Приставка до осцилограф для виміру частотних характеристик

Останнім тягар в радіоаматорського практиці широко стали застосовуватися візуальні методи проведення контролю характеристик, засновані на використанні панорамних індикаторів. З їх допомогою вдається набагато оперативніше виробляти регулювання таких дуже складних радіотехнічних пристроїв, як фільтри, підсилювачі, радіоприймачі, телевізори, антени. Однак придбати такий прилад промислового виготовлення не завжди можливо, та й коштує він недешево.
Тим часом, без особливих витрат можна зробити аналогічний за функціональним призначенням прилад у вигляді приставки до осцилографа. Така приставка повинна містити генератор качающейся частоти (ГКЧ), генератор напруги для розгортки осцилографа і виносну детекторні голівку. Схема такої приставки показана на мал.1.


Рис. 1 Принципова схема

При розробці приставки ставилася мета створити просту, малогабаритну та зручну для повторення конструкцію. Щоправда, з-за своєї простоти вона, звичайно, не позбавлена деяких недоліків, але її і слід розглядати лише як базову конструкцію. У міру додавання інших вузлів можна буде розширити функціональні можливості і сервісні зручності приладу.
Пропонована приставка призначена для налаштування різних електронних пристроїв у діапазоні частот 48 … 230 МГц, тобто в телевізійному діапазоні MB. Однак ця конструкція дозволяє змінювати діапазон її робочих частот, і тоді вона зможе працювати в діапазоні ДМВ (300 … 900 МГц), першої проміжної частоти супутникового телебачення (800 … 1950 МГц) або на радіоаматорських KB діапазонах.
Основна перевага такої приставки полягає в тому, що весь діапазон частот перекривається за допомогою одного ГКЧ (це зручно при налаштуванні широкосмугових пристроїв, наприклад антенних підсилювачів, селектор каналів телевізорів і т.п.), передбачена можливість встановлення верхньої і нижньої частот діапазону гойдання незалежно один від одного двома ручками керування. Це дозволяє швидко встановлювати необхідну ділянку робочого діапазону. До недоліків самого пристрою слід віднести нелінійну залежність напруги розгортки і зміна його амплітуди при зміні діапазону робочих частот.
Приставка складається з ГКЧ, зібраного на транзисторах VT2 VT3, буферного підсилювача на транзисторі VT4. Hа елементах DA1, DA2, D4, DD1 зібраний генератор трикутного напруги, на мікросхемі DA5 і транзисторі VT1-стабілізатор струму для живлення ГКЧ, а на мікросхемі DA3 – підсилювач напруги для розгортки осцилографа.
Генератор ВЧ зібраний за схемою мультівібратор з індуктивного навантаженням. Таке схемотехнічне рішення дозволило забезпечити перекриття всього діапазону (коефіцієнт перекриття по частоті приблизно 5) без перемиканні частотозадающіх елементів. Досягнуто це зміною струму через транзистори, при цьому змінюються параметри їх провідності і дифузійні ємності, що дозволяє варіювати частоту такого генератора в широких межах. Так, при зміні струму від 50 до 1,5 мА частота змінюється від 48 до 230 МГц. Але для підвищення стабільності частоти і можливості управління генератором ВЧ, його слід плекати від стабілізатора струму.
Управляюче напруга для стабілізатора струму формується на конденсаторі С3, посилюється мікросхемою DA5 і її вихідний сигнал управляє струмом, що протікає через транзистор VT1 (і транзистори генератора ВЧ). Елементи DA1, DA2, DA4 і DD1 забезпечують періодичну перезарядку конденсатора. Цикл перезарядки залежить від положень движків резисторів R2 і R4. Надходить на резистори напруга стабілізовано параметричним стабілізатором R1 VD1. Підсилювачі постійного струму DA1 і DA2 виконують роль компараторів напруги – як зразкового використано напруга падіння на резисторі R14, а перемикаючі напруги визначаються положеннями резисторів R2 і R4.

У початковому стані конденсатор С3 розряджений, тому на резисторі R14 і на висновках компараторів 3 DA1 і 2 DA2 буде напруга, близьке до нуля. У цьому випадку на вході R тригера DD1 буде високий логічний рівень, а на виході S – низький, відповідно на прямому виході тригера буде низький рівень, а на інверсної – високий. У такому стані на виході мікросхеми DA4 буде напругу 10 … 11 В і почнеться зарядка конденсатора С3 через резистор R11.
Збільшення напруги на конденсаторі призводить до збільшення струму через генератор ВЧ і до зменшення генерованої частоти. Коли падіння напруги на резисторі R14 зрівняється з напругою на движку резистора R4, на виході компаратора DA2 з'явиться низький логічний рівень, але стан тригера не зміниться і процес зарядки конденсатора продовжиться.
При збільшенні напруги на резисторі R14 до рівня напруги на движку резистора R2, на виході компаратора DA1 з'явиться високий логічний рівень, стан тригера зміниться на протилежний, тому на виході мікросхеми DA4 буде напруга -10 …- 11 В і почнеться розрядка конденсатора С3. При цьому компаратор DA1 переключиться у стан з низьким рівнем логічним на виході, але тригер не перекинувся і конденсатор С3 продовжить розрядку.
Коли заряд конденсатора до напруги спрацьовування компаратора DA2, на його виході з'явиться високий логічний рівень, тригер перемкнеться, на виході мікросхеми DA4 буде напруга 10 … 11 В – Знову почнеться зарядка конденсаторі С3.
Таким чином, змінюючи напругу на движках резисторів R2 і R4, можна змінювати напруги на входах компараторів, між якими відбувається перезарядка конденсатора С3, тобто діапазон зміни струму, протікає через генератор ВЧ, а значить, і діапазон зміни його частоти. Так як ці напруги можна встановлювати незалежно один від одного, то забезпечується незалежна установка верхній і нижній частот діапазону хитання частоти генератора.
На комденсаторе С3 формується трикутне напруга, а не Пікоподібне, як це зазвичай буває в подібних пристроях. Тому частота ГКЧ перебудовується вгору і вниз з однаковою швидкістю. Це дозволило усунути необхідне в таких випадках пристрій гасіння зворотного ходу променя, що, звичайно ж, спрощує конструкцію.
Слід зазначити, що лінійність трикутного напруги буде невисокою, але цілком задовільною. Якщо лінійність має важливе значення, то в ланцюзі зарядки конденсатора замість резистора R11 слід включити стабілізатор струму, виконаний за схемою, наведеною на рис.2.


Рис. 2

Буферний підсилювач на транзисторі VT4 забезпечує розв'язку між генератором ВЧ і навантаженням, а також формує необхідний рівень вихідної напруги: на виході XS1 він становить 100мВ, а на виході ХS2-10мВ.
Для синхронізації розгортки осцилографа використано падіння напруги на резисторі R14, воно пропорційно зміні частоти (оскільки обидва є функцією струму через транзистори генератора), але зі зворотним залежністю-більшу напругу на резисторі відповідає меншому значенню частоти. Тому його подають на інвертується підсилювач (мікросхема DA3) з регульованим коефіцієнтом передачі. На його виході формується напруга для синхронізації розгортки осцилографа, що має пряму залежність між напругою і частотою. Амплітуда цієї напруги встановлюється резистором R10.
Всі радіоелементи приставки розміщені на друкованій платі. Вона виготовлена з двостороннього фольгованого текстоліту. Вільна від елементів сторона залишена металізованої і сполучена з іншого стороною фольгою по периметру плати. Ця сторона одночасно є і передньою панеллю пристрою, а деталі закриваються корпусом, краще металевим.
У пристрої можна застосувати елементи наступних типів: ОУ-К140УД6 або К140УД7 (з буквеними індексами А і Б), цифрова мікросхема – К561ТМ2, 564ТВ1 або інші мікросхеми серій К561, 564, що містять RS-тригер. Крім того, тригер можна зібрати і на основі логічних елементів мікросхем К561ЛА7, К561ЛЕ5 та ін
Транзистор VT1 – КТ603 (з буквеними індексами А – Г); КТ608 (А, Б) КТ630 (А. Б), КТ815 (А – Г), КТ817 (А – Г); VT2 і VT3-КТ3123А, КТ3123В, а при зменшенні діапазону перебудови і КТ363Б, при використанні транзисторів КТ3101А, КТ3124А, КТ3132А схему генератора потрібно змінити в відповідності зі схемою на рис.3;


Рис. 3

VT4 – КТ368 (А, Б), КТ399А, К73101А, КТ3124А або їм аналогічні.
Стабілітрон – КС147А, КС156А.
Резистори R2, R4, R10 – СП, СПО, СП4-1, інші – МЛТ. Конденсатори С1, С3 – К50-6, К53-1, К52-1, С7-КД, КТ, решта – КМ, КЛС, КД.
Гнізда XS1, XS2 будь-які високочастотні, наприклад телевізійні. Котушки L1, L2 безкаркасні, намотані на оправці діаметром 2 мм і містять по 5 витків дроту діаметром 0,5 мм, довжина намотування 15 мм.

Схема внесений детекторний головки наведена на мал.4.


Рис. 4

У ній можна застосувати високочастотні детекторні діоди – КД419А, ГД507А або аналогічні їм. Всі елементи розміщені в корпусі від фломастера і з'єднання між ними повинні мати мінімальну довжину. З осцилографом вона з'єднується екранованим проводом.
Налагодження пристрою починають з генератора ВЧ. Для цього тимчасово нижній за схемою вивід резистора R11 від'єднують від мікросхеми DA4 і підключають його до механізму резистора R2. До гнізда XS1 підключають частотомір, потім, обертаючи резистор R2, вимірюють діапазон зміни частоти генератора – коефіцієнт його перекриття по частоті повинен бути не менше 5. Якщо це так, то встановлюють межі діапазону за рахунок одночасної зміни числа витків котушок або стискаючи і розтискаючи витки. Якщо коефіцієнт перекриття виявився менше, то можна спробувати збільшити його за рахунок зменшення номіналу резисторів R3 і R5 на 20 … 30%.
Після цього всі з'єднання відновлюють і переконуються в працездатності генератора трикутного напруги. Для цього контролюють напругу на резисторі R14 при обертанні резисторів R2 і R4.
Потім підключають приставку до осцилограф і резистором R10 встановлюють розгортку по горизонталі на весь екран.
Після цього до гнізда XS1 підключають навантаження (резистор 75 або 50 Ом) і детекторні голівку, а її вихід-на "Вхід Y" осцилографа. При цьому на екрані повинен з'явитися крива, яка відображає частотну залежність вихідної напруги. Підбором номіналів елементів С7, С10, R13 і місць підключення останніх до L2 домагаються напруги близько 100 мВ при її нерівномірності не більше 30%. У конструкції автора конденсатор С7 був підключений до першого, а резистор R13 – до третього витка котушки L2, рахуючи від нижнього за схемою виведення.
На закінчення проводять градуювання шкал резисторів R2 і R4. Для цього на вхід підключеної до гнізда XS1 детекторний головки через резистор опором 200 … 300 Ом подають сигнал з еталонного генератора. З частотою, наприклад, 100 МГц і змінюють його амплітуду до отримання акуратною мітки на кривій. Після цього ручкою "Fн" суміщають початок розгортки з цією міткою і роблять позначку на шкалі. Потім ручкою "Fв" суміщають кінець розгортки з цією міткою і також роблять відмітку вже на шкалі цього резистора. Аналогічно градуіруют шкалу для інших частот.
Для живлення приставки використаний Двуполярность стабілізований джерело живлення, що забезпечує струм по плюсовій шині до 100 мА і по мінусовій – до 10 мА.

І. НЕЧАЄВ м. Курськ, радіо № 1, 1994 р., стор.26