Демонстраційний осцилограф

В. ЧЕРНЯШЕВСКІЙ

Метод осцилографічні вимірювань міцно увійшов в практику радіоаматорського конструювання, у навчальний процес організацій ДТСААФ, загальноосвітніх шкіл, середніх та вищих навчальних закладів. У зв'язку з цим певний інтерес представляють навчально-демонстраційні осцилографи, що дозволяють не тільки проводити найпростіші електричні вимірювання, але і розібратися в принципі роботи та пристрої цих електронних вимірювальних приладів.

Описуваний переносний демонстраційний осцилограф розроблений і виконаний учнями середньої школи № 1 м. Комунарська Ворошиловградської області. З метою можливого зменшення обсягу слюсарних і столярних робіт при виготовленні футляра, в якому розміщені електронно-променева трубка 13ЛО37, деталі осцилографа та підставки блоків живлення, використані предмети домашнього ужитку. Шарнірне з'єднання футляра зі стійкою створює зручність роботи з приладом.

Вхідний опір підсилювача вертикального відхилення променя близько 50 кОм, чутливість 0,20 – 0.25 мм / мВ, смуга пропускання 50 Гц-10 кГц. Живлення здійснюється від акумуляторної батареї напругою 6 В.

Принципова схема осцилографа зображена н рис. 1.

У Двохкаскадний підсилювачі вертикального відхилення променя працюють транзистори 77 і Т2. Для збільшення вхідного опору транзистор 77 першого каскаду включений за схемою емітерний повторювача. Досліджуваний сигнал, що знімається з движка змінного резистора R1, що є регулятором чутливості, через конденсатор С1 подається на базу транзистор T1, а з його навантажувального резистора R4 – через конденсатор С2 на базу транзистора Т2 каскаду підсилювача напруги. Посилений сигнал знімається з резистора R7, що є навантаженням транзистора Т2, і через конденсатор С5 подається на пластини вертикального відхилення променя електронно-променевої трубки Л1. Негативне напругу зміщення на базу транзистора Т1 надходить через резистор R2, на базу транзистора Т2 – через резистор R6.

Для відхилення електронного променя трубки на всю висоту екрану на пластини вертикального відхилення необхідно подавати імпульси напруги амплітудою 100-200 В (чим вище напруга на ділянці катод – анод трубки, тим більше амплітуда імпульсу досліджуваного сигналу). У описуваному осцилографі живлення підсилювача здійснюється від випрямляча з вихідним напругою близько 200 В, а в каскадах працюють транзистори типу МП26, що витримують напругу на ділянці колектор – емітер до 100 В. Для гасіння надлишкового напруги в ланцюг колектора транзистора 77 включений резистор R3. Конденсатор СЗ шунтується колекторних ланцюг цього транзистора по змінній складової.

Генератор розгортки зібраний за схемою релаксаційного генератора, в розрядну ланцюг якого включено

діністор Д1 (перемикаючий діод) типу Д228І. Відомо, що заряд конденсатора в RC ланцюжку (на мал. 1 – конденсатори С6, С7, С8 і резистори R8, R12) відбувається за експоненціальним, тобто нелінійному законом, але поблизу нуля ця залежність близька до лінійної, що і визначає харчування генератора розгортки високовольтною напругою.

Синхронізація генератора розгортки здійснюється при подачі досліджуваного сигналу, що знімається з навантажувального резистора R7 колекторної ланцюга транзистора Т2, в ланцюг діністора Д1 (через конденсатор С4). Діод Д2 призначений для здійснення відсічення напруги в колі зарядного конденсатора (С6, С7 або С8) при подачі сінхроімпульсов в ланцюг діністора генератора горизонтального відхилення променя.

Частоту генератора розгортки можна змінювати стрибкоподібно перемикачем В1 і плавно змінним резистором R12 в межах 0,5-5; 5-50 і 50-500 Гц. Фокусування променя здійснюється змінним резистором R17, яскравість світіння – резистором R18. У осцилографі передбачена можливість горизонтального і вертикального зміщення променя змінними резисторами R11 і R13.

Блок живлення осцилографа складається з перетворювача напруги на транзисторі ТЗ і двох випрямлячів – для живлення електронно-променевої трубки і харчування транзисторів підсилювача вертикального відхилення променя. Перший з цих випрямлячів зібраний на діодах Д4 і Д5 за схемою подвоєння напруги, що знімається з високовольтної обмотки III трансформатора Tpl, другий – однополуперіодний на діод ДЗ, випрямляючий напруга, знімається з обмотки II трансформатора. Нитка напруження електронно-променевої трубки і сигнальна лампа Л2 харчуються безпосередньо від батареї Б1.

У блоці живлення описуваного осцилографа використаний трансформатор ТВЗ-70 (рис. 2) – вихідний трансформатор рядкової розгортки телевізора з відхиленням променя на кут 70 °. Його високовольтна катушка виконує роль обмотки III, а частина анодної котушки (висновки 1-5) – роль обмотки II трансформатора Tpl блоку живлення. Секція 5-6 анодної котушки і котушка, що живить нитка розжарення високовольтного кенотрона, не використовуються. Обмотка I намотана на вільній ділянці феритового сердечника ТВЗ. Її секція la містить 50 витків, а секція 16-22 витка проводу ПЕВ-1 0,3.

Подібним чином можна використовувати в блоці живлення і ТВЗ інших типів, наприклад ТВС-ПОЛ.

Джерелом живлення (Б1) служить батарея, складена з п'яти акумуляторів Д-0, 25. Можна також використовувати інші нікель-кадмієві акумулятори з номінальною ємністю 2,5-3 А-ч.

Транзистори типу МП26 (Tl, T2) можна замінити транзисторами типу МП26А, МП26Б; П201 (ТЗ)-транзисторами типу П213-П217 з будь-яким буквеним індексом. Зовнішній вигляд осцилографа показаний на рис. 3, а деталі корпусу і підставки – на рис. 4.

Футляр утворюють стаканообразная частина 2 трилітрового пластмасового бідони, у якого горловина з ручкою відпиляти, та пластмасова коробка 5 с нагвинчують кришкою 4. У дні бідони і кришці коробки прорізані отвори діаметром 80 мм для монтажного каркаса 3. Потім ці деталі скріплені разом трьома гвинтами М3 з гайками. Якщо навернути їх на коробку 5, то вийде футляр, в якому вільно розмістяться електронно-променева трубка та інші деталі осцилографа (крім блоку живлення), змонтовані на циліндричному монтажному каркасі 3.

У донишке1 коробки 5 прорізано отвір діаметром 60 мм для цокольній частині трубки, якою вона вставляється в лампову панель, прикріплену зовні донної частини коробки. Крім того, в бічній стінці коробки просвердлені 8 отворів діаметром 8 мм, через які проходять осі змінних резисторів і перемикачів, і з протилежного боку (знизу) ще п'ять отворів для вхідних гнізд, провідників, що йдуть від блоку живлення, і кріплення скоби шарніра футляра до стійки.

На передній частині футляра укріплена Світлозахисна бленда 1, склеєна з щільного паперу, а зверху – ручка для перенесення.

Підставою 7, що є екрануючим футляром блоку живлення, служить алюмінієва каструля діаметром 180 мм, повернена дном вгору. У ній просвердлені отвори для кріплення стійки 6, вимикача харчування ВЗ і "вічка" індикаторної лампи Л2. Знизу для стійкості прикріплений масивний металевий диск.

Конструкція монтажного каркаса показана на рис. 5. В якості каркаса / використаний пластмасовий стакан діаметром 80 мм у верхній частині і висотою 200 мм, на стінках якого змонтовані деталі розгортки і підсилювача вертикального відхилення променя. Донну частину, в якій прорізано отвір діаметром 60 мм, двома гвинтами МОЗ з гайками скріплюють з футляром, лампової панеллю 3 та захисним ковпаком 4, склеєних з цупкого паперу. Спереду на каркас одягнута пінопласту кільце 2, ущільнююче посадку монтажного каркаса у футлярі.

Лампова панель може бути готовою або саморобною. Саморобна панель являє собою диск, випиляні з органічного скла або гетинаксу товщиною 3-5 мм, з отворами для гнізд і направляючого ключа електронно-променевої трубки. Гнізда можна зігнути з жерсті або листової латуні.

Перевірку працездатності та налагодження осцилографа доцільно виробляти поблочно, починаючи з блоку живлення.

Для перевірки перетворювача блоку живлення вихід високовольтного випрямляча навантажують резистором опором 2 МОм, включаючи його між точкою з'єднання діода Д5 з конденсатором С15 і "заземленим" провідником; вихід другого випрямляча навантажують резистором опором 10 кОм, підключивши його паралельно конденсатору С13. Напруга на конденсаторі С15, виміряний ламповим або транзисторним вольтметром, повинно бути в межах 400-500 В, на конденсаторі С14 800-1000 В (сумарне напруга на обох конденсаторах дорівнює 12 000-15 000 В), на конденсаторі С13 – в межах 200-300 В. Різниця в напружених на конденсаторах С14 і С15 пояснюється тим, що в перетворювачі напруги працює один транзистор, через що амплітудні значення напруги обох напівперіодів не рівні. При вимірі вольтметром з відносним вхідним опором менше 10 кОм / В напруги будуть дещо менше (з-за шунтування вимірюваної ланцюга вхідним опором приладу). При значно менших напругах потрібно буде підбирати резистор R20, замінивши його на цей час змінним резистором з номінальним опором 270-500 Ом. Якщо підбором опору резистора не вдасться збільшити напруги на виходах випрямлячів, це вкаже на необхідність заміни транзистора типу П201 іншим тієї ж серії, чи транзистором типу П213. Потім вставляють електронно-променеву трубку. Після прогріву катода на її екрані має з'явитися світла пляма, яке легко фокусується змінним резистором R17, а за допомогою резисторів Rll, R13 може зміщуватися по горизонталі й вертикалі.

Перевіряючи генератор розгортки, потрібно переконатися, що він при найбільшому опорі змінного резистора R12 створює коливання частотою 0,5 Гц. Якщо частота більше, то трохи збільшують ємність конденсатора СБ Відповідно, у разі необхідності, підбирають конденсатори С7 і С8 при інших положеннях перемикача "Частота" (В1).

Під час перевірки і налагодження підсилювача вертикального відхилення променя треба виключити будь-які випадки розриву ланцюгів зсуву транзисторів 77 і Т2. Навіть миттєве відключення базових резисторів R2 і R6 при увімкненому живленні приводить до негайного пробою транзисторів.

Діністор можна замінити Тиратрони типу МТХ-90, включивши його за схемою, що зображена на рис. 6. У цьому випадку ємність конденсатора С4, через який в ланцюг генератора розгортки подаються синхронізуючі імпульси, повинна бути в межах 20-47 пФ.

Тиратрони з власником бажано винести на козирок бленди приладу, що підвищить ефективність знайомства об'єктів навчання з процесами отримання пилоподібного напруги в генераторах розгортки. Так, при частоті розгортки 0,5 Гц спостерігач бачить на екрані трубки повільне переміщення світної точки по горизонталі. Коли напруга на конденсаторі (С6-С8) генератора розгортки стане рівним напрузі запалювання Тиратрони, відбудеться швидкий розряд конденсатора через Тиратрони і повернення променя в початкове положення.