ХАРАКТЕРІОГРАФ

В. Тарасов

Прилад призначений для зняття вольтамперних характеристик (ВАХ) двох-і трехполюсніков. При знятті характеристик триполюсні елементів потенціал одного з електродів фіксується на час зняття однієї ВАХ.

Структурна схема приладу представлена на рис. 1.


Рис. 1. Структурна схема характеріографа:


1 – мультівібратор; 2 – мультівібратор часу відновлення початкового стану пристрою; 3 -5 – тригери; 6 – підсилювач з цифро-аналоговим перетворювачем; 7 – мультівібратор скидання; 8-інвертор: 9 – вузол скидання; 10, 11-тригери; 12 – модулятор яскравості; 13 – генератор пилоподібного напруги; 14 – вихідний каскад позитивного лінійно зростаючого пилоподібного напруги; 15 – вихідний каскад отріцaтельного лінійно зменшує пилоподібного напруги; 16 – диференціальний підсилювач; 17 – підсумовує підсилювач струму; 19 – комутатор сигналів горизонтального відхилення; 18 комутатор сигналів вертикального відхилення; 20 – підсилювач вертикального відхилення; 21 – підсилювач горизонтального відхилення; 22-блок електроннопроменевої трубки.


Цикл роботи приладу визначається системою управління. Система складається з двох чекають мультівібратор – мультівібратор 1, що задає час дії пилоподібного напруги, і мультівібратор 2 часу відновлення початкового стану пристрою; двох тригерів (10, 11), керуючих електронними ключами підсумовують підсилювачів "X" і "У" (18, 19), і трьох тригерів, що визначають вхідні сигнали цифро-аналогового перетворювача (ЦАП).

Ступеневу напруга з виходу підсилювача ЦАП 6 інвертується (інвертором 8), і в залежності від типу досліджуваного пристрою або елемента пряме або Інвертований напруга визначає фіксований параметр на час відтворення на екрані електронно-променевої трубки (ЕПТ) однієї ВАХ.

У результаті реалізації повного циклу роботи пристрою на екрані ЕПТ відтворюється вісім вольтамперних характеристик, Перед відтворенням характеристик на екрані електронний промінь "прокреслює" осі абсцис і ординат.

У робочому режимі (режим вимірювання) відхилення променя вздовж осі абсцис пропорційно заданому напрузі, що подається на досліджуваний прилад або пристрій з генератора пилоподібного напруги. Відхилення променя вздовж осі ординат пропорційно току досліджуваного приладу або пристрою.

Система управління визначає наступний порядок проходження сигналів через електронні ключі підсумовують підсилювачів "X" та "У":

1. Задається Пікоподібне напруга подається на вхід каналу "X" для "прочерчіванія" осі абсцис.

2. Пікоподібне напруга подається на вхід каналу "У" для "прочерчіванія" осі ординат.

3. Задає Пікоподібне напруга подається в канал "X", а напруга, пропорційне вимірюваному току досліджуваного пристрою,-у канал "У" (на цьому етапі відображаються вісім вольтамперних характеристик).

Потім весь цикл роботи приладу повторюється. Перед початком кожного циклу пристрій скидання встановлює всі тригери в початковий стан. Залежно від типу випробуваного елемента (пристрої) перемикачем 'В2 вибирають потрібний режим харчування (відповідну полярність ступеневої і пилоподібного напруги).

Для калібрування осі ординат служить зразковий резистор Rобр, який підключається замість випробуваного пристрою перемикачем ВЗ. Модуляція яскравості електронного променя трубки здійснюється імпульсом, формується системою управління на час прямого ходу генератора пилоподібного напруги. Перемикачем В1 визначається режим роботи приладу (ручний або автоматичний). Кнопка К.н1 служить для запуску приладу.

Для більш чіткого уявлення про роботу приладу розглянемо деякі його основні вузли.


Рис. 2. Принципова схема генератора пилоподібного напруги

Генератор пилоподібного напруги 13. В якості генератора, що задає пилоподібного напруги застосовується пристрій, в якому використовується заряд конденсаторів С2, СЗ від джерела постійного струму, зібраного на транзисторі Т2 (рис. 2). Розряд конденсаторів відбувається через діоди Д1-ДЗ і транзистор Т], який працює у ключовому режимі. Він керується імпульсом від чекаючого мультівібратор. Тривалість імпульсу мультівібратор, що визначає час прямого ходу пилоподібного напруги, становить приблизно 1,4 мс. З виходу складеного емітерний повторювача на транзисторах ТЗ-Т5 сигнал надходить на дільник напруги, що складається з резисторів R13—R15.


Рис. 3. Принципова схема вихідного каскаду позитивного лінійно зростаючого пилоподібного напруги

Вихідні каскади пилоподібного напруги. Сигнал генератора, що задає пилоподібного напруги з дільника надходить на вихідний каскад 14, формує позитивне, лінійно зростаюча Пікоподібне напруга. Вихідний каскад (рис. 3) представляє собою інвертується операційний підсилювач, коефіцієнт передачі якого визначається ставленням опорів резисторів R1 і R4, R9 (за умови, що коефіцієнт передачі підсилювача без ланцюга зворотного зв'язку набагато більше 1). Підсилювач складається з диференціального каскаду на транзисторах Т1, ТЗ з генератором струму, включеним до їх емітерний ланцюга (транзистор Т2), і складеного емітерний повторювача (транзистори Т4, Т5). Підсилювач має низький вихідним опором.


Рис. 4. Принципова схема вихідного каскаду негативного лінійно зменшує пилоподібного напруги

Схема вихідного каскаду (рис. 4), що формує негативне лінійно зменшуються Пікоподібне напруга, аналогічна схемі описаного вихідного каскаду. Відмінність полягає лише в застосуванні в його вузлах інших типів транзисторів.


Рис. 5. Принципова схема підсилювача вимірювання струму

Вузол вимірювання струму. Пікоподібне напругу з вихідних каскадів через перемикач В2 (див. рис. I). подається на вузол вимірювання струму (рис. 5), особливістю якого є живлення від "плаваючого" джерела. Перемикачем В4 вибирають необхідний інтервал величині струму. Напруга, пропорційне вимірюваному току, що діє на одному з резисторів R1-R3, подається на вхід балансного підсилювача 16.

Балансний підсилювач складається з вхідного і вихідного диференціальних каскадів відповідно на транзисторах Т1, Т4 і T2, ТЗ. Резистори R17-R19 служать для усунення зміщення балансного підсилювача при перемиканні діапазонів величині струму. Балансування підсилювача здійснюється змінним резистором R9. Вихідним напругою балансного підсилювача вузла виміру струму є сума відповідного пилоподібного напруги і напруги, пропорційного вимірюваному току.


Рис. 6. Принципова схема підсумовуючі підсилювача струму

Щоб виділити складову напруги, пропорційну вимірюваному току, застосований сумуючий операційний підсилювач 17 (рис. 6). Операційний підсилювач виконаний на основі підсилювача, застосованого в вихідних каскадах генератора пилоподібного напруги. На один із входів підсумовуючі підсилювача подається вихідний сигнал балансного підсилювача, а на другий через резистори R1, R1 'або R2, R2' – напруга для компенсації пилоподібного напруги. Змінним резистором R5 встановлюють нульовий вихідний потенціал операційного підсилювача.

Рис. 7. Принципова схема підсумовують підсилювачів

Підсумовуючі підсилювачі "X" і "Y" 18 і 19 (рис. 7) служать для розподілу сигналів на входи підсилювачів відхилення променя ЕПТ за час циклу роботи приладу. Кожен з них складається з вхідного дільника, що комутуються перемикачем В5, електронного ключа (МС1) і операційного підсилювача (транзистори Т1, ТЗ і T2, Т4). На вхід підсилювача "X" надходить відповідне Пікоподібне напруга, а на входи підсилювача "Y" – відповідне Пікоподібне напруга і напруга, пропорційне вимірюваному току. Управління електронними ключами здійснюється тригерами 10 і 11.

Підсилювачі відхилення "X" і "Y". Принципова схема підсилювачів відхилення XV "та" У "21 і 20 наведена на рис. 8.

Кожен з підсилювачів представляє собою четирехкаскадний диференційний підсилювач.

Для керування променем ЕПТ передбачені наступні регулювання: балансування (змінний резистор R19), посилення (R12) і переміщення (R9).

Більш докладний опис аналогічної схеми підсилювача дано в статті "Малогабаритний осцилограф", опублікованій в журналі "Радіо", 1974, № 8.


Підсилювач з цифро-аналоговим перетворювачем (підсилювач ЦАП) (Рис. 9) служить для формування східчасто змінюється напруги негативної полярності. Він являє собою сумуючий підсилювач, на вхід якого підключений ЦАП (резистори R1-R3). Резистором R6 встановлюють початковий рівень вихідного ступеневої напруги.

Для формування східчасто змінюється напруги позитивної полярності застосований інвертується операційний підсилювач 8 з коефіцієнтом передачі, рівним 1 (рис. 10).

Інвертор складається з вхідного емітерний повторювача (транзистор T1), підсилювача на транзисторах T2, ТЗ і вихідного емітерний повторювача (транзистор Т4). Коефіцієнт передачі підсилювача залежить від ставлення опорів резисторів R1 і R3, R9. Якщо початковий рівень вихідної напруги інвертора необхідно буде регулювати незалежно від початкового рівня вихідного сигналу підсилювача ЦАП, слід передбачити аналогічний резистор у вхідний ланцюга инвертор.



Пристрій скидання складається з чекає мультівібратор 7 (мал. 11) і каскаду 9 на транзисторі Т1, який формує негативний імпульс скидання (рис. 12). Цей імпульс наприкінці циклу роботи приладу встановлює всі тригери в первинний стан. Запуск чекаючого мультівібратор здійснюється позитивним фронтом вихідного сигналу тригера 5.

Схема вузла керування електронно-променевою трубкою (ЕПТ) 22


наведена на рис. 13. Напруги живлення електродів трубки подаються з дільника, який підключений до високовольтного джерела. Змінним резистором R5 регулюють яскравість променя, a R7 – його фокусування.

Імпульс підсвітки, сформований модулятором яскравості 12 (рис. 14), через високовольтний стабілітрон (Л2 на рис. 12) подається на модулятор ЕПТ. Модулятор яскравості представляє собою операційний підсилювач, на вхід якого подається негативний імпульс з чекаючого мультівібратор, що визначає час прямого ходу пилоподібного напруги. Принципові схеми тригера і чекаючого мультівібратор наведені на рис. 15 і 11.

Всі вузли характеріографа зібрані на дискретних елементах, які в значній своїй частині можуть бути замінені інтегральними схемами. На це слід звернути увагу при виготовленні приладу.

Конструкція. На горизонтальному шасі приладу встановлені сім плат, на яких змонтовані електронні вузли. Блок живлення приладу розташований на окремому шасі.

Всі органи управління приладом виведені на передню панель. Знімні кришки забезпечують вільний доступ до вузлів приладу.

Для перенесення приладу передбачені дві ручки. Підставка, укріплена знизу приладу, дозволяє встановлювати прилад під певним кутом. Зовнішній і внутрішній види приладу представлені на рис. 16.


Налагодження характеріографа для досвідчених радіоаматорів, які вирішили побудувати прилад, особливої складності не представляє і тут не описується.