе·
мы ТТЛ создаются по планарной технологии, позволяющей получить на
153
+S,S
5
J
-------, CmaнtJapm-
г------
\ нь1е уро8ки 1
Высокиu 1 ~ \ Высокиu
·~'i·
1
J,~Br
1
1
1
2 49L-------
2 --------.12в
'
:
1
1
1
1
1
v
--------
10.88
1 Низхии
31нл11
Низкиtl 1 '
l),'fB l--------
0,18 -------
Рис. 8.1 . Уровни напряжений на входе и выходе ТТЛ-схем
s
*
з
2
1
одном кристалле сотни компонентов, объединяемых в схемы, выполняющие
законченные функции (триггеры, счетчики, рег11стры и др.). После изготов
дения кристалл помещают в корпус, имеющий 14, 16, 24 или более выводов.
Аналоговое устройство - это такое устройство, в котором спrнал на вы-
1юде меняется непрерывно при постепенном изменении спrнала на входе. Для
цифровых схем существует только два сигнала - два уровня напряжения,
и цифровой сигнал - это чередование двух четко определенных уровней -
высокого и низкого.
На рис. 8.1 показан инвертор нз логического семейства биполярных
ТТЛ-схем с уровнями входного и выходного напряжений. Для обеспечения
надежной работы микросхем низкому уровню на в~оде должно соответство·
вать напряжение в диапазоне от потенциала земли до 0,8 8, высокому уров
ню - напряжение от 2 до 5,5 8. Средняя область на рисунке относптся
к области сигналов неопределенного логического уровня, ей соответствуют
напряжения в диапазоне от 0,8 до 2,0 8; такие напряжения на входах
крайне нежелательны 11 могут приводить к непредсказуемым результатам
па выходах логическ11х элементов.
Типичные уровни сигпалов на выходе Т'FЛ инвертора составляют: 0,1 8 -
н11зкого и 3,5 8 - высокого уровня. Значение напряжения, соответствующее
сигналу высокого уровня, зависит от сопротивления нагрузки на выходе ло
гического элемента 11 может колебаться от 5,5 до 2,4 8. Если выходной сиг·
нал находится в зоне сигнала неопределенного уровня (0,4-2,4 8), то :мож
но предположить, что в схеме имеются неисправности.
Различие в низших пределах высоких уровней входного и выходного
сигналов (2,0 н 2,4 8) объясняется стремлением обеспечить помехоустойчи
вость цифровых схем. Различие в низких уровнях сигналов Uax<0,8 8 и
Uамх<О,4 8 такЖе дО.llжно обеспечить уверенность в том, что цифровая схе
ма не будет реагировать на нежелательные помехи.
Схема на рис. 8.2,а представляет собой вентиль с активной единицей и
используется как основной логический элемент. Схема на рис. 8.2,б - вен
тиль с открытым коллектором - предназначена для организации «проводного
U», двунаправленных передач данных и некоторых других специальных при·
154
r----------o+Uк
,&,. R5
liqк
'j'
~к
1 r---
v~...,Jиsx
o--rr "~
и.. .l 1 vтs,
°"'Т' 1.J
&.::::
и~__!Е...s~_ _...._-<~
Рис. 8.2. Схемы ТТЛ·вентилей
-----Q"
о)
1
~н.....
1
и•~··l.-
кенений. Для того чтобы вентиль обеспечивал напряжение высокого логиче
ского уровня (ВЛУ), необходимо включение внешнего резистора R•.
На входе транзистор VT 1 имеет два эмиттера. Его можно рассматривать
как два транзистора, базы 11 коллекторы которых соединены параллельно.
Когда на любой из входов подан сигнал низкого уровня, транзистор VTI
насыщен, а VT2 заперт и на выходе будет действовать высокий логическиl
уровень 11.111 единица.
Это напряжение определяется величиной Uк за вычетом падения напря·
жения U-1,05+1,65 В на эмиттерном переходе VТЗ, диоде VD 11 резисто
ре R2 за счет базового тока VТЗ при lокр-20+40°С. Следовательно, на вы
ходе исправного вентиля при его питании напряжением (5±0,25) В верхний
уровень должен составлять 3,1-4,2 В. Если в таком состояний выход вен
тиля замкнуть на общий провод, то ток короткого замыкания будет огра·
ничен резистором R4 на уровне 20-50 мА. Когда на обоих входах высокий
~ровень, транзистор .VT1 работает как инверсно включенныl\. Можно считать,
что его переход база - коллектор представляет собой д1iод в проводящем
состоянии, через который траизистор VT2 открывается 11 устанавливает на
выходе ннзкий уровень (на выходе исправного ТТЛ-вентиля, нагруженного
на другие ПЛ-схемы, уровень лежит в пределах 0,05-0,3 В).
В схеме с открытым коллектором (рис. 8.2,б) напряжение ВЛУ опреде
ляется Uк и падением напряжения на Rн- Так как ток, потребляемый входа
ми ТТЛ-схем в состоянни ВЛУ довольно мал (доли милл11ампера), то иа·
11ряжение ВЛУ на выходе вентиля может быть довольно близко к Uк.. На·
пример, при R.- 1 кОм и нагрузке еще на шесть входов напряжение ВЛУ
на выходе схемы с «открытым коллектором:. типа К155ЛА8 будет дости·
rать 4,5-5,2 В.
Быстродействие логических схем характеризуется задержкой, которую
онп вносят в распространение логических сигналов. На рис. 8.3,а показана
схема измерения задержки с помощью двухлучевого осциллографа и.1111
осциллографа с коммутатором. Прямоугольные импульсы напряжения от ге
нератора подают на один нз входов. микросхемы МС н на вход канала 1
осциллографа. Если микросхема имеет несколько входов, то на них подают
155
En
Вхоа1
гпи
BxotJ2
~
_ ,..,_
1 вхоа
нс
117-1
х
Вхоа
.!/
171
uix (U;1x)
Кн
а.)
019
o,s
"
~
D.1
0,1
0,5
0,9
о,а
o,s-
D.f
d")
Рис. 8.3 . Схема измерения динамических параметров цифровых МС с прпме
неннем двухлучевоrо осциллографа:
а-схема соеднненнА; б-прнмер отсчета параметров t~p_1 • t~ДО• t~Д~р' t~~~p' эпюрам
входного и выходного нмпупьсов цифровых МС
напряжения ut uo или пх комбинацию, обеспечивающую переключе-
вх• в11:
нне микросхемы от воздействия прямоугольного импульса. Импульс с выхода
нагруженной схемы подается на вход канала 2 осциллографа.
Различают: время задержки включения t 1•0
,
которое для
ад
инвертирующих МС измеряется как интервал между уровнем
О, 1U входного сигнала и уровнем 0,9U - выходного, а для не~
инвертирующих- как интервал между О,9Uвх и 0,9Uвых; время
156
задержки выключения t~· 1 измеряется как интервал времени:
для инвертирующих мё'- между О,9Uвх сигнала и уровнем
0,1 Ивых, а для неинвертирующих МС- как интервал между
уровнем O,lUвx и уровнем О,lUвых·
Время задержки распро.странения при включении t:~1 и вы-
клю~ния · t:~1 инвертирующих схем измеряют как интервал
между'Уровнем О,5Uвх и О,5Uвых·
Задержка распространения ТТЛ-схемы отсчитывается на
уровне 1,5 В, так как примерно на этом уровне находится поро
говое напряжение ТТЛ-вентиля.
Среднее время задер2!<ки распространения
f
= (fl,O+ t0,1)/2.
зз..ср
ад
ад
1.3. СТАНДАРТНЫЕ, &ЫСТРОДЕlilСТВУЮЩИЕ и МАЛОМОЩНЫЕ ттл-сnмы
Разные виды аппаратуры предъявляют разные требования к быстродей
ствию, поэтому промышленность выпускает несколько серий микросхем, отли
чающихся быстродействием 11 мощностью потребления.
Типичные значения задержек и потребляемой мощности вентилей разных
серпй, измеренные в нормальных условиях, приведены ниже:
Микросхема ...•. К130, Ю31
tад.ср.•••••••9
Мощность на один
венТНJJь, мВт • • . 36
К133, Ю55 Ю36, Ю58
19
60
18
3
К176 (~МОП)
200
3-10
Быстродействие и потребляемая мощность вентиля определяются пара
метрам11 элементов схемы: на рис. 8.2,а приведены ориентировочные ~наче
ння резисторов, характерные для стандартных серий К155, К133. Схема вен-·
тиля также незначительно варьируется: в быстродействующих сериях КIЗО,
К131 вместо смещающего диода VD5 применяется второй эмиттерный повто-·
ритель; в схемах маломощных серий К136, К158 отсутствуют входные шун
тирующие диоды, предназначенные для ограничения отрицательных выбросов
напряжения, которые могут попасть на вход схемы.
Комплементарные МОП-структуры (КМОП) вместе с ТТЛ в настоящее
время представляют собой два наиболее распространенных семейства логи
чt-скнх элементов. С помощью этих семейств можно удовлетворить все по
требности, возникающие· при построении цифровых схем и устройств. Исклю
чение составляют схемы с большой степенью интеграции (БИС), в которых
преобладают МОП-структуры и сверхбыстродействующая логика, где господ
ствующее положение занимают логические элементы с эмиттерными связями
(ЕСЛ).
Хотя в обоих семействах (ТТЛ и КМОП) идентичные вентили, например
И - НЕ, выполняют одинаковые операции, их логические уровни, а также
другие характеристики .(быстродействие, входной ток и т. д.) совершенно
различны. На рис. 8.4,б приведена схема вентиля И - НЕ в КМОП-нсполне-
157
Ut(к
1 VT5
~1
1 VTG
Jtнlepmop
1)
Рис. 8.4 . Вентиль И - НЕ в ТТЛ (а) и l(МОП (б) исполнении
Uкк
нии. Этот вентиль построен на полевых МОП-транзнсторах обеих полярно
стей, которые работают в режиме н соединены как ключи, а не как повто·
рители. Открытый полевой транзистор аналогичен низкоомному резистору,
подключенному к шине питания. Для того чтобы открыть последовательно
включенную пару транзисторов VТЗ, VT4 н закрыть нагрузочные транзисто·
ры VT 1 и VT2, на оба входа должен быть подан сигнал высокого уровня.
Это приводит к тому, что на выходе вырабатывается низкий уровень, т. е.
полу.чается сигнал И - НЕ. Транзисторы VT5 н VT6 образуют обычный
КМОП-инвертор, благодаря которому в итоге получается вентиль И.
~ак ТТЛ. так н КМОП-вентнл11 обеспечивают активный выход с пита
нием нагрузки от шины положительного напряжения. Вентили на дискрет
ных компонентах этой способностью не обладают. Но для ТТЛ требуется
напряжение питания ±5 В ±5 %, в то время как элеме11ты КМОП могу1
работать в диапазоне от +5 до +15 В (наиболее распространенные значе
ния+5и+12В).
Рассмотрим разницу между этими элементами по входам н выходам.
Входw. В состоянии низкого уровня вход веитмя ТТЛ представляет собой
токовую нагрузку для управляющего нм источника сигнала (для стандарт·
ных элементов ТТЛ типовое значение составляет 1 мА), следовательно, для
поддержания на входе низкого уровня необходимо обеспечить отвод тока.
Поскольку выходные каскады схем ТТЛ обладают хорошей нагрузочной спо·
собиостью, сопряжение между собой элементов ТТЛ не представляет проб
лемы.
Элементы КМОП в отличие от ТТЛ не потребляют тока по входа111. Ло
гический порог ТТЛ определяется падением напряжения на двух диодах по
отношению к земле (порядка 1,4 В), в то время как для элемента КМОП
значение входного порога равно приблизительно половине напряжения n11-
1·ання, но может колебаться от 1/3 до 2/3 его. Элементы КМОП чувстви
тельны к статическому электричеству и могут выходить из строя при пайке,
контроле схем, И ЭТО Надо учитывать ПрИ ПОДКЛЮЧеНИИ К НИМ щупа ОСЦИЛ·
лографа.
158
BwXOAW. В состоянии низкого уровня выходной каскад веитн.пя ТТЛ ведет
себя как насыщенный транзистор, напряжение на котором б.пи~ко к потеи
цка.~у земли, а в состоянии высокого уровня - как повторите.пь с выходным
напряжением, равным примерно напряжению питания минус падение напря
жения на двух диодах. Выход вентиля КМОП представляет собой открытый
полевой транзистор, подключенный лttбо к земле, либо к шине питания.
Элементы ТТЛ обладают высоким быстродействием (25-50 МГц), но
потребляют значительную мощность. Схемы КМОП об.падают ма.пым быстро
действием, но в статическом состоянии рассеивают ничтожную мощность,
которая, однако, линейно растет с повышением частоты (потреб.пение тока
при коммутации емкостной нагрузки) н вблизи ее верхf!еГо предела почти
равна мощности, рассеиваемой элементами ТТЛ.
1.А. НЕИСПРАВНОСТИ МИКРОСХЕМ И ИХ ПPOHllEHMI
Постоянное напряжение низкого логического уровн~ (ИЛУ),
появляющееся н~, выходе, не зависящее от входных сигналов,
возможно по двум причинам: короткое замыкание в монтаже,
неисправность в МС. Различать эти две причины без перепаек
и экспериментов, непосредственно по осциллограмме, можно по
следующим дополнительным признакам: при коротком замыка·
нии в монтаже постоянное напряжение на выходе микросхемы
очень близко к нулю (единицы милливольт), тогда ·как при не
исправности внутР.и микросхемы оно обычно соответствует нор
мальному значению низкого логического уровня 50-300 мВ;'
при коротком замыкании в монтаже на выходе схемы· можно
наблюдать характерный «звон», вызываемый резонансом пара·
зитной индуктивности и емкости монтажа при переключении
транзисторов выходного каскада (скачок тока 20-50 мА). Это
явление проиллюстрировано на рис.. 8 .5, где кривая 1 ~оответ
ствует скачку тока короткого замыкания / кз (а также напря
жению на выходе Uвwx, которое появилось бы при отсутствии
короткого замыкания), а кривая 2 отражает фактическое выход
ное напряжение. Амплитуда звона - от десятков до сотен мил
ливольт. По амплитуде и периоду «звона:. можно при некотором
навыке примерно определить длину короткозамкнутого участка
цепи..в маломощных сериях К136, К158 звон имеет маленькую
амплитуду, и этот метод использовать неудобно.
Постоянное напряжение ВЛУ на выходе, . не зависящее от
входных сигналов, может возникнуть при обрыве цепи общего ·
провода (непропай вывода или обрыв внутри микросхемы).
Пониженное напряжение ВЛУ на· выходе может быть вызва
но несколькими причинами. Если логическая функция схемы со
хранилась, то причина - неисправность в микросхеме, обрыв
в цепях VD, VT4, R4, R2 (см. рис. 8.2,а). Если логическая функ
ция полностью нарушена, то вероятная неисправность - обрыв
цепи выхода. либо цепи питания (обрыв может произойtи как
159
1
/
Рис. 8.5 . сЗвон» на выходе ТТЛ схем при коротком замыканнw в монтаже
Gлок
UHQUlfQЦUll.
Блок
приежz
сигнала.
Сненнь1е
tfлокц
а)
G.лок
llHtlaкaццu
Лрочессор
5лок
лри.ена.
си.гнала
Рис. 8.6 . Схема цифрового осциллографа
---.-.
/1ll.NuЗBH
Сменные
ОЛО/(Ц
tf)
внутри микросхемы, так и из-за непропая ее вывода). При этом,
· конечно,
микросхема не работает, а изменения состояния ее вы
хода (уровни -о и ,.., 1,5 В) вызываются переключениями вхо
дов, нагруженных на этот выход схем. Такая неисправность
обычно сопровождается характерным резким увеличением вре
мени спада.
Повышенное напряжение НЛУ на выходе может вызываться
несколькими причинами. Резкое повышение (до 1,7 В при на
грузке на ТТЛ-схемы) и нарушение функционирования указы
вают на неисправность в микросхеме (обрыв VT3, рис. 8.2,а).
Эта неисправность иногда вводит в заблуждение тем, что «исче-·
зает» при отъединении нагруженных ТТЛ-схем: для ее появле-
1ьо
ния нужен ток, втекающий в микросхему со стороны выхода.
Этот ток не генерирует ни осциллограф, ни вольтметр.
Повышение НЛУ до 1, 1 В с сохранением логической функ
ции микросхемы наблюдается при обрыве цепи земля (непропай
контакта или обрыв внутри микросхемы), если один из входов
микросхемы заземлен (постоянно или только при данной про
верке, через выход другой микросхемы). При этом напряжение
земли попадает в микросхему через входной шунтирующий
диод, повышаясь при этом на 0,7-0,8 В.
Незначительное повышение низкого уровня (до 0,6 В) может
наблюдаться, когда имеется случайное короткое замыкание вы
ходов двух вентилей, причем второй при данной проверке нахо
дится в состоянии ВЫСОКОГ8 уровня.
Нарушение логической фу1;1кции при нормальных НЛУ и
ВЛУ происходит при выходе из строя микросхемы, однако такая
же картина может наблюдаться при коротком замыкании выхо
дов двух вентилей. Характерные косвенные симптомы такого
замыкания: нарушение функционирования проявляется как по
явление незаконных состояний ИЛУ и никогда- ВЛУ;
значение НЛУ несколько выше, чем у других вентилей (хотя
может и не выходить из нормы); в состоянии НЛУ на выходе
схемы появляется звон, аналогичный показанному на рис. 8.5 .
1.5. ЦИФРОВЫЕ осциnnоrРАФЫ. О&ЩИЕ ЭАМЕЧАНИSI
Цифровые осциллографы открывают множество совершенно
новых применений.
В цифровом осцилJюграфе встретились два направления тех
ники, положив начало новой области измерений - осцил.rюгра
фированию с помощью вычисл11тельных устройств.
В общих чертах осциллограф с цифровой обработкой сигна
лов содержит блоки приема сигнала и индикации (рис. 8.6,а) и
процессор, в последнем сигнал преобразовывается из аналогово
го в цифровой, запоминается, производится его математическая
обработка и обратное преобразование в аналоговую форму для
индикации (рис. 8.6,б).
8.6 . О&ЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИSI И ОСО&ЕННОСТИ
Области применения такого прибора фактически неограни
ченны: усреднение сигналов для выделения их из шума; наблю
дение сигнала, прошедшего через произво.11ьный цифровой
фильтр, в том числе даже и через такой, который невозможно
осуществить с помощью обычных схем; отображение сигнала
в частотной области (частотный спектр сигнала) путем вычис
ления преобразования Фурье; внесение корректирующих по
правок в сигнал, искаженный несовершенством измерительных
161
устройств, такими, как нелинейность, небольшие рассогласова
ния полных сопротивлений и др.; автоматическое масштабиро
вание и преобразование шкал для удобного отображения наблю
даемого сигнала, например передачи его изображения в лога
рифмической шкале частот и др.
На некоторых особенностях цифровых осциллографов (ЦО)
как приборов, получающих все большее применение, стбит оста
новиться подробнее.
Возможности по обработке маесивов данных. Наличие в ЦО
значительных вычислительных возможностей позволяет выпол
нять разнообразные преобразования хранимых в оперативном
запоминающем устройстве (ОЗУ) массивов цифровых данных
о входном процессе.
Существуют алгоритмы для многих видов обработки зареги
стрированной информации: простое манипулирование данными
(изменение положения кривой на экране - сдвиг по оси Х, сме
щение по оси У); вычисления, в которых участвуют заданные
оператором константы и содержимое каналов запоминающего
у,тройства (сложение, умножение; нахождение максимальных,
минимальных и средних значений; определения сигналов в за
данной зоне и т. д.); сложные вычисления (дифференцирование,
интегрирование, возведение в степень и извлечение корней; на
хождение средних квадратичных значений).
Как пример обработки сигнала во временной области можно
привести следующее: ЦО имеет, как правило, не менее двух ка
налов. Если на нем синхронно зарегистрировать напряжение и
ток в нагрузке, то, перемножив массивы с помощью внутреннего
компьютера, можно вычислить и затем вывести на экран кривую
мощности. Интегрируя вновь вычисленный массив на определен·
нам интервале времени, можно затем найти энергию.
Автоматическое измерение и индикация параметров. Автома
тическое измерение параметров значительно повышает точность,
чувствите.1ьность и разрешающую способность результатов по
сравнению с традиционными методами, поскольку при этом
уменьшается субъективная и некоторые инструментальные со
ставляющие погрешности измерения. Кроме того, наличие на
экране совместно с изображением сигнала числовых характери
стик его параметров увеличивает эффективность исследований,
так как позволяет оператору сосредоточить внимание в основ
ном на проводимом эксперименте, а не на подготовке, настройке
прибора и тщательном считывании показаний.
Два курсора (вертикальные линии), положением которых на
экране управляет оператор, позволяют получить числовые зна
чения интервала между ними. Расположив курсоры в точках
максимального и минимального значений сигнала, можно найти
разницу их мгновенных значений. На экране (рис. 8.7) выведены
макси~альное и минимальное значения сигнала (4,2 и 0,3 В),
lбе
Uнакс=4-,28
Uнин =о,зв
1
1
1
1
U1=0,BB
и1=:J,5В
~t=З,6нкс
Д(J=2,78
Рис. 8.7 . Индикация параметров сигнала
а)
о)
6)
Рис. 8.8. Иэменен11е масштабов изображения по осям:
11 - первоначальное изображение (выделен ннтерес:ующнll участок); б
-
растяжка по
оснХв4раза;в-сдвигпоосиХирастяжкапоосиУв2раза
значения периода и частоты следования (25 мкс и 40 кГц),
а также значение длительности фронта импульса (3,6 мкс), вы
деленного курсорами.
Изменение масштабов изображения по осям. Примечательной
особенностью ЦО, нереализуемой в аналоговых запоминающих
осциллографах, является возможность растяжки изображения
зарегистрированного (в том числе однократного) сигнала по
~беим осям. Установив курсор вблизи интересующей точки на
экране и совмещая режимы растяжки по осям и сдвигам, можно
рассмотреть участок изображения в нужном масштабе (рис. 8.8).
Сглаживание кривой изображения. Д.11я исследования повто
ряющихся сигналов при значительном шумовом фоне применя
ется режим сглаживания, который основан на цифровом усред
нении синхронных (с одинаковыми условиями запуска) мгновен
ных значений большего числа полезных сигналов; поско.11ьку
ноявление шума не согласовано с появлением сигнала, то его
значение резко уменьшается (рис. 8.9).
Режим нахождения огибающей сигнала. Вариации сигнала,
вызванные разнообразными причинами, могут быть исследова
ны в течение длительного интервала времени в режиме построе
ния огибающей. Накопление экстремальных значений, например,
но амплитуде (рис. 8.10,а) позволяет в данном режиме опреде-
163
Рис. 8.9 . Сглаживание кривой сигнала при разных объемах выборки М (чис
ла просмотренных сигналов):
41-M=I; б-М=-4; е-М-=16; г-М=128
Рис. 8.10. Реж11м огибающей сигнала:
а - накоnпение зкстремапьных значений; б- иакоnпение при исспедовании времени пе·
рекпючения
.лить зону возможного разброса значений множества однотипных
форм сигналов.
Подобный режим используется и для нахождения неопреде
ленности изменения сигналов во времени, например, при иссле
довании времени задержки переключения электронных и элек
тромеханических устройств (рис. 8.1 О,б).
Сравнение сиrна.11ов. Зарегистрированную форму сигнала
можно визуально сравнить с другой - опорной, хранящейся
в долговременной памяти или введенной извне. При этом на
экране одновременно появляются две кривые - реальная ·и
опорная (рис. 8.11). Это облегчает анализ работы исследуемого
узла.
Сегментирование памяти. Общий ОЗУ данных может быть по
делен на части - сегменты равного или разного объема. При
этом запись в сегменты может осуществляться как на одной,
так и на разной скорости дискретизации. Эта форма записи
эффективна при регистрации редко возникающих кратковремен
ных сигналов. На рис. 8.12 приведен пример подобной записи
при равных интервалах регистрации Лtр в каждый сегмент. Вы
бором определенного уровня запуска и интервала предзапуска
можно выбрать все важнейшие события процесса. После запол
нения всех сегментов можно выводить на экран содержимое
одного или нескольких сегментов одновременно.
Режим бегущего изображения. Для создания привычного осу
ществления работы с «живым:. сигналом, уверенности в том,
164
Рис. 8.11. Сравнение зареги
стрированных сигналов:
-
-
реа.пьныll снrна.n;
-
-
опорный снrна.п
111/V'--=:::v
Рис. 8.12. Сегментирование памяти
что осциллограф работает в режиме реального времени и реаги
рует на изменения входного сигнала, применяется режим бегу
щего изображения ..Режим применяют при сравнительно невы·
соких частотах входного процесса; в этом режиме изображение
сигнала медленно перемещается по экрану в горизонтальном на
правлении либо при неподвижном изображении обновление дан
ных выпо.'lняется движущимся маркером, который стирает ста
рую запись и строит новое изображение.
Режим просматривания длительной записи. Если предусмот
рена длительная реги.страция исследуе~иого процесса (объем па
мяти данных 4-32 К слов на канал), а возможность воспроиз
ведения ограничена отрезком записи, обеспечивающим целесо
образную разрешающую способность на экране (обычно 5-2 К
слов), то полезным является режим просматривания или «про
кручивания» всей зарегистрированной последовательности сиг
налов. При этом оператор, плавно сдвигая изображение в ту
или другую сторону по оси времени, может просмотреть всю
запись (аналогично работе с классическим осциллографом при
растянутой развертке). Отличие от режима бегущего изобра
жения заключается в том, что в режиме просматривания новые
данные в память не поступают, изучается уже записанный про
цесс.
Эффект ложного изображения. Иногда недостаточная частота
взятия мгновенных выборок в ЦО может привести к ложному
представлению о частоте и форме и~следуемого сигнала.
Пример, поясняющий искажения формы, приведен на
рис. 8.13,б, а эффект кажущегося уменьшения частоты, анало
rичный стробоскопическому эффекту, - на pQc. 8.13,а. Для
исключения этнх явлений частота выборок сигнала должна быть
такой, чтобы обеспечить не менее двух отсчетов на периоде наи-
165
а)
Рис. 8.13. Искажения формы сиrнаnQв при недостаточной частоте выборок:
---
исходная кривая; - - - - восстановленная кривая
высшей частоты. Обычно от таких искажений избавляются, по
вышая частоту дискретизации. Но иногда эту частоту повысить
нельзя, и тогда применяют методы векторной (формирующей
отрезки) или синусоидальной интерполяции. Оптимальным
является тот случай, когда в ЦО заложены два этих режима.
Возможности запуска цифрового осциллографа. В цифровом
приборе применяют особый вид запуска - цифровой, его опера
тор выбирает либо перемещением курсора по экрану, либо зада
нием числового значения.
Определенные трудности в установке порога запуска могут
создавать помехи и шумы, присутствующие часто во входном
сигнале, поЭтому некоторая задержка запуска развертки после
окончания этих шумов исключит ложное срабатывание схемы
(рис. 8.14).
Пре,11.запуск и послезапуск. Важная особенность, присущая
только ЦО и принципиально нереализуемая в аналоговых осцил
лографах, - предпусковая регистрация, обеспечивающая воз
можность записи в память и исследования частей сигнала, nред
шествовавших моменту запуска.' Такой режим позволяет опре
делить причины основных колебаний и в ряде случаев также
понять причину появления аварийной· ситуации.
Реализация режима nР,едзапуска возможна благодаря непре
рывному приему и хранению в ОЗУ больших массивов данных
о сигнале.
Каждое вновь поступившее от АЦП значение очередного
цифрового отсчета записывается в ОЗУ. При этом все предыду
щие отчеты сдвигаются, а самый ранний из хранимых отсчетов
исчезает- выталкивается (рис. 8.15).
Если пришедшее значение выборки (отсчета) удовлетворит
условиям запуска, то все предыдущие отсчеты, хранящиеся
в ОЗУ и представляющие всю предысторию развития входного
процесса, могут быть выведены на экран прибора. Послезапуск
соответствует изображению части формы сигнала, задержанноl
166
f
~-
=r-:.---~-------
Рнс. 8.14 . Гистерезис запуска:
1, 2 - пожныА 11 требуемый запуск: 3, 4 - неверно н nравнпьно выбранные зовы
Оо&еи ОЗU=т отс11ето6
-
Cri8uг
Рис. 8.15. Запись в оперативном запоминающем устройстве
Ho,1>1ii.
omr:vem
KotJ
по отношению к моменту запуска на заданный интервал в про
центах или ми.1Лисе~ундах.
По.пучение копий. Следует упомя~уть еще об одном nреиму
щестье цифрового осциллографа - легкость получения бумаж
ной копии экранного изображения кривых исследуемых процес
сов и объяснений к ним. И ec.riи в обычном осциллографе для
этого нужны фотокамера, настройка, пос.1едующая обработка
пленки и получение собственно копии·, то у цифрового осцилло
графа это происходит намного проще - или преобразование
цифровых эквивалентов массива данных в ана.Логовый сигнал
для внешнего самописца (Х - У или У - Т), или просто исполь
зование цифрового выхода для внешнего графопостроителя, под
ключаемого с помощью стандартных интерфейсов.
rnввв9
НЕКОТОРЫЕ УКАЭАНИI ПО РЕМОНТУ
и НАСТРОАКЕ осциnnоrРАФА
9.t. ОIЩИЕ ЭАМЕЧАНИI
В процессе эксплуатации осциллографа ухудшаются его па
раметры или появляется неисправность, приводящая к отказу
всего прибора. В этом случае осциллограф, как и всякий при
бор, вскрывают и перед началом ремонта проводится общий
167
осмотр монтажа и состояния механических частей. Чтобы избе
жать пропуска отдельных деталей, нужен постоянный опреде
пенный порядок осмотра, например слева направо и сверху
вниз.
Ниже приводится са!'<fаЯ общая методика нахождения не
исправного· блока осциллографа, в данном случае осциллографа
широкого применения «Сага», принципиальные схемы всех бло
ков которого помещены в данной книге (рис. 2.1 - схема усиле
ния вертикального отклонения, рис. 2.12- схема развертки,
рис. 2.13- схема калибратора, рис. 2.17 - схемы источников
ПИТ<ЩИЯ).
9.2 . ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ИХ ПРИЗНАКИ
Перегорает предохранитель. Если при включении кнопки
СЕТЬ лампочка не горит, это может свидетельствовать о пере
горании предохранителя. Но если и после замены он снова пе
регорает, надо проверить, нет ли короткого замыкания в цепях
питания. Для этого на контрольных точках плат А 1 и А2 прове
ряют при выключенной питающей сети сопротивление источни
ков по отношению к корпусу.
Источник
(11,4±0,5 8)
(-10±0,1) в
220 в
. (-1600±50) в
А2 т. 13 - корпус
А2 т. 12 - корпус
Al т. 11 - корпус
А2 т. 17 - корпус
Сопротивление
(не мекее), Ом
500
1000
20.10з
20·1~
При обнаружении короткого замыкания в какой-то из цепей
прослеживают по схеме все соединения и негодный элемент за
меняют. Подстройку источника питания 11,4 В производят рези
стором R159, а 10 В- резистором R/63 (см. рис. 2.17) и повто
ряют ее несколько раз, пока не установятся нужные значения.
При этом сразу же надо проверить напряжение питания
микросхем DJ и D2. в развертке (см. рис. 2.12), оно должно
быть (5±0,25) В. Если оно ушло за пределы 4,75-5,25 В, то
точную установку производят резистором R159, при этом напря·
жение 11,4 В не должно измениться более чем на 0,5 В. Если за
данные пределы напряжений источников питания ( 11,4±0,5) и
(-10±0,l) В не устанавливаются, то неисправна схема стаби
лизатора источников питания. Нужно проверить режимы тран
зисторов VT45-VT49 и неисправный заменить. При неисправно
стях в высоковольтной цепи напряжение (-1600±50) В уста
навливается потенциометром R148 при проверке его киловольт
метром С502 с соблюдением всех предосторожностей. Если
источник напряжения -1600 В не регулируется, то нужно про
верить транзисторы преобразователя напряжения VT42, VT43
и неисправный заменить. Если оно регулируется, а заданные
168
о)
Рис. 9.1 . Изображения на экране ЭЛТ при нарушениях фокусировки из-за
появления наводок:
а - на .nуч; б- на развертку; в - на уси.11ите.11ь Х; г - иа уси.11нте.11ь У
пределы ±50 В не устанавливаются, то нужно проверить дели
тели стабилизатора высоковольтного преобразователя: R131,
R134, R139, R141, R143, R144, R148, R150 и заменить неисправ
ный резистор. Необходимо также проверить исправность транс
форматора - это могут быть междувитковые замыкания, замы
кания между обмотками, пробой, обрывы проводов или нару
шение контактов; механические поломки арматуры, поврежде
ния крепления и т. д.
Отсутствует изображение на зкране ЭЛТ. Отсутствие луча
может быть вызвано неисправностью транзисторов VT42-VT~9.
Если при предыдущих проверках было установлено наличие
всех питающих напряжений, то .дальнейшие неисправности сле
дует искать в цепях связи и самой ЭЛТ. Это может быть пло
хой контакт в панели ЭЛТ, возникший из-за деформации самой
панели или деформации контакта, а может быть из-за выхода
из строя самой ЭЛТ, хотя этот дефект может появиться и в це
пях смещения лу~а. Чтобы определить место возникн~вения
дефекта, нужно, внимательно смотря на экран, повернуть ручку
регулировки яркости до предела. Если где-нибудь на краю
экрана появится тусклое свечение, то можно сказать, что дефект
находится в цепях смещения луча (свечение экрана возникает
из-за возможного проникновения паразитных электронов, на ко
торые смещающие напряжения не действуют). Кроме того, мо
гут быть и обрывы в кабеле, подводящем высоковольтное на
пряжение, потеря эмиссии катода ЭЛТ и др. Если на ЭЛТ
подаются все питающие напряжения и все контакты исправны,
169
а изображения нет, то ЭЛТ надо менять. Для этого отвертывают
винты, крепящие экран и скобу к передней панели. Экран с ЭЛТ
вынимаются вместе.
Ухудшение изображения пятна и пинии развертки. Причиной
этого явления может быть неисправность в цепи фокусировки,
фон от источника питания или высокочастотные наводки на луч.
Влияние фона выражается в изменении толщины линии раз
вертки или появлении на ней небольших синусоид даже тогда,
когда вертикальный вход усилителя закорочен (рис. 9.1). Такое
явление возможно также из-за увеличения сопротивления «зем
ляных:. соединений.
Отсутствие перемещения луча по вертикали может быть вы
звано неисправностью одного из транзисторов тракта верти
кального отклонения VTJ-VT9 или переменного резистора R/78
(см. рис. 2.1). Отклонение луча только в одном направлении
происходит при обрыве соединения выходного каскада усилите
ля с одной 1из отклоняющих пластин или дефекта в самой ЭЛТ,
причем при замыкании между вертикально и горизонтально
отклоняющими пластинами луч может быт~. постоянно смещен
в каком-то определенном направлении.
Не ilеремещается пуч rio rоризонтапи. Нужно проверить
исправность транзQсторов усилителя горизонтального отклоне
ния VT30-VT36 и переменного резистора R200, неисправные
заменить.
От~утствует линия развертки на зкране. При наличии свето
вого пятна на экране отсутствие линии развертки может быть
следствием дефекта в генераторе развертки, в усилителе гори
зонтального отклонения или в ЭЛТ. Место нахождения дефекта
можно уточнить так: выключают развертку и на вход Х подают
напряжение от калибратора. Если на эк·ране появляется гори
зонтальная линия, то дефект находится в генераторе развертки.
В этом случае проверяют исправность транзисторов VT22-
VT29, микросхем DJ и D2 и наличие контактов в переключате
ле S5 (см. рис. 2.12). Если линия развертки не появляется, то
дефект нужно искать в канале усилителя Х или в трубке. Для
дальнейшего уточнения места дефекта сигнал подают прямо на
горизонтально отклоняющие пластины. Если после этого раз
вертка появляется, дефект находится в усилителе горизонталь
ного отклонения, а если линии нет, то неисправна ЭЛТ.
Найти каскад, в котором теряется сигнал, можно с помощью
самого же осциллографа, который работает как индикатор. Кон
трольный сигнал подается через конденсатор О, l мкФ, начиная
от пластин и до начала усилителя Х. Первая точка, где гори
зонтальная линия на экране исчезнет, приблизительно опреде
лит место дефекта. В этом месте нужно проверить исправность
резисторов, конденсаторов и т. д. Дефекты могут находиться и
в схеме запуска и подсвета луча.
170
При смене трубки надо провести настройку луча ЭЛТ. Для
этого устанавливают переключатели Время/дел и V/дел в по
ложение 2, а кнопочный μS/mS не нажимают. На вход прибора
подается сигнал через делитель 1 : 1 с гнезда.
Ручкой УРОВЕНЬ изображение синхронизируется. Резисто
ром R62 (см. рис. 2.1), выведенными под шл.иц, и ручкой доби
ваются максимальной четкости изображения фронта и вершины
импульса.
Изображение сигнала не стабилизируется, хотя на экране
можно получить нормальную развертку. Если изображение руч
кой Уровень не синхронизируется, то дефект ищут в канале син
хронизации. Надо проверить контакты входных переключателей,
транзисторы VT21, VT22 и микросхему Dl-1 (см. рис. 2.12).
Если при положениях переключателя синхронизации Внутр и От
сети синхронизация получается одинаково плохой, то, очевидно,
мешает фон (обычно, если частота сигнала не кратна 50 Гц, то
лучшая синхронизация должна быть при внутренней синхрони
зации). Фон может возникнуть из-за нарушения монтажа при
ремонте, ухудшения контакта в местах соединения с корпусом,
появления утечек в конденсаторах и др. Из-за дефекта в кон
денсаторах развертки может произойти укорочение линии раз
вертки.
При перепайках в цепях развертки надо проверить и если
необходимо провести настройку коэффициентов развертки. Для
этого с выхода калибратора Иl-9 на вход У подают импульсы
определенной длительности: 2тS/дел и 2μS/дел. Коэффициент
длительности развертки осциллографа 2тS/дел подстраивают
резистором R92, а коэффициент 2μS/дел - резистором R94.
Если погрешность коэффициентов развертки 50 мс/дел и
50 мкс/дел не соответствует норме, то, значит, обратный ток
транзистора VT28 превышает допустимый и транзистор надо за
менить.
Отсутствует вертикальное отклонение при действующей раз
вертке. Это отсутствие свидетельствует о дефектах в канале вер
тикального отклонения. Для нахождения дефекта следует по·
дать контрольный сигнал (от калибратора или, скажем, 50 Гц)
на различные точки вертикального канала, начиная от выхода,
и наблюдать момент появления изображения импульса или си
нусоиды на экране. В обнаруженном неисправном каскаде про
веряют транзистор и детали.
Для нормальной работы усилитель У должен быть правиль
но сбалансирован, поэтому переключатель V/дел устанавли
вают в положение 0,5. Ручкой 1 линию развертки выставляют
в центр экрана. Переключатель V/дел. переводят в положение 1.
Резистором Rб линию возвращают в центр экрана и операцию
повторяют, пока при переключении из положеl{ия 0,5 в положе-
171
ние 1 пиния развертки будет смещаться не бопее чем на 0,2 де
пения.
О компенсации выносных делитепей упоминапось ранее.
Если переходная характеристика усипителя У не соответст
вует норме, -то, значит, номинапьные значения эпементов кор
ректирующих цепей не соответствуют приведенным в схеме. Не
обходимо проверить номинапьные значения сопротивпений ре
зисторов RЗ, R51 и емкостей конденсаторов CJJ, С12, а также
~онденсаторов входных депитепей и несоответствующие заме
нить.
Капибратор не работает, еспи неисправны -tранзистор VT 15
ипи диод VDЗ, а также еспи пропап контакт в соединитепьных
проводниках. Часто плохая работа осциппографов и появпение
фона вызываются повреждением соединитепьных кабепей, обры
вом земпяного конца пробника, применением обычных провод
ников вместо специ·апьного кабепя соединитепя и т. д.
СПИСОК ЛИТЕРА.ТУРЫ
1. Справочник по радиоизмерительным приборам/ Под ред. В. С. Насо
нова. М.: Советское радио, 1979. Т. 3.
2. Рябинин Ю. А. Стробоскопическое осциллографирование: М.: Советское
радио, 1972.
3. Шкуиов в. А., Семеник r. и. Широкопопосные осциллографJМеские труб
ки и их приNеиение. М.: Энергия, 1976.
4. Жмурив П. И. Прием передач стереофонического радиовещания. М.:
Связь, 1973.
5. Новоселов С. В. Карманные транзисторные приемники. Л.: Энергия,
1980.
6. Якимов О. П. Газоразрядные матричные индикаторные панели. М.: Со
ветское радио, 1980.
7. Бриллиантов Д. П" Куликов Б. Н., Роксман М. А. Переносные цветные
телевизоры. М.: Ра•дио и связь, 1989.
8. Ельяwкевич С. А., Пескин А. Е. Устройство и ремонт цветных телеви
зоров. М.: Издательство ДОСААФ, 1987.
9. Малинин Р. М. Справочник по транзисторным схемам. М.: Энергия,
1974.
10. Чех И. Осциллографы в измерительной технике: Пер. с нем. М.: Энер
гия, 1965.
ll. Иванов Б. И. Осциллограф- ваш помощник// Радио, 1989-1990.
12. МалиновскиА В. Н., Панфилов В. А. Цифровые осциллографы: Обзор
'Ная информация. М.: Информпрнбор, 1987. Вып. 5.
13. Ромаw Э. М. Транзисторные преобразователи в устройствах питания
радиоэлектронной аппаратуры М.: Энергия, 1975.
оrЛАIЛЕНМЕ
Предисловие
3
r л а в а 1. Осциллографы и иид.икаторы
4
1.1 . Назначение осцнллоrрафа
.
4
1.2. Классификация осциллографов
.
5
1.3 . Структурные схемы осциллографов,
.
.
.
.
.
12
1.4 . Осциллографические электронно-лучевые трубки (ЭЛТ)
18
r л а в а 2. Основные блоки осциллографа
.
30
2.1. Кана.'! вертикального отклонения
.
.
.
.
.
.
.
.
30
2:2. Основные характеристики канала вертикального отклонения 32
2.3 . Канал горизонтального отклонения
.
.
.
..
.
•
.
42
2.4. Вспомогательные устройства
.
5·2
2.5 . Источ1шки питания осциллографов
55
Т л а в а 3. Работа с осциллоrрафом
59
3.1. Выбор осциллографа
59
3.2. Включение прибора и подготовка его к работе
62
3.3. Определение входного .:опротивленпя и входной емкости
осциллографа . . .
62
3.4 . Уход за осциллографом 1 •
.•
70
3.5. Общий подход при настройке и отыскании 11е11справностей
.
в транзисторных устройствах
11·
3.6. Отказы в цепях питания
.
72
r.л а в а 4. Анализ сигна.11ов с помощ~.ю осци.11лографа
74
4.1: Измерение напряжений . .
74
4.2 . Измерение длительности сигнала
77
4.3. Измерение фазы и ч·астоты
.
.
80
4.4 . Исследование. нмпул,ьсных сигналов
82
4.5 . Транзисторные формирующие цепи
.
85
4.6. Некоторые принципы построения генераторов сигналов
87
4.7 . Транзисторные генераторы синусоидальных сигналов
90
4.8. Гармонические .RС-генераторы
.
.
,.
.
.
.
93
r л а в а 5. Применение осциллографа· при налаживании низкочастотных
усилител~.ных устройств
95
5.1. Общие замечания
.
95
5.2. Усилители с RС-связью
.
.
.
.
.
.
98
5.3. Каскады усиления с трансформаторной связью
104
5.4 . Анализ сигналов в резонансных усилителях
.
110
5.5. Усилители с непосредственной связью
112
5.6. Анализ сигналов в высококачественных низкочастотных ус11-
.'111тельных устройствах
.
.
.
113
5.7 . Налаживание высококачественных и стереофонических уст-
ройств
115
174
Г л а в а 6. Применение осци.в.111оrрафа uя на.ва.аtвания переАатчпоа •
приемников
.,
.
121
6.1 . Проверка некоторых параметров раднопередатч11ков:
.
121
6.2. Прпменение осциллографа при налаживании стереофоничес1ш:с
устройств...............123
6.3 . Проверка цепей и анализ форм сигналов в те.'lевизионных пр11-
емн11ках..............
125
6.4. Применение осциллографа при определении нарушений цвето-
воспроизведения
135
Гл а в а 7. Применение осциuоrрафа при ана.виэе работы источников
питания .
139
7.1 . Определение неисправностей выпрямителей
139
7.2 . Стаб11лизаторы напряжения
.
.
.
.
.
141
7.3 . Не11справности преобразователей напряжения
148
Г л а в а 8. Применение осциuоrрафа при нuааиваиии вычкспте.в•нwх
устроАста
·
..
•
152
8.1 . Общие замечания по методике измерений
.
.
152
8.2. Особенности налаживания устройств на элементах транзистор-
но-транзисторной .nогики . . . . . .
.
.
.
153
8.З. Стандартные, быстродействующие и маломощные ТТЛ-схемы 157
8.4 . Неисправности микросхем и их проявления
.
159
8.5 . Цифровые осциJJлографы. Общие замечания
161
8.6 . Область применения и особенности
.
.
..
161
Гл а в а 9. Некоторые указания по ремонту и настройке оецн.uоrрафа 167
9.1 . Общие замечания
.
.
167
9.2 . Возможные неисправности и их признаки
168
Список литературы . . . .
173
Новопольский Владимир Александрович
РАБОТА С ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫМ
ОСЦИЛЛОГРАФОМ
Практический курс
ЛР No 061888 от 19.12 .97
Подписано в печать 14.09.99 Формат 60Х88 1/16
Гарнитура Литературная Печать офсетная Бумага газетная
Печ. л. 11,О доп. тир. 3000 экз. Заказ 2785
ООО "Научно-техническая книга"
114454 Москва, пр-т Вернадского, д. 70
Отпечатано в Производственно-издательском комбинате ВИНИТИ,
140010, г. Люберцы, Московской обл., Октябрьский пр-т, 403.
Тел. 554-21-86