Простой самодельный любительский осциллограф
Осциллограф, в полном смысле слова, можно назвать глазами радиолюбителя. Он позволяет именно посмотреть и оценить зрительно все процессы, происходящие в электронном устройстве.
Но, так сложилось, что из доступных приборов промышленность (как отечественная, так и зарубежная) может предложить радиолюбителю (или самодеятельному радиомастеру) только широкий выбор цифровых мультиметров. В то время, как доступных осциллографов в продаже практически не бывает.
Это при том, что, даже в годы “развитого социализма”, когда любое электронное устройство было в “черном списке”диффицита, в продаже периодически появлялись относительно доступные осциллографы, такие как ОМЛ-2, Н-313, ЛО-70, “Школьник”. Вот и приходится радиолюбителям приобретать либо очень старую списанную технику, либо “жить на ощупь”. Но можно сделать осциллограф и самостоятельно. Однако, прежде всего нужно “достать” самый главный его элемент – электронно-лучевую трубку со статическим отклонением лучей.
В описываемом в данной статье осциллографе применяется трубка 5Л038И, эта трубка круглая, диаметр её экрана 50 мм. Но, в принципе, в данном приборе можно использовать и многие другие трубки, такие как 16ЛОЗИ, 7Л055И, 6Л014И, 7Л01М, 8Л029И.
Разница только в режимах работы трубки, – некоторым требуется подача дополнительного ускоряющего напряжения около +1500V на конус (как высоковольтное напряжение на конус кинескопа телевизора), другие требуют более высокого отрицательного напряжения на модуляторе (до -2000V). В принципе, все это разрешимо, -нужно по справочникам найти данные имеющейся трубки, сравнить их с 5Л038И и сделать необходимые доработки в схеме прибора.
Принципиальная схема
Принципиальная схема осциллографа показана на рисунке. Это низкочастотный импульсный осциллограф, который позволяет исследовать сигналы частотой от постоянного тока до 100 кГц. Его удобно использовать при налаживании цифровых схем и низкочастотных усилителей, генераторов, других устройств.
Усилители вертикального и горизонтального отклонения выполнены по дифференциальным схемам на высоковольтных транзисторах VT8-VT11. При помощи переменного резистора R22 можно регулировать балансировку каскада вертикального отклонения и, таким образом, перемещать нулевую линию по вертикали (например, при исследовании цифровых схем удобнее если нулевая линия внизу экрана, а на переменном токе – посредине, при исследовании отрицательных напряжений -вверху экрана).
Резистор R28 выполняет аналогичную функцию, но для каскада горизонтального отклонения. С его помощью можно пододвинуть осциллограмму по горизонтали так, чтобы она удобнее расположилась на масштабной сетке. К стати, о масштабной сетке – она имеет шесть клеток по вертикали и шесть по горизонтали.
Исследуемый сигнал подается на разъем Х1. При разомкнутом S1 прибор показывает только переменное напряжение, – без постоянных составляющих (сигнал поступает на вход усилителя А1 через разделительный конденсатор С1).
Если S1 замкнуть -прибор переходит в импульсный режим, -значит он может показывать постоянное напряжение и цифровые импульсы, а переменное напряжение будет видно с постоянной составляющей.
Входной сигнал поступает на нормирующий каскад на ОУ А1. На его прямой вход сигнал поступает через не калиброванный делитель R1-R5, а необходимый коэффициент передачи точно устанавливается в процессе налаживания прибора при помощи подстроечных резисторов R8-R11 работающих в цепи ООС А1 и определяющих его коэффициент усиления. Резистором R16 можно плавно регулировать уровень сигнала, поступающий на усилитель вертикального отклонения.
Положения переключателя S2 переключающего чувствительность осциллографа, обозначены в величинах напряжения на одно деление сетки экрана (“V / дел.”). Число положений S2 можно увеличить, введя более чувствительные положения или более высоковольтные.
Генератор горизонтальной развертки вырабатывает линейно нарастающее напряжение. Он выполнен на транзисторах VT1-VT7 и цифровой микросхеме К155ЛАЗ Период развертки может быть установлен фиксировано десятью положениями от 10цS/дел. до 10 mS/дел.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельного любительского осциллографа.
Всего делений по горизонтали, как уже отмечалось, шесть. Возможна плавная подстройка периода развертки при помощи переменных резисторов R13 и R15.
Период развертки (при максимальном положении сопротивлений R13 и R15) устанавливается пятью позициями при помощи переключателя S4. Переключателем S3 можно период увеличить в 10 раз (х10). Линейно нарастающее напряжение (ЛНН) формируется RС-цепью состоящей из сопротивления R12-R15 и емкости С6-С10. Высокая линейность обеспечивается тем, что конденсаторы заряжаются от генератора тока на транзисторе VT1.
Величина этого тока определяется резисторами R12-R15. Полученное ЛНН через буферный каскад на транзисторах VT2 и VTЗ поступает на усилитель горизонтального отклонения на VT10 и VT11. Амплитуда ЛНН примерно равна 4V, при необходимости (если горизонтальная линия не разворачивается на всю ширину экрана) его можно увеличить подбором сопротивлений резисторов R32, R31, R36, R38.
ЛНН поступает, так же, на одновибратор, выполненный на транзисторе VT5 и RS-триггере на элементах D1.
1 и D1.2. Порог срабатывания одновибратора (величина амплитуды ЛНН) зависит от соотношения сопротивлений резисторов R36 и R38, а также, от R32 и R31. Как только ЛНН достигает этого порога одновибратор вырабатывает импульс, поступающий на базы транзисторных ключей на VT4 и VT12.
Открывание транзистора VT4 приводит к разрядке конденсатора (С6-С10), что приводит к началу новой зарядки и формирования нового периода ЛНН. Открывание VT12 приводит к формированию цепью R54-С20 импульса гашения обратного хода луча.
Синхронизация развертки осуществляется входным сигналом, для этого служит каскад на транзисторе VT6, на базу которого поступает сигнал с выхода нормирующего усилителя А1. Триггер Шмитта на элементах D1.3 и D1.4 создает четкий прямоугольный импульс из входного сигнала произвольной формы. Эти импульсы поступают на выпрямитель на VD2 и VDЗ и на С18 возникает напряжение, открывающее транзистор VT7. На вывод 4 D1.2 поступает уровень логической единицы.
При работе в автоколебательном режиме (когда нет переменного входного сигнала) продолжительность импульса, формируемого одновибратором на VT5 и D1.
1-D1.2 определяется емкостью конденсатора С11-С15 (и сопротивлением R35). В режиме синхронизации запуск каждого периода развертки происходит по спаду импульса на выходе триггера Шмитта D1.3-D1.4, при помощи короткого отрицательного импульса, сформированного цепью С17-R44, сбрасывающего RS-триггер D1.1-D1.2 и запускающего развертку.
Такая схема синхронизации отличается повышенной стабильностью, поэтому в данном осциллографе нет привычной ручки “уровень синхронизации”, при помощи которой на многих других осциллографах нужно “ловить” эпюру. Если необходимо, можно внутреннюю синхронизацию отключить выключателем S6. Тогда эпюру нужно будет “ловить” одним из переменных резисторов (415 или R13 (в зависимости от положения S3).
Переменный резистор R48 служит для фокусировки изображения (так чтобы линия была наиболее тонкой), а R49 для регулировки яркости изображения.
Для обеспечения нормальной яркости свечения трубки 5ЛО38И необходимо чтобы напряжение между её первой сеткой (вывод 7) и катодом было около 400-450 V.
Для получения этого напряжения служит делитель на резисторах R46-R47. В процессе налаживания осциллографа нужно выбрать сопротивление R47, при котором будет хорошая яркость и фокусировка. Можно R47, с этой целью, заменить последовательно включенными постоянным резистором на 1 М и переменным на 3 М.
Питается осциллограф от сети 220У через самодельный трансформатор Т1. Обмотка 4 вырабатывает переменное напряжение 6,3V для питания нити накала электроннолучевой трубки.
Обмотка 5 выполнена с отводом, – она служит для формирования двуполярного напряжения ±15V, которое стабилизировано параметрическими стабилизаторами на VT13 и VT4 и однополярного напряжения +5/, стабилизированного интегральным стабилизатором А2. Обмотки 2 и 3 служит для получения нестабилизированных напряжений +200V и -300V необходимых для питания электронно-лучевой трубки.
Детали осциллографа
Функционально схема осциллографа выложена на четыре печатные платы, – входной нормирующий усилитель, усилители отклонения, схема горизонтальной развертки, выпрямители и стабилизаторы питания.
Очень много деталей сделано навесным способом на выводах деталей, установленных в корпусе прибора. Все конденсаторы С6-С15, резисторы R1-R4, R8-R11 смонтированы непосредственно на контактных лепестках галетных переключателей S2 и S4.
На схеме указаны емкости С6-С15, которые должны быть теоретически, и их нужно набирать из нескольких конденсаторов, включенных параллельно. Например, емкость 0,025 мкФ получена параллельным включением 0,022 мкФ и 3000 пФ, а емкость 5000 пФ – параллельным включением 4700пф и 300 пф. Более того, в процессе налаживания, – установки требуемого периода развертки, может потребоваться подгонка этих емкостей (особенно, если используете конденсаторы с большим разбросом емкости).
В схеме много подстроечных резисторов, их тип может быть любым, например, СПЗ, СП4, РП-1 и т.д. Для получения хорошей точности прибора резисторы R8-R11 желательно использовать многооборотные.
Устаревшие диоды Д223 можно заменить другими импульсными, например, КД522. Транзисторы КТ315 и КТ342 можно заменить на КТ3102.
Операционный усилитель КР140УД608 заменим любым другим ОУ широкого применения. Диоды КД209 можно заменить любыми другими выпрямительными диодами, рассчитанными на напряжение согласно схеме, и ток не ниже 0,ЗА. Стабилитроны КС515 можно заменить другими на напряжение 15V или набрать из двух-трех стабилитронов на более низкое напряжение стабилизации.
Для транзисторов VT13 и VT14, а так же, для А2 требуются небольшие радиаторы в виде металлических пластин размерами, примерно, 3×5 см. Стабилизатор А2 можно просто привинтить к металлическому шасси прибора, соединенному с общим минусом питания.
Трансформатор питания выполнен на основе трансформатора с сердечником типоразмера Ш14Х30. Можно использовать и другой сердечник близких размеров, например, ШЛ20х25. Обмотка 1 содержит 1100 витков провода ПЭВ 0,12, обмотка 3 -1400 витков провода ПЭВ 0,06, обмотка 2 -850 витков провода ПЭВ 0,09, обмотка 4 -33 витка провода ПЭВ 0,47, обмотка 5 – 60+ 60 витков провода ПЭВ 0,31.
Можно использовать готовый трансформатор, его мощность должна быть не менее 25 Вт.
Он должен, при включении в сеть 220/ выдавать вторичные переменные напряжения 6,3V (обмотка 4) при токе до 0,5 А, 18-25 V и 8-15V при токе до 0,3 А (обмотка 5), 160 V (обмотка 2), 260V (обмотка 3).
Накальная обмотка должна быть изолирована от других и не связана с другими цепями прибора кроме нити накала электронно-лучевой трубки. Можно использовать систему питания из нескольких маломощных трансформаторов. Что касается выбора электронно-лучевой трубке, – об этом сказано в начале статьи.
Корпус должен быть металлическим. Авторский вариант прибора не отличается миниатюрностью, в основном из-за выполнения печатных плат с расположением деталей близким к их взаимному расположению на схеме, а также, из-за использования крупных старых галетных переключателей S2 и S4, больших старых тумблеров и переменных резисторов.
Но, используя малогабаритные детали и плотный монтаж можно получить очень компактное устройство. Еще более компактным получится осциллограф, если вместо источника питания на низкочастотном силовом трансформаторе применить импульсную схему питания.
В этом случае, даже можно сделать так, чтобы прибор можно было питать и от источника постоянного тока, например, аккумулятора напряжением 12V.
Налаживание
Перед налаживанием усилителей отклонения нужно резисторы Г423 и 1429 установить в такое положение, в котором на движках этих резисторов будет по (-11-13V). Затем, установив R22 и R28 в средние положения добиваются подстрочными резисторами R20-R21 и R26-R27 необходимого положения линии (в середине экрана) и чувствительности усилителей (на весь экран при входном постоянном напряжении около 3,5V). При необходимости немного подстраивают R23 и R29. Резисторы R8-R11 подстраивают при крайне верхнем (по схеме) положении R16.
Резисторы R13 и R15 устанавливают в крайне нижнее (по схеме) положение и в таком состоянии подбирают емкости конденсаторов С6-С10. Но сначала попробуйте подобрать R14 и R12 (можно заменить их подстроечными) так, чтобы период развертки на большинстве положений S4 был как можно ближе требуемому , а затем уже можно переходить к подбору конденсаторов.
Конденсаторы С11-С15 должны быть такими же как, соответственно, С6-С10.
Каравкин В. Рк2005, 1.
Простой самодельный любительский осциллограф
Осциллограф, в полном смысле слова, можно назвать глазами радиолюбителя. Он позволяет именно посмотреть и оценить зрительно все процессы, происходящие в электронном устройстве.
Но, так сложилось, что из доступных приборов промышленность (как отечественная, так и зарубежная) может предложить радиолюбителю (или самодеятельному радиомастеру) только широкий выбор цифровых мультиметров. В то время, как доступных осциллографов в продаже практически не бывает.
Это при том, что, даже в годы “развитого социализма”, когда любое электронное устройство было в “черном списке”диффицита, в продаже периодически появлялись относительно доступные осциллографы, такие как ОМЛ-2, Н-313, ЛО-70, “Школьник”. Вот и приходится радиолюбителям приобретать либо очень старую списанную технику, либо “жить на ощупь”. Но можно сделать осциллограф и самостоятельно.
Однако, прежде всего нужно “достать” самый главный его элемент – электронно-лучевую трубку со статическим отклонением лучей.
В описываемом в данной статье осциллографе применяется трубка 5Л038И, эта трубка круглая, диаметр её экрана 50 мм. Но, в принципе, в данном приборе можно использовать и многие другие трубки, такие как 16ЛОЗИ, 7Л055И, 6Л014И, 7Л01М, 8Л029И.
Разница только в режимах работы трубки, – некоторым требуется подача дополнительного ускоряющего напряжения около +1500V на конус (как высоковольтное напряжение на конус кинескопа телевизора), другие требуют более высокого отрицательного напряжения на модуляторе (до -2000V). В принципе, все это разрешимо, -нужно по справочникам найти данные имеющейся трубки, сравнить их с 5Л038И и сделать необходимые доработки в схеме прибора.
Принципиальная схема
Принципиальная схема осциллографа показана на рисунке. Это низкочастотный импульсный осциллограф, который позволяет исследовать сигналы частотой от постоянного тока до 100 кГц.
Его удобно использовать при налаживании цифровых схем и низкочастотных усилителей, генераторов, других устройств.
Усилители вертикального и горизонтального отклонения выполнены по дифференциальным схемам на высоковольтных транзисторах VT8-VT11. При помощи переменного резистора R22 можно регулировать балансировку каскада вертикального отклонения и, таким образом, перемещать нулевую линию по вертикали (например, при исследовании цифровых схем удобнее если нулевая линия внизу экрана, а на переменном токе – посредине, при исследовании отрицательных напряжений -вверху экрана).
Резистор R28 выполняет аналогичную функцию, но для каскада горизонтального отклонения. С его помощью можно пододвинуть осциллограмму по горизонтали так, чтобы она удобнее расположилась на масштабной сетке. К стати, о масштабной сетке – она имеет шесть клеток по вертикали и шесть по горизонтали.
Исследуемый сигнал подается на разъем Х1. При разомкнутом S1 прибор показывает только переменное напряжение, – без постоянных составляющих (сигнал поступает на вход усилителя А1 через разделительный конденсатор С1).
Если S1 замкнуть -прибор переходит в импульсный режим, -значит он может показывать постоянное напряжение и цифровые импульсы, а переменное напряжение будет видно с постоянной составляющей. Входной сигнал поступает на нормирующий каскад на ОУ А1. На его прямой вход сигнал поступает через не калиброванный делитель R1-R5, а необходимый коэффициент передачи точно устанавливается в процессе налаживания прибора при помощи подстроечных резисторов R8-R11 работающих в цепи ООС А1 и определяющих его коэффициент усиления. Резистором R16 можно плавно регулировать уровень сигнала, поступающий на усилитель вертикального отклонения.
Положения переключателя S2 переключающего чувствительность осциллографа, обозначены в величинах напряжения на одно деление сетки экрана (“V / дел.”). Число положений S2 можно увеличить, введя более чувствительные положения или более высоковольтные.
Генератор горизонтальной развертки вырабатывает линейно нарастающее напряжение. Он выполнен на транзисторах VT1-VT7 и цифровой микросхеме К155ЛАЗ Период развертки может быть установлен фиксировано десятью положениями от 10цS/дел.
до 10 mS/дел.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельного любительского осциллографа.
Всего делений по горизонтали, как уже отмечалось, шесть. Возможна плавная подстройка периода развертки при помощи переменных резисторов R13 и R15.
Период развертки (при максимальном положении сопротивлений R13 и R15) устанавливается пятью позициями при помощи переключателя S4. Переключателем S3 можно период увеличить в 10 раз (х10). Линейно нарастающее напряжение (ЛНН) формируется RС-цепью состоящей из сопротивления R12-R15 и емкости С6-С10. Высокая линейность обеспечивается тем, что конденсаторы заряжаются от генератора тока на транзисторе VT1.
Величина этого тока определяется резисторами R12-R15. Полученное ЛНН через буферный каскад на транзисторах VT2 и VTЗ поступает на усилитель горизонтального отклонения на VT10 и VT11. Амплитуда ЛНН примерно равна 4V, при необходимости (если горизонтальная линия не разворачивается на всю ширину экрана) его можно увеличить подбором сопротивлений резисторов R32, R31, R36, R38.
ЛНН поступает, так же, на одновибратор, выполненный на транзисторе VT5 и RS-триггере на элементах D1.1 и D1.2. Порог срабатывания одновибратора (величина амплитуды ЛНН) зависит от соотношения сопротивлений резисторов R36 и R38, а также, от R32 и R31. Как только ЛНН достигает этого порога одновибратор вырабатывает импульс, поступающий на базы транзисторных ключей на VT4 и VT12.
Открывание транзистора VT4 приводит к разрядке конденсатора (С6-С10), что приводит к началу новой зарядки и формирования нового периода ЛНН. Открывание VT12 приводит к формированию цепью R54-С20 импульса гашения обратного хода луча.
Синхронизация развертки осуществляется входным сигналом, для этого служит каскад на транзисторе VT6, на базу которого поступает сигнал с выхода нормирующего усилителя А1. Триггер Шмитта на элементах D1.3 и D1.4 создает четкий прямоугольный импульс из входного сигнала произвольной формы. Эти импульсы поступают на выпрямитель на VD2 и VDЗ и на С18 возникает напряжение, открывающее транзистор VT7.
На вывод 4 D1.2 поступает уровень логической единицы.
При работе в автоколебательном режиме (когда нет переменного входного сигнала) продолжительность импульса, формируемого одновибратором на VT5 и D1.1-D1.2 определяется емкостью конденсатора С11-С15 (и сопротивлением R35). В режиме синхронизации запуск каждого периода развертки происходит по спаду импульса на выходе триггера Шмитта D1.3-D1.4, при помощи короткого отрицательного импульса, сформированного цепью С17-R44, сбрасывающего RS-триггер D1.1-D1.2 и запускающего развертку.
Такая схема синхронизации отличается повышенной стабильностью, поэтому в данном осциллографе нет привычной ручки “уровень синхронизации”, при помощи которой на многих других осциллографах нужно “ловить” эпюру. Если необходимо, можно внутреннюю синхронизацию отключить выключателем S6. Тогда эпюру нужно будет “ловить” одним из переменных резисторов (415 или R13 (в зависимости от положения S3).
Переменный резистор R48 служит для фокусировки изображения (так чтобы линия была наиболее тонкой), а R49 для регулировки яркости изображения.
Для обеспечения нормальной яркости свечения трубки 5ЛО38И необходимо чтобы напряжение между её первой сеткой (вывод 7) и катодом было около 400-450 V. Для получения этого напряжения служит делитель на резисторах R46-R47. В процессе налаживания осциллографа нужно выбрать сопротивление R47, при котором будет хорошая яркость и фокусировка. Можно R47, с этой целью, заменить последовательно включенными постоянным резистором на 1 М и переменным на 3 М.
Питается осциллограф от сети 220У через самодельный трансформатор Т1. Обмотка 4 вырабатывает переменное напряжение 6,3V для питания нити накала электроннолучевой трубки.
Обмотка 5 выполнена с отводом, – она служит для формирования двуполярного напряжения ±15V, которое стабилизировано параметрическими стабилизаторами на VT13 и VT4 и однополярного напряжения +5/, стабилизированного интегральным стабилизатором А2. Обмотки 2 и 3 служит для получения нестабилизированных напряжений +200V и -300V необходимых для питания электронно-лучевой трубки.
Детали осциллографа
Функционально схема осциллографа выложена на четыре печатные платы, – входной нормирующий усилитель, усилители отклонения, схема горизонтальной развертки, выпрямители и стабилизаторы питания. Очень много деталей сделано навесным способом на выводах деталей, установленных в корпусе прибора. Все конденсаторы С6-С15, резисторы R1-R4, R8-R11 смонтированы непосредственно на контактных лепестках галетных переключателей S2 и S4.
На схеме указаны емкости С6-С15, которые должны быть теоретически, и их нужно набирать из нескольких конденсаторов, включенных параллельно. Например, емкость 0,025 мкФ получена параллельным включением 0,022 мкФ и 3000 пФ, а емкость 5000 пФ – параллельным включением 4700пф и 300 пф. Более того, в процессе налаживания, – установки требуемого периода развертки, может потребоваться подгонка этих емкостей (особенно, если используете конденсаторы с большим разбросом емкости).
В схеме много подстроечных резисторов, их тип может быть любым, например, СПЗ, СП4, РП-1 и т.
д. Для получения хорошей точности прибора резисторы R8-R11 желательно использовать многооборотные.
Устаревшие диоды Д223 можно заменить другими импульсными, например, КД522. Транзисторы КТ315 и КТ342 можно заменить на КТ3102. Операционный усилитель КР140УД608 заменим любым другим ОУ широкого применения. Диоды КД209 можно заменить любыми другими выпрямительными диодами, рассчитанными на напряжение согласно схеме, и ток не ниже 0,ЗА. Стабилитроны КС515 можно заменить другими на напряжение 15V или набрать из двух-трех стабилитронов на более низкое напряжение стабилизации.
Для транзисторов VT13 и VT14, а так же, для А2 требуются небольшие радиаторы в виде металлических пластин размерами, примерно, 3×5 см. Стабилизатор А2 можно просто привинтить к металлическому шасси прибора, соединенному с общим минусом питания.
Трансформатор питания выполнен на основе трансформатора с сердечником типоразмера Ш14Х30. Можно использовать и другой сердечник близких размеров, например, ШЛ20х25.
Обмотка 1 содержит 1100 витков провода ПЭВ 0,12, обмотка 3 -1400 витков провода ПЭВ 0,06, обмотка 2 -850 витков провода ПЭВ 0,09, обмотка 4 -33 витка провода ПЭВ 0,47, обмотка 5 – 60+ 60 витков провода ПЭВ 0,31.
Можно использовать готовый трансформатор, его мощность должна быть не менее 25 Вт. Он должен, при включении в сеть 220/ выдавать вторичные переменные напряжения 6,3V (обмотка 4) при токе до 0,5 А, 18-25 V и 8-15V при токе до 0,3 А (обмотка 5), 160 V (обмотка 2), 260V (обмотка 3).
Накальная обмотка должна быть изолирована от других и не связана с другими цепями прибора кроме нити накала электронно-лучевой трубки. Можно использовать систему питания из нескольких маломощных трансформаторов. Что касается выбора электронно-лучевой трубке, – об этом сказано в начале статьи.
Корпус должен быть металлическим. Авторский вариант прибора не отличается миниатюрностью, в основном из-за выполнения печатных плат с расположением деталей близким к их взаимному расположению на схеме, а также, из-за использования крупных старых галетных переключателей S2 и S4, больших старых тумблеров и переменных резисторов.
Но, используя малогабаритные детали и плотный монтаж можно получить очень компактное устройство. Еще более компактным получится осциллограф, если вместо источника питания на низкочастотном силовом трансформаторе применить импульсную схему питания. В этом случае, даже можно сделать так, чтобы прибор можно было питать и от источника постоянного тока, например, аккумулятора напряжением 12V.
Налаживание
Перед налаживанием усилителей отклонения нужно резисторы Г423 и 1429 установить в такое положение, в котором на движках этих резисторов будет по (-11-13V). Затем, установив R22 и R28 в средние положения добиваются подстрочными резисторами R20-R21 и R26-R27 необходимого положения линии (в середине экрана) и чувствительности усилителей (на весь экран при входном постоянном напряжении около 3,5V). При необходимости немного подстраивают R23 и R29. Резисторы R8-R11 подстраивают при крайне верхнем (по схеме) положении R16.
Резисторы R13 и R15 устанавливают в крайне нижнее (по схеме) положение и в таком состоянии подбирают емкости конденсаторов С6-С10.
Но сначала попробуйте подобрать R14 и R12 (можно заменить их подстроечными) так, чтобы период развертки на большинстве положений S4 был как можно ближе требуемому , а затем уже можно переходить к подбору конденсаторов. Конденсаторы С11-С15 должны быть такими же как, соответственно, С6-С10.
Каравкин В. Рк2005, 1.
Сверхпростой осциллограф
Вернуться на главную
Вернуться к проектам
Твердотельная версия
Заинтересованы в строительстве? Купите плату драйвера ЭЛТ-осциллографа Catahoula Technologies.
Простые самодельные ЭЛТ-осциллографы не так уж сложны в разработке и изготовлении. Я изучал различные конструкции, относящиеся к тридцатым годам, и у меня возник интерес к разработке простого ЭЛТ-осциллографа, который сегодня мог бы собрать любитель электроники из легкодоступных деталей. Первый осциллограф, который я построил с нуля, — это ламповая версия, показанная после твердотельной версии на этой веб-странице.
Я экспериментировал с некоторыми твердотельными конструкциями и пришел к конструкции, показанной на схеме ниже.
Схематический проект предназначен для прицела XYZ, способного поддерживать часы прицела Dutchtronix с четкой графикой, а также конвертер TV-to-Scope версии 2. Конструкция оси Z очень проста и кратковременно включает/выключает сетку ЭЛТ. Он хорошо работает с выходом по оси Z часов Dutchtronix и хорошо работает с видео NTSC. Схема оси Z определенно нуждается в улучшении в будущем.
Перед первым включением схемы убедитесь, что потенциометры ASTIG и FOCUS установлены по центру, а потенциометр INTEN повернут до упора в сторону отрицательной полярности конденсатора 2,2 мкФ для максимальной яркости. Не подключая никакие входы, включите прицел и отрегулируйте потенциометры положения X и Y, пока точка не появится в центре экрана, а затем отрегулируйте потенциометр FOCUS, пока точка не станет максимально четкой и диаметром около 1 мм. После этого отрегулируйте потенциометр ASTIG, пока точка не станет максимально круглой, а затем, наконец, отрегулируйте все остальные элементы управления по своему вкусу.
Трансформатор Примечания
Вместо того, чтобы использовать удвоители напряжения непосредственно от сети, как в моей конструкции прицела XY версии 3, я решил использовать силовой трансформатор для обеспечения безопасности и простоты изоляции. Я лично ненавижу силовые трансформаторы, потому что они большие, тяжелые и требуют особого внимания при размещении рядом с электростатическим ЭЛТ. Я бы выбрал импульсный источник питания, но импульсные питающие трансформаторы не обязательно так просты, как силовой трансформатор. Этот осциллограф был разработан на основе Hammond 270X, но может работать с широким диапазоном трансформаторов, отвечающих следующим требованиям:
1. 350VCT (175-0-175) до 550VCT (275-0-275) при 40 мА минимум
2. 6В при 0,6A минимум
3. 5В при 0,6A минимум
Трансформаторы с более высоким током на любой из трех вторичных цепей будут работать до тех пор, пока напряжение близко к требуемым спецификациям. Первичная обмотка может быть выбрана в соответствии с выбранной сетью переменного тока, например, 115-120 В переменного тока для США.
Обмотка 5 В используется для питания нити накала ЭЛТ 6,3 В, поэтому она работает немного тусклее и холоднее для увеличения срока службы. При желании обмотки 5 В и 6 В можно поменять местами, чтобы нить накала ЭЛТ работала с полной яркостью. Блоки питания, скорее всего, будут нормально работать при питании от обмотки 5 В.
ЭЛТ Примечания
Ниже приведен неполный список ЭЛТ, которые были протестированы с этой конструкцией.
| Тип | Размер | Works | Color | Notes | ||||||||
| 2AP1 | 2 round | Yes | Green | Bright and sharp | ||||||||
| 3AP1 | 3 round | No | Green | Requires extensive modification to design | ||||||||
| 3BP1 | 3 раунд | Да | Зеленый | Ярко | ||||||||
| 3JP1 | 3 Раунд | Да | GREEN | GREEN | GREEN | GREEN | 0047 | Яркая анодная крышка соединяется с B+. | ||||
| 3JP7 | 3 Раунд | Да | Синий (желтое послесплои) | Длинная персистенция. | ||||||||
| 5BP1 | 5 круглых | Да | Зеленый | Тусклое изображение, не работает с TV-to-Scope | ||||||||
| 5UP1 | 5 round | Yes | Green | Dim picture, wont work with TV-to-Scope | ||||||||
| 902A | 2 round | No | Green | Requires extensive modification to design | ||||||||
| 913 | 1 круг | № | Зеленый | Требуется значительная модификация конструкции |
Для некоторых ЭЛТ требуется дополнительное соединение B+ на печатной плате с крышкой анода, что подробно описано ниже. Большинство американских ЭЛТ используют простую систему нумерации, в которой первая цифра — это размер экрана, а число после P — тип люминофора. Вот несколько распространенных люминофоров: P1 — это обычный зеленый люминофор, P4 — белый, а P7 — это люминофор с длительным послесвечением, обычно используемый для радаров.
Люминофор с длительным послесвечением может создавать интересные эффекты послесвечения, которые могут быть желательны. Ниже приведена таблица люминофоров с дополнительной информацией о различных типах люминофоров.
Большинство круглых ЭЛТ электростатических осциллографов трудно найти, но часто можно найти новые старые запасы (NOS) от различных поставщиков ламп или на ebay. На схеме не указана распиновка ЭЛТ, потому что конструкция работает с несколькими ЭЛТ. Схемы базирования американских ЭЛТ показаны ниже.
В таблице ниже имена сигналов на схеме соединены с базовой схемой ЭЛТ.
| Название сигнала | Описание | Американский ЭЛТ контакт |
| K | Cathode | K |
| A1 | Anode 1 | G3 |
| A2 | Anode 2 | G2,G4,CL ultor |
| G | Control Grid | G1 |
| x1 | Горизонтальный отклонение 1 | DJ1 |
| X2 | Horizontal Devite0047 | G3,CL post-ultor (anode cap) |
| Y1 | Vertical Deflection 1 | DJ3 |
| Y2 | Vertical Deflection 2 | DJ4 |
Если выбранный ЭЛТ отсутствует на базовой схеме американских ЭЛТ, то следующим лучшим вариантом будет поиск на веб-сайтах с техническими описаниями ламп.
На схемах показаны выводы базы ЭЛТ; Штыри разъема ЭЛТ нумеруются по часовой стрелке, если смотреть с нижнего конца для пайки.
Разъемы для старых ЭЛТ найти сложно, но сборка упрощается. Альтернативой является использование отдельных проводов с соответствующими штырьковыми разъемами на концах. Штыревые разъемы от разъемов жестких дисков на блоках питания ПК прекрасно работают с большинством контактов ЭЛТ.
Если ЭЛТ поставляется с анодным колпачком, таким как 3JP1, показанный на рисунке ниже, то можно заставить ЭЛТ работать, подключив анодный колпачок к B+. Не пытайтесь припаять провод к крышке анода, так как это может повредить ЭЛТ. Используйте соответствующий соединитель крышки анода или используйте скрепку для бумаг. Для других ЭЛТ может потребоваться гораздо более высокое напряжение на анодной крышке, и они не могут использоваться с этой конструкцией. Однако наиболее предпочтительные электростатические ЭЛТ не имеют анодного колпачка.
Принцип действия
Прицел XYZ довольно прост.
B+ составляет около +350 В и создается путем двухполупериодного выпрямления вторичной обмотки 480 В и фильтруется конденсатором 10 мкФ. Отрицательное высокое напряжение, необходимое для элементов ЭЛТ, генерируется удвоителем напряжения, работающим на половине вторичной обмотки 480 В, для генерации около -650 В. Обратите внимание, что выбор различных трансформаторов приведет к существенно разным напряжениям. Чтобы обеспечить примерные цифры, трансформатор на 350 В будет генерировать B+ около +245 В и отрицательное высокое напряжение -480 В. 550VCT будет генерировать B+ около +390В и отрицательное ВН около -750В. Важно, чтобы напряжение B+ не превышало 400 В для транзисторов ZTX458.
Обратите внимание, что блок питания прицела 5 В XYZ способен обеспечить ток, достаточный для работы часов Dutchtronix.
Усилители отклонения сосредоточены вокруг дифференциального транзисторного усилителя, который создает одинаковые двухтактные напряжения на двух отклоняющих пластинах. Коллекторные напряжения на обоих транзисторах изменяются одинаково, но в разных направлениях при линейном отклонении луча.
Механическая аналогия поведения напряжения коллектора состоит в том, чтобы визуализировать качели; когда напряжение коллектора 1 увеличивается, напряжение коллектора 2 должно уменьшаться на такую же величину. Регулятор положения изменяет смещение напряжения на усилителе для изменения положения луча. Схема операционного усилителя TL082 представляет собой неинвертирующий усилитель с высоким входным сопротивлением и регулируемым положительным коэффициентом усиления от 1 до 11. Одним из недостатков этой схемы является то, что входы X и Y не могут выходить за пределы шин питания операционного усилителя (+/- 5 В). ) или операционный усилитель насыщает и обрезает входной сигнал.
Схема операционного усилителя очень хорошо работает с часами Dutchtronix, обеспечивая чистое и четкое изображение. Для обычного осциллографа, который должен выдерживать входное напряжение выше 5 В, я бы предложил заменить потенциометры 100K SIZE резистором в диапазоне от 10K до 100K, чтобы зафиксировать усиление операционного усилителя, а затем добавить потенциометры 1Meg SIZE для ослабления сигналов, как показано на рисунке.
Осциллограф
Осциллограф XYZ становится осциллографом с добавлением схемы развертки, которая может быть простой или невероятно сложной. Преобразователь TV-to-Scope версии 2 уже имеет две схемы пилообразной развертки по вертикали и горизонтали. Нам нужна только горизонталь, а скорость можно регулировать в диапазонах, изменяя размер конденсатора. Таймер 555 ограничен скоростью развертки до 500 кГц; для более высокой скорости развертки потребуются различные компоненты и схемы. Ниже приведена схема схемы развертки для преобразования осциллографа XYZ в простой осциллограф. Питание +5 В для развертки может быть получено от источников питания осциллографа XYZ.
Схема развертки имеет базовый запуск для синхронизации развертки с усиленным сигналом вертикальной оси от операционного усилителя. Из-за простоты запуск не всегда имеет идеальную синхронизацию с определенными сигналами, но он работает достаточно хорошо для простой RC-цепи.
Я не построил симпатичный автономный осциллограф на основе этой конструкции, чтобы делать снимки, но у меня есть несколько фотографий осциллографа XYZ, используемого с часами Dutchtronix и преобразователем TV-to-Scope, отображающим видеопоток со мной на камеру. Вы уже видели осциллограф, верно?
Заинтересованы в строительстве? Купите плату драйвера ЭЛТ-осциллографа Catahoula Technologies.
Вариант с трубкой
Этот самодельный ламповый осциллограф основан на трехламповом осциллографе WaterMan Pocket-Scope 0510A, изготовленном в 1946 году. Он очень похож на WaterMan, но немного проще. Этот осциллограф предназначен не для профессионального использования, а для обучения и обучения. Диапазон частот этого осциллографа очень мал, и его довольно сложно настроить. Формы сигналов, отображаемые на этом осциллографе, немного неточны, но достаточно хороши. Несмотря на все недостатки, он справляется со своей задачей сверхпростого осциллографа.
Несколько лет спустя я разработал еще один простой ламповый безтрансформаторный осциллограф для использования в часах осциллографа, так что обязательно проверьте его. В этом сверхпростом осциллографе используются следующие лампы: 5Y3, 6DT6 (или 6AU6), 6J6 и ЭЛТ 2AP1 (в прицеле WaterMan используются следующие лампы: 6X4, 6AU6, 6J6 и 2AP1). Ниже приведена принципиальная схема осциллографа.
Вот как это работает. 5Y3 — двухполупериодный ламповый выпрямитель, обеспечивающий около 400 В постоянного тока.
Лампа 6ДТ6 используется как вертикальный усилитель, поэтому сигналы, подаваемые на VERT INPUT, усиливаются. Регулятор V.GAIN управляет усилением по вертикали. Прикосновение пальца к V. INPUT с переключателем в положении EXT создаст небольшую синусоидальную волну, по сравнению с более крупной грубой синусоидой при включении AMP и включенном V. GAIN.
6J6 — это двойной триод с уникальной разводкой, поэтому он генерирует колебания. Конденсаторы в секции RANGE определяют частотный диапазон, в котором лампа колеблется.
Конденсатор большего размера (0,33 мкФ) заставит лампу колебаться медленнее, а конденсатор меньшего размера (0,001 мкФ) заставит ее колебаться быстрее. Чем меньше конденсатор, тем быстрее будет колебаться лампа, что позволит вам смотреть на сигналы на более высоких частотах. Тем не менее, есть точка, где колебания будут прерываться и становиться шустрыми. В разделе RANGE можно включить один или несколько переключателей, подключив к цепи один или несколько конденсаторов. Лампа 6J6 будет колебаться медленнее всего со всеми включенными конденсаторами (при параллельном включении конденсаторов емкость увеличивается). Регулятор FINE FREQ позволяет вам немного изменить частоту колебаний 6J6. Переключатель INT OR EXT HORZ OSC позволяет либо использовать внутренний генератор осциллографа (6J6), либо подавать колебания через вход HORZ INPUT. H. GAIN служит той же цели, что и V. GAIN, для контура горизонтального генератора.
Обратите внимание, что нити накала 5Y3 питаются от 6 вольт, но рекомендуется иметь небольшой гасящий резистор от 0,8 до 2 Ом, чтобы уменьшить 6 вольт до 5 вольт.
Также обратите внимание на самодельный 11-контактный цоколь для ЭЛТ 2AP1 на рисунках ниже. Я использовал штифты от двух восьмигранных трубчатых оснований и вставил их в отверстия. ЭЛТ подключается хорошо (он намеренно подключен наполовину).
Резисторы 3,3 МОм от B+ до вертикальной и горизонтальной пластин ЭЛТ 2AP1 можно заменить резистором 2,2 МОм и переменным резистором 1 МОм последовательно для центрирования.
Силовой трансформатор должен быть установлен позади ЭЛТ, чтобы предотвратить искажения, или рекомендуется металлический экран вокруг ЭЛТ.
В этот прицел можно добавить соединение Z-интенсивности. Все, что вам нужно сделать, это добавить конденсатор 0,1 мкФ к первой сетке ЭЛТ и подавать сигналы через конденсатор. Вы также можете увеличить резистор 470K от регулятора яркости до первой сетки.
Некоторые из вас могли заметить, что в оригинальной схеме есть недостаток в блоке питания. Нити накала 5Y3 имеют высокое напряжение B+, поэтому нити накала других ламп питаются этим напряжением B+.
Эти лампы имеют очень низкое номинальное напряжение накала к катоду. Это сократит срок службы трубок или укоротит их. Однако, так как я не испытал каких-либо отрицательных результатов, лучше предусмотреть отдельный источник питания для 5Y3 или изменить блок питания для другой лампы. Ниже приведены схемы двух модифицированных блоков питания.
Эта схема использует выпрямитель 6X5 и настоятельно рекомендуется. Вместо 6X5 можно использовать миниатюрный эквивалент 6X4.
В этой схеме используется лампа с двойным триодом 6SN7. В настоящее время я использую эту настройку, так как у меня не было 6X5. Это основано на экономичной конструкции 1930-х годов, когда конструкторы использовали триодную лампу, обычно типа 37, в качестве выпрямителя. Сетка и пластина на 37 были соединены. Хотя у 6SN7, вероятно, будет более короткий срок службы, его легче заменить по сравнению с ЭЛТ 2AP1.
Если вы испытываете более низкое усиление по вертикали от одного из модифицированных блоков питания, указанных выше, вы можете заменить 6DT6 на 6AU6 или аналогичные лампы.
Схема светодиодного осциллографа | Проекты самодельных схем
Простая схема светодиодного осциллографа, описанная в этой статье, может использоваться для анализа формы низкочастотного сигнала через светодиодный матричный дисплей 10 x 10.
Из-за использования всего 100 светодиодов на плате дисплея разрешение низкое, а четкость отображения осциллограммы не столь впечатляющая. Тем не менее, эта схема светодиодного осциллографа может достаточно хорошо работать для анализа основных низкочастотных сигналов.
Описание схемы
Сердцем схемы являются две ИС, IC2 и IC3, которые представляют собой IC LM3915 и IC 4017 соответственно.
Прежде чем вдаваться в подробности предлагаемой схемы светодиодного осциллографа, важно сначала узнать о кратких деталях функционирования этих двух ИС.
LM3915 Функционирование
LM3915 представляет собой микросхему драйвера дисплея с точками/полосами.
Выходы этой микросхемы активируются последовательно от вывода №1 к выводу №10, один за другим, в ответ на повышение уровня напряжения на выводе №5 и земле.
Таким образом, когда на контакт № 5 подается нарастающий потенциал, низкая логика соответственно смещается с контакта № 1 на контакт № 10 в ответ на этот нарастающий потенциал.
Если светодиоды подключены к контактам № 1 и № 10 с их общими анодами, подключенными к положительной линии, то эти светодиоды будут загораться последовательно от контакта № 1 до контакта № 10 и наоборот, в ответ на рост, падение напряжение между контактом № 5 и землей микросхемы.
Когда контакт № 9 микросхемы не подключен, вся выходная последовательность без фиксации создает точечное движение для подключенных светодиодов.
Принимая во внимание, что, когда контакт № 9 подключен к положительному источнику питания, выходные контакты микросхемы последовательно работают в режиме фиксации, так что выводы последовательно перемещаются, а также фиксируются один за другим, создавая эффект восходящей полосы на подключенном светодиоды.
В этой схеме светодиодного осциллографа микросхема LM3915 сконфигурирована для обнаружения нарастания/падения амплитуды напряжения входного сигнала формы сигнала, что приводит к соответствующему смещению выходных сигналов в виде низкой логики, перемещающейся вверх/вниз по светодиоду. матрица.
IC 4017 Функционирование
Технически IC 4017 представляет собой декадный счетчик Джонсона с 10 декодированными выходами.
Так же, как IC LM3915, IC 4017 также демонстрирует последовательное включение выходов от вывода № 3 к выводу № 11, однако это последовательное смещение выходов происходит в ответ на импульсы ВКЛ/ВЫКЛ на выводе № 14.
Это означает, что когда первый положительный импульс попадает на контакт № 14, высокий логический уровень на выходе смещается с контакта № 3 на контакт № 2, когда второй импульс поступает на контакт № 14, высокий логический импульс смещается с контакта № 2 на контакт № 4… это последовательное смещение высокого логического уровня продолжается до тех пор, пока он не достигнет вывода № 11, когда микросхема сбрасывается, и высокий логический уровень возвращается к выводу № 3 для нового цикла.
В этой статье о светодиодном осциллографе IC 4017 сконфигурирован для создания генератора временной развертки, который соответствует периоду анализируемого входного сигнала.
Как работает светодиодный осциллограф
Полную принципиальную схему простого светодиодного осциллографа можно увидеть на следующей схеме:
Список деталей
- R1 = 150 Ом
- R2, R5 = 1 кОм,
- 7 R3,
- 7 = 10 тыс.
- R4 = 18 тыс.
- VR1 = 470 тыс. банк
- VR2 = 4k7 pot
- VR3 = 2k2 pot
- C1 = 47 nF
- C2 = 10 nF
- SW1 = push to ON switch (microswitch)
- IC1 = Any 555 IC
- IC2 = LM3915, or LM3914
- IC3 = Любая 4017 IC
- Все светодиоды 5 мм КРАСНЫЕ или ЗЕЛЕНЫЕ, 20 мА Тип
Как обсуждалось выше, IC LM3915 обнаруживает колебательное напряжение сигнала и, соответственно, генерирует низкий логический уровень на своих выходах, которые сдвигают последовательно вверх/вниз в зависимости от амплитуды сигнала.
Это смещение вверх/вниз происходит по оси Y.
Однако, чтобы отследить форму волны, нам нужно позволить этой амплитуде перемещаться по оси X, чтобы форма волны стала видимой на светодиодной матрице.
Этот процесс выполняется с помощью выходов IC 4017.
Поскольку выходы IC 4017 генерируют высокий логический уровень сдвига, а выходы IC LM3915 генерируют низкий логический уровень, все аноды светодиодов соединены с выходами IC 4017, а все катоды светодиодов подключены к IC LM3915 выходов.
Это позволяет выходам IC 4017 работать как генератор временной развертки, в то время как выходы IC LM3915 работают как модулятор сигналов.
IC 4017 также можно представить как генератор несущего сигнала, который мы имеем в форме волны передатчика AM/FM.
Теперь, как обсуждалось ранее, выходы IC 4017 будут последовательно переключаться только в ответ на колебательный импульс, подаваемый на его вывод № 14.
Это достигается за счет схемы IC 555, которая сконфигурирована как нестабильный мультивибратор.
Колебательный импульс, сгенерированный на выводе № 3 IC 555, подается на вывод № 14 IC 4017, что заставляет выходы IC 4017 формировать последовательно высокий логический уровень от вывода № 3 к выводу № 11.
Генерация сигнала на светодиодной матрице
Теперь давайте проанализируем, что происходит, когда внешний сигнал подается на контакт № 5 микросхемы LM3915.
Светодиоды по оси Y управляются выходами LM3915, которые показывают амплитуду сигнала.
Светодиоды на оси X управляются выходами IC 4017, которые показывают базовую частоту осциллографа.
Микросхема LM3915 определяет амплитуду сигнала и генерирует соответствующий логический сдвиг вверх и вниз по низкому уровню на подключенных светодиодах.
Поскольку 4017 также обеспечивает логику сдвига с некоторой частотой, светодиодная подсветка вверх/вниз по оси Y от выходов LM3915 перемещается по оси X, так что это соответствует периоду времени сигнала.
Позволяет имитировать свип-форму сигнала на светодиодной матрице 10 x 10.
Скорость, с которой смещаются выходы IC 4017, определяет направление сигнала.
Если скорость меньше периода времени сигнала, сигнал светодиода движется справа налево, а когда скорость превышает период времени сигнала, сигнал светодиода движется слева направо.
Эта скорость определяет временную базовую частоту IC 4017, которая генерируется нестабильной IC 555 и может регулироваться с помощью переменного резистора VR1.
Настройки осциллографа
Все осциллографы имеют три основные регулировки с помощью потенциометров: регулировку частоты развертки, регулировку амплитуды или шкалы напряжения и регулировку положения по оси Y.
Эти настройки позволяют правильно оптимизировать образец формы волны на экране для облегчения правильного анализа формы волны.
Обсуждаемая схема светодиодного осциллографа также включает в себя эти три основные функции настройки.
Потенциометр VR1 позволяет регулировать базовую частоту на выходах IC 4017.
