Калібратор для підсилювача осцилографа

Зміст

Пристрій для калібрування підсилювача вертикального відхилення та горизонтальної розгортки осцилографа

Більшість осцилографів не містять вбудованого генератора еталонного сигналу. Звичайно, деякі старші моделі мають калібрувальний вихід з повною амплітудою сигналу в 1, проте цей вихід обмежений частотою 50 Гц і недостатньо точний для проведення налаштування. Кілька великих можливостей налаштування надає спеціальний калібратор осцилографа, описаний у цій статті. Цей блок виробляє прямокутний сигнал з амплітудним значенням 1 і частотою 1кГц, який можна використовувати для налаштування підсилювача вертикального відхилення і горизонтальної розгортки осцилографа.

Даний прилад можна також використовувати для підстроювання елементів компенсації осцилографічного щупа або як джерело сигналу для вимірювання перехідних процесів в аудіопідсилювачах. Для забезпечення портативності в цьому пристрої використовується батарейне живлення. Схема приладу малочутлива до зміни напруги живлення: вихідна частота залишається постійною при зміні напруги батареї від 7.7 до 9.8 В. Крім того, низький струм споживання - близько 2 мА - дозволяє значно продовжити термін служби батареї.

Опис схеми На рис. 1 показано принципову схему калібратора. Коливальна частина містить дві з шести секцій КМОП-інвертора 4049 (DD2.1 і DD2.2), а також компоненти, що задають час С2, R7, R8, і R9. Елементи цієї частини схеми визначають вихідну частоту. Точне значення частоти може бути розраховане за такою формулою:

напруги

Мал. 1 Принципова схема калібратора

Припустимо, що вхід DD2.2 (висновок 5) спочатку знаходиться в низькому стані, тоді вихід DD2.2 (висновок 4) буде у високому. Оскільки вхід DD2.1 (висновок 3)також буде у високому стані, на виході DD2.1 (висновок 2) з'явиться сигнал низького рівня. Висока напруга з виходу DD2.2 заряджатиме конденсатор С2 через R7 і R8. Коли напруга на конденсаторі С2 досягне порогового значення, вихід елемента DD2.2 та вхід інвертора DD2.1 виявляться у низькому стані. Тому вихід DD2.1 переключиться в стан високого рівня. Оскільки напруга на конденсаторі С2 не може змінитися миттєво, напруга на вході DD2.2 значно підвищиться і досягне приблизно 150% напруги живлення. Ця петля позитивного зворотного зв'язку перемикає логічні рівні з максимальною частотою, яка може бути одержана на КМОП-елементі. Коли логічний рівень інвертується на DD2.1 та DD2.2, С2 перезаряджається в іншому напрямку і напруга на виведенні 5 починає знижуватися. При досягненні порогового рівня на виведенні 5 вихід DD2.2 і вхід DD2.1 переключаться в стан високого рівня, а вихід DD2.1, відповідно, перейде в стан низького рівня. Знову в цьому випадку напруга на С2 не може змінитися миттєво, і напруга на вході DD2.2 впаде приблизно на 50% нижче напруги живлення. Це, своєю чергою, інвертує логічні рівні на виходах зазначених елементів. Резистор R9 обмежує струм на вході DD2.2, коли напруга на С2 перевищує напруги живлення, захищаючи таким чином вхідні діоди від руйнування. Цей резистор не допускає того, щоб RC ланцюжок, що час задає, розряджався через внутрішні захисні діоди. Інакше є тенденція до затягування фронтів сигналу. В результаті форма прямокутного сигналу з 50% заповненням порівняно мало залежить від напруги джерела живлення.

Прямокутний сигнал з виходу DD2.1 надходить на паралельно з'єднані входи чотирьох, що залишилися.інверторів із корпусу 4049, виходи яких також з'єднані паралельно. У момент, коли напруга цих виходах стає низьким, джерело опорного напруги 2.5В LM336Z (DD1) включається через резистор R1 і діод D1. У цей момент напруга на виході калібратора стає високою.

Комбінована здатність навантаження чотирьох інверторів з DD2.3 по DD2.6 перевищує 14 мА. У схемі використовується лише 2 мА від цього струму, забезпечуючи круті фронти вихідного прямокутного сигналу. Для того щоб забезпечити амплітуду вихідної калібрувальної напруги 1 В, використовується резісторна збірка R2-R6 з 2% точністю. Резистори в цій збірці мають опір 470 Ом і секціоновані таким чином, щоб забезпечити 40 % від 2,5 В амплітуди прямокутного сигналу, що відповідає 1 на контакті Л (вихід калібратора). Контакт J2 використовується як "Загальний". Коли на виході інверторів з'являється імпульс вихідної напруги, напруга на діоді D1 не перевищує 0,5 В. При цьому він закритий, і вихідний струм не протікає через R1 і DD1. У цей момент вихідний калібрувальний сигнал дорівнює нулю. Двостороннє обмеження вихідного сигналу забезпечується, з одного боку, динамічним опором порядку 0.2 Ом LM336Z у відкритому стані та, з іншого боку, повністю вимкненим струмом у момент, коли на виході інверторів DD2.3-DD2.6 є напруга високого рівня.

Точність амплітуди калібрувального сигналу підтримується завдяки DD1 у діапазоні до 1%. Незважаючи на те, що резистивна збірка має заявлену точність 2%, відхилення опорів між окремими резисторами в ній набагато менше. Вихідний опір цієї схеми становить приблизно 1000 Ом.

Вихідний прямокутний сигнал залежить переважно від струму через R2-R6, отжеконденсатор великої ємності на 9-вольтову батарею B1 не потрібний. Конденсатор С1 потрібен лише згладжування пікових кидків струму на момент перемикання інвертора DD1.

Конструкція

Авторський прототип було зібрано на спеціальній макетній платі. Розведення компонентів у цьому пристрої не є критичним, тому можна використовувати будь-які зручні для вас варіанти. Для тих, хто захоче побудувати цей пристрій на друкованій платі, на рис.2 наведено креслення розведення, а схема на рис. 3 показує розміщення компонентів.

напруги

Мал. 2 Креслення розведення

Відповідно до правильної послідовності монтажу спочатку слід встановлювати найменш чутливі компоненти. Припаяйте дроти батарейної панельки, колодку під DD2, вимикач, потім потенціометр та вихідний роз'єм. Потім встановіть решту пасивних елементів: спочатку резистори, потім конденсатори. Для досягнення мінімального дрейфу частоти вихідного сигналу конденсатор С2 повинен бути плівковим, R7-Me-талло-оксидний резистор з похибкою 2%, а в якості R8 бажано використовувати дротяний багатооборотний потенціометр. В останню чергу необхідно встановлювати D1, DD1 та DD2.

напруга

Мал. 3 Розміщення компонентів

Уважно перевірте орієнтацію полярних компонентів, і якщо ви не використовували друковану плату, перевірте провідні з'єднання. Залежно від чутливості осцилографа, можливо, знадобиться інше значення амплітуди вихідного сигналу. Якщо це так, то ви можете переробити вихідний каскад схеми наступним чином: підключіть два LM336Z послідовно та зменшіть опір резистора R1 для підтримки струму близько 1 мА у дільнику та LM336Z. Це забезпечить вдвічі більшу напругу на виході.

Налаштування такалібрування

Вихідну напругу калібратора можна перевірити будь-яким добрим цифровим мультиметром. Тимчасово замкніть точку з'єднання R1 та D1 на землю. Це встановить вихід пристрою в постійну напругу 1 В. Перевірте та переконайтеся, що це так.

Для перевірки вихідної частоти можна використовувати цифровий частотомір. Однак є й інший точний метод, який можна використовувати за наявності тестового компакт-диска. Увімкніть тестовий диск на відтворення синусоїдальної частоти 1кГц і підключіть його до одного каналу стереопідсилювача. До іншого каналу підключіть свій калібратор для осцилографа. Поверненням потенціометра R8 підлаштуйте вихідну частоту калібратора так, щоб отримати нульові биття звукової частоти. Цей процес звукового балансування подібний до того, як зазвичай налаштовують піаніно або гітару.

Використання калібратора

Підсилювач вертикального відхилення осцилографа можна перевірити, підключивши калібратор та порівнявши розмах прямокутного сигналу на екрані осцилографа з розміткою, нанесеною на електронно-променевій трубці. Генератор розгортки перевіряють, встановивши ручку розгортки положення 1 мс і порівнявши прямокутні фронти сигналу з вертикальною розміткою трубки. Крім того, за допомогою даного калібратора можна перевірити вхідний пробник-ділитель осцилографа (х10, х100). Оскільки фронти прямокутного сигналу, який формується калібратором, досить круті, будь-які спотворення його форми стають дуже помітними. Якщо виносний пробник має у своєму складі підстроювальні елементи, то їх регулюванням можна домогтися відновлення вихідної прямокутної форми калібрувального сигналу, що проходить через дільник.

Напівпровідникові компоненти: DD1 - LM336Z прецизійне джерело опорної напруги (Jameco 23771 або аналогічне) DD2 -4049 шість КМОП-інверторів D1 - 1 N4148 кремнієвий діод Пасивні компоненти: Резистори (всі постійні резистори 0,25 Вт, 5%, крім зазначених особливо) R1 - 2,2 кОм R7 - 39 кОм R8 - 10 кОм, підбудовний (див. текст) R9 - 1 МОм R2-R6 - 470Омх5, 2% резисторне складання Додаткові деталі та матеріали: С1 - 0,1 мкФ керамічний дисковий конденсатор С2 - 0,01 мкФ плівковий прецизійний конденсатор S1 - мініатюрний вимикач Л, і2-наконечники (червоний та чорний) В1 - 9 В батарейка

Charles Hansen Переклад та обробка Володимир Волков