Мініатюрний осцилографічні пробників.


При ремонті і налагодженні радіоелектронної апаратури часто виникає потреба в мініатюрному пробники-осцилографі з автономним живленням, за допомогою якого можна було б контролювати наявність сигналу і хоча б приблизно оцінити його параметри.

Пропонований увазі читачів осцилографічний пробник значною мірою відповідає цим вимогам. Застосування низьковольтного багаторозрядного вакуумного люмінесцентного індикатора і цифрових мікросхем серії К176 дозволило сконструювати економічний прилад розміром з кишеньковий мікрокалькулятор і живленням від батареї напругою 9 В. Споживаний пробників струм не перевищує 15 мА, причому основним споживачем є катод прямого розжарювання індикатора. Пробників можна контролювати сигнали амплітудою 1 … 320 В частотою до 50 кГц при шпаруватості від 1,14 до 8, а також поодинокі імпульси. Вхідний опір на межі "1 … 32 В" -220 кОм, на межі "10 … 320 В" – 2,2 МОм. Передбачено три режими роботи: автоматичний, режиму із запуском фронтом позитивного імпульсу та режиму із запуском фронтом негативного імпульсу.


Puc.1.

Принципова схема пробника зображена на рис. 1, тимчасові діаграми в його характерних точках – на рис. 2 (режим автоматичного розгортки) і 3 (режим чекає розгортки). Прилад складається з генератора розгортки, пристрої вертикального відхилення "променя" і багаторозрядного знакового індикатора HG1. Генератор, у свою чергу, містить мультівібратор на елементах DD1.1-DD1.3 і лічильник-дешифратор DD2, пристрій вертикального відхилення "променя" – компаратори позитивного (ОУ DA1) і негативного (ОУ DA2) рівнів і елемент збігу DD1.4. Мультівібратор виробляє послідовність імпульсів (рис. 2, ж), лічильник-дешифратор по черзі формує на своїх виходах імпульси високого рівня (рис. 2, з-п), які, послідовно вступаючи на сітки індикатора HG1, створюють горизонтальну розгортку зображення.


Puc.2


Puc.3.

Контрольований сигнал надходить на входи компараторів через дільник напруги, що складається з резисторів R3, R5 і R6. Потенціал загального проводу, необхідний для нормальної роботи ОУ DA1, DA2 при живленні від однополярного джерела GB1, створюється штучно дільником напруги R8-R11. Цей же дільник задає і порогові напруги на інвертується вході ОП DA1 і неінвертуючий вхід ОП DA2, що відрізняються від потенціалу загального проводу відповідно на 100 і -100 мВ; елементи R3, R5, VDI, VD2 захищають входи ОП від перевантажень. Частку вхідного сигналу, при якій спрацьовують компаратори, встановлюють перемикачем SA1 і змінним резистором R6 (щодо положень перемикача і движка резистора при необхідності судять про амплітуду сигналу).

У індикаторі HG1 використані горизонтальні аноди-сегменти а, g і d (в довідниках їх іноді позначають російськими літерами а. Ж, г), відображає відповідно позитивний, і негативний нульової рівні контрольованого сигналу. Якщо напруга сигналу перевищує (за абсолютною величиною) позитивний або негативний пороговий рівень, на виході ОП DA1 або DA2 з'являється напруга високого рівня і запалюються аноди-сегменти а чи d. Якщо ж обидва компаратора (DA1 і DA2) знаходяться в нульовому стані (на їх виходах – напруги низького рівня), високий рівень присутній на виході елемента DD1.4 і світяться аноди-сегменти g, відображаючи нульовий рівень вхідного сигналу (рис. 3, р).

Частота проходження імпульсів мультівібратор, а отже, і швидкість розгортки зображення на індикаторі задається резисторами R2, R4 і одним з конденсаторів С1-С8, вибраним перемикачем SA2. Плавно частоту проходження імпульсів регулюють змінним резистором R4. Резистор R1 обмежує вхідний струм через мікросхему, його опір вибирають в межах 3 … 10 кОм. Якщо необхідні інші, ніж вказано на схемі, тривалості розгортки, то це можна зробити, розрахувавши заново (за формулою T = 1,4 RC, де Т – період коливанні) номінали конденсаторів С1-С8 і резисторів R2, R4.

У режимі автоматичної розгортки формується цикл, що складається з восьми тактів, фронтом дев'ятого імпульсу лічильник-дешифратор DD2 переводиться в нульове стан (рис. 2, е). У режим очікування генератор розгортки запускається самим контрольованим сигналом. У цьому режимі він може бути запущений як позитивним перепадом вхідного напруги (перемикач SA3 в середньому – за схемою – положенні), так і негативним (Перемикач в нижньому положенні). Коли на виході компаратора, до якого підключена диференціюються ланцюг R12C9, з'являється позитивний перепад рівнів, на вході R лічильника-дешифратора DD2 формується короткий імпульс скидання (рис. 3, е). У результаті на виході 8 з'являється напруга низького рівня і мультівібратор починає генерувати імпульси. При появі на цьому виході лічильника-дешифратора високого рівня генерація припиняється. Іншими словами, розгортка запускається на один цикл. При періодичному вхідному сигналі на індикаторі HQ1 спостерігається стійке зображення. Катод прямого сяють індикатора підключений до батареї GB1 через токо-обмежувальний резистор R13 (до її полюси обов'язково повинен бути підключений висновок I, сполучений з струмопровідним покриттям внутрішньої поверхні балона).

Конструкція і деталі. У пробники застосовані постійні резистори МЛТ, змінні резистори СПЗ-0, 15, конденсатори КМ-5. Замість ОУ К140УД6 можна використовувати ОУ К140УД7, К140УД8 (з будь-яким буквеним індексом), К140УД12, К140УД14, замість мікросхем серії К176 – їх аналоги із серії К561. Розетка XS1, перемикачі SA1-SA3 і вимикач QI можуть бути будь-якого типу, важливо лише, щоб вони були малогабаритними.

На передній стінці корпуса пробника встановлені розетка XS1 з елементами вхідного дільника напруги R3, R5, R6 і вимикачем SA1, перемикачі SA2 (з припаяними до його контактів конденсаторами С1-С8) і SA3 (з конденсатором С9), вимикач харчування Q1, змінний резистор R4 і індикатор HG1. Змінні резистори R4 і R6 забезпечені шкалами, приблизний вигляд яких показано на рис. 4.


Puc.4.

Відмітка "X 1" шкали резистора R4 ("Час / справ.") Відповідає крайньому лівому (за схемою) положенню движка, а відмітка "1В" шкали резистора R6 ("Рівень") – крайнього верхнього (також за схемою). Решта деталі пробника розміщені на друкованій платі (рис. 5), виготовленої з фольгованого склотекстоліти товщиною 1,5 мм. Можливий варіант конструкції, при якій елементи вхідного дільника напруги разом з вимикачем SA1 змонтовані в виносному щупі (з таким пробників працювати буде зручніше).



Рис. 5.

Налагодження пристрою полягає в установці (підбором резисторів R8 і R11) напружень +100 мВ на виведення 2 ОУ DA1 і -100 мВ на виведення 3 ОП DA2 щодо середньої точки дільника R8-R11, При нестійкому запуску розгортки в режим очікування необхідно збільшити ємність конденсатора С9. Підвищити яскравість світіння сегментів індикатора можна збільшенням напруги живлення до 12 В (при цьому опір резистора R13 необхідно збільшити до 560 Ом).

Робота з пробників вимагає деякого навички. Якщо необхідно визначити лише наявність імпульсів і їх тривалість, то змінним резистором R6 ("Рівень") встановлюють чутливість, що дорівнює 1 В, перемикачем SA2 ("Час / справ.") вибирають таку тривалість розгортки, при якій на індикаторі відображається один або два періоди сигналу, і змінним резистором R4 ("Час / справ.") домагаються сталого зображення. Якщо у такий спосіб синхронізувати зображення не вдається, прилад переводять у режим чекає розгортки із запуском позитивним чи негативним перепадом вхідного напруги. Період контрольованих коливань або тривалість імпульсу визначають за положенням перемикача SA2 і ручки змінного резистора R4.

Якщо ж потрібне виміряти амплітуду сигналу, ручку змінного резистора R6 і перемикач SA1 встановлюють у положення, відповідні запалення сегментів позитивного чи негативного (в залежності від полярності сигналу) рівня. Амплітуду (у діапазоні значень. Встановлених перемикачем SA1) відраховують за шкалою резистора.

Форму коливань визначають за характером зміни зображення на індикаторі при встановленні змінним резистором. R6 різних значень чутливості. У якості прикладу на рис. 6 показана відображувана індикатором інформація при поданому на вхід сигналі трикутної форми і різних положеннях движка змінного резистора R6 (штрихами зображені аноди-сегменти, що світяться вполнакала).


Puc.6

Як показала практика, домагатися повної синхронізації розгортки слід не завжди – у ряді випадків зображення контрольованого сигналу сприймається краще, якщо воно повільно переміщується в ту чи іншу сторону.

І. СИНЕЛЬНИКОВ, В. Равич м. Калінінград

Радіо № 11, 1988, с.23-25.