Универсальный сервисный осциллограф С1-94

Часть первая

Универсальный сервисный осциллограф С1-94 предназначен для исследования импульсных сигналов в амплитудном диапазоне от 10 мВ до 300 В, временном — от 0,1 мкс до 0,5 с, а также синусоидальных сигналов амплитудой от 5 мВ до 150 В частотой до 10 МГц при проверке, налаживании и ремонте заводской и бытовой радиоаппаратуры, фототехники, автоэлектроники. Он может найти применение в ремонтных мастерских, на предприятиях, в быту, в различных учебных заведениях и у радиолюбителей.

Технические характеристики осциллографа С1-94

Рабочая часть экрана: 40x60 мм (8x10 делений).
Толщина линии луча в центре экрана: не более 0,8 мм.
Параметры канала вертикального отклонения (КВО) луча:
- коэффициент отклонения — калиброванный, от 10 мВ на деление до 5 В на деление;
- погрешность калиброванных значений коэффициента отклонения — не более ±5%, с делителем 1:10 — не более ±10%;
- время нарастания переходной характеристики (ПХ) не превышает 35 не (полоса пропускания 0...10 МГц);
- выброс на вершине ПХ — не более 10%;
- время установления FIX — не более 120 нс;
- неравномерность и перекос вершины ПХ из-за раскомпенсации входных делителей — не более 3%;
- спад вершины ПХ при закрытом входе усилителя на длительности 4 мс — не более 10%;
- смещение луча из-за дрейфа усилителя в течение 1 ч после пятиминутного прогрева не превышает 0,5 деления;
- кратковременное смещение луча за 1 мин не превышает 0,2 деления;
- смещение луча в различных положениях переключателя «У/Дел.»не превышает 0,5 деления.
Вход прибора может быть открытым и закрытым:
- входное сопротивление открытого входа — 1 МОм, входная емкость — 40 пФ (с делителем 1:1 соответственно 1 МОм, 150 пФ; с делителем 1:10 — 10 МОм, 2,5 пФ);
- максимальная амплитуда входного сигнала при минимальном коэффициенте отклонения на открытом входе — не более 30 В (с делителем 1:10 - не более 300 В);
- допустимое суммарное значение входного постоянного и переменного напряжений при закрытом входе не должно превышать 250 В;
- задержка сигнала при внутренней синхронизации относительно начала развертки — не менее 20 нс.

Блок развертки осциллографа С1-94

Блок развертки осциллографа может работать как в ждущем, так и в автоколебательном режиме, диапазон калиброванных значений коэффициента развертки от 0,1 мкс на деление до 50 мс на деление и разбит на 18 фиксированных поддиапазонов, кратных числам ряда 1, 2, 5.

Погрешность коэффициента развертки не превышает ±5% на всех диапазонах, кроме 0,1 мкс на деление, для которого она не превышает ±8%.

Перемещение луча по горизонтали обеспечивает установку начала и конца развертки в центре экрана.

Параметры канала горизонтального отклонения (КГО) луча:

- коэффициент отклонения на частоте 1 кГц не превышает 0,5 В на деление;
- неравномерность амплитудно-частотной характеристики усилителя горизонтального отклонения в диапазоне частот от 20 Гц до 2 МГц — не более 3 дБ.

Осциллограф имеет внутреннюю и внешнюю синхронизацию развертки.

Внутренняя синхронизация развертки возможна:
- синусоидальным напряжением размахом от 2 до 8 делений в диапазоне частот от 20 Гц до 10 МГц;
- синусоидальным напряжением размахом от 0,8 до 8 делений в диапазоне частот от 50 Гц до 2 МГц;
- импульсными сигналами любой полярности длительностью от 0,3 мкс при высоте изображения от 0,8 до 8 делений.

Внешняя синхронизация развертки может быть реализована:
- синусоидальным сигналом амплитудой 0,5 В в диапазоне частот от 20 Гц до 10 МГц;
- синусоидальным сигналом амплитудой от 0,25 до 1,5 В в диапазоне частот от 50 Гц до 2 МГц;
- импульсными сигналами любой полярности длительностью от 0,3 мкс с амплитудой от 0,5 до 3 В.

Нестабильность синхронизации — не более 20 нc.

Амплитуда выходного отрицательного пилообразного напряжения развертки для синхронизации внешних устройств (контакт 1, разъем ШЗ) — не менее 4 В.

Осциллограф питается от сети переменного тока напряжением 220 В и обеспечивает указанные значения технических характеристик после пятиминутного прогрева. Мощность, потребляемая от сети при номинальном напряжении, не превышает 35 Вт. Прибор способен работать непрерывно в течение 8 ч при сохранении своих технических характеристик.

Габариты осциллографа 300X190X100 мм. Масса — не более 3,5 кг.

Рис.1 Структурная схема универсального осциллографа С1-94.

Структурная схема осциллографа приведена на рис. 1. КВО служит для усиления сигнала с минимальными амплитудными и частотными искажениями в частотном диапазоне 0...10 МГц до уровня, необходимого для получения заданного коэффициента отклонения. КВО состоит из аттенюатора, предварительного усилителя, линии задержки и оконечного усилителя.

КГО состоит из усилителя синхронизации, триггера синхронизации, устройства запуска, генератора, устройства блокировки и усилителя развертки.

Калибратор, предназначен для формирования сигнала калиброванного по амплитуде и длительности.

Исследуемый электрический сигнал подают на вход канала вертикального отклонения прибора. Через аттенюатор сигнал проходит на вход предварительного усилителя, который совместно с оконечным усилителем усиливает исследуемый сигнал до уровня, достаточного для наблюдения сигнала на экране электроннолучевой трубки (ЭЛТ).

Вид входа (открытый или закрытый) выбирают переключателем УЗ-В1.1.

С выхода предварительного усилителя КВО исследуемый сигнал поступает на вход усилителя синхронизации КГО (переключатель УЗ-В1.2 в положении «Внутр.»), Усилитель синхронизации совместно с триггером синхронизации формирует сигнал, поступающий на блок запуска генератора развертки. Генератор развертки формирует линейно падающее пилообразное напряжение, которое усиливается усилителем развертки и поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ.

Блок запуска совместно с генератором развертки формируют пилообразное напряжение развертки, обеспечивают автоколебательный или ждущий режим развертки («Авт./Ждущ.») и переключение диапазонов коэффициента развертки.

Блок управления лучом по яркости, входящий в электроннолучевой индикатор, формирует положительные импульсы, поступающие на модулятор ЭЛТ во время рабочего хода развертки. Высоковольтный источник обеспечивает ЭЛТ всеми необходимыми напряжениями.

Принципиальная схема осциллографа С1-94

Рис.2 Принципиальная схема универсального осциллографа С1-94.

Принципиальная схема осциллографа С1-94 приведена на рис. 2. Исследуемый сигнал через входной разъем, Ш1 поступает на переключатель У3-В 1.1 и далее через конденсатор У3-С14 (если выбран закрытый вход) или, минуя его, на входной частотно-компенсированный аттенюатор, конструктивно выполненный в виде отдельного устройства на платах В1.4 и В1.3 переключателя В1 «V/Дел.». Он обеспечивает три коэффициента деления — 1:1, 1:10, 1:100. Элементы аттенюатора выбраны так, что при любом положении переключателя В1 входное сопротивление осциллографа остается постоянным. При использовании внешнего делителя 1:10 суммарный коэффициент деления увеличивается в 10 раз.

С выхода аттенюатора исследуемый сигнал поступает на входной каскад КВО. Для обеспечения большого входного сопротивления и малой входной емкости он выполнен на полевом транзисторе У1-Т1 по схеме истокового повторителя. Диоды У1-Д1, У1-Д2, резистор У1-R4 и конденсатор У1-С1 защищают повторитель от перегрузок входным сигналом.

Двухкаскадный предварительный усилитель выполнен на транзисторах У1-Т2 — У1-Т5. Глубокая отрицательная обратная связь, охватывающая предварительный усилитель, гарантирует широкую полосу пропускания и её постоянство при изменении коэффициента передачи каскада на транзисторах УТ-Т2, У1-ТЗ. Изменение коэффициента усиления в два или пять раз происходит при изменении глубины обратной связи включением между эмиттерами этих транзисторов резисторов У1-R3, У1-R16 и R1.

Балансируют усилитель резистором У1-R9 («Баланс.»), изменяя напряжение на базе транзистора У1-ТЗ.

Смещение луча по вертикали (резистор R2) происходит изменением напряжения на коллекторах транзисторов У1-Т2, У1-Т3.

Для исключения паразитных связей по цепям питания предварительный усилитель питается через фильтры У1-R25, У1-СЗ, У1-С10 и У1-R27, У1-С4, У1-С7.

Для удобства наблюдения фронта исследуемого сигнала в КВО включена линия задержки Лз1. Она является нагрузкой усилительного каскада на транзисторах У1-Т7, У1-Т8. Выход линии задержки подключен к базовым цепям транзисторов оконечного каскада КВО, собранного на транзисторах У1-Т9, У1-Т10, У2-Т1, У2-Т2 по каскодной схеме.

Коррекция коэффициента усиления КВО по высокой частоте поделена между каскадами усилителя. Так, корректирующие цепи У1-R2, У1-С2, С1 обеспечивают коррекцию коэффициента усиления в зависимости от положения переключателя "V/Дел", каскаде с линией задержки амплитудно-частотная характеристика корректируется элементами У1-R35, У1-С9, а в каскаде оконечного усилителя — У1-С11, У1-R46, У1-С12.

Для коррекции калиброванных значений коэффициента отклонения в процессе эксплуатации и при замене ЭЛТ в каскад с линией задержки введен резистор У1-R39 («Коррект. Усил.»), ось которого выведена под шлиц на боковую стенку прибора.

С коллекторных нагрузок (резисторов У2-R11 - У2-R14) оконечного усилителя сигнал поступает на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ.

С выхода предварительного усилителя КВО исследуемый сигнал поступает на вход усилителя синхронизации КГО.

Канал синхронизации состоит из входного эмиттерного повторителя (транзистор УЗ-Т8), дифференциального каскада усиления (транзисторы УЗ-Т9, УЗ-Т12) и триггера синхронизации (транзисторы УЗ-Т15, УЗ-Т18). Синхронизирующий сигнал с эмиттера транзистора У1-Т6 через переключатель УЗ-В1.2 (в положении «Внутр.») или с внешнего синхронизирующего устройства через гнездо Гн1 (в положении «Внешн.») поступает на вход канала синхронизации.

В базовую цепь транзистора У3-Т8 включен диод УЗ-Д6, предохраняющий вход усилителя синхронизации от перегрузок. С эмиттера транзистора УЗ-Т8 синхронизирующий сигнал поступает на дифференциальный каскад (транзисторы У3-Т9, У3-Т12), усиливающий его до уровня, достаточного для срабатывания триггера синхронизации. Переключателем У3-В1.3 выбирают требуемую полярность синхронизирующего сигнала. С коллектора транзистора УЗ-Т9 или УЗ-Т12 через переключатель У3-В1.3 и эмиттерный повторитель на транзисторе У3-Т13 синхронизирующий сигнал поступает на триггер синхронизации, выполненный на транзисторах УЗ-Т15, УЗ-Т18.

На коллекторе транзистора УЗ-Т18 формируется сигнал, постоянный по амплитуде и форме, который через развязывающий эмиттерный повторитель на транзисторе УЗ-Т20 и дифференциирующую цепочку УЗ-С28, У3-R56 управляет работой блока запуска развертки.

Уровень синхронизации регулируют путем изменения напряжения на базе транзистора УЗ-Т8 резистором R8 («Уровень»). Для повышения устойчивости синхронизации усилитель совместно с триггером синхронизации питаются через развязывающий фильтр на транзисторе УЗ-Т19.

Продифференцированный сигнал с эмиттера транзистора У3-Т20 поступает на блок запуска, который вместе с генератором развертки и устройством блокировки обеспечивает формирование линейно падающего пилообразного напряжения.

Блок запуска представляет собой несимметричный триггер с эмиттерной связью на транзисторах УЗ-Т22, УЗ-Т25. Для повышения быстродействия в триггер введен эмиттерный повторитель на транзисторе У3-Т23. В исходном состоянии транзистор УЗ-Т22 открыт, а транзистор УЗ-Т25 закрыт. Напряжение, до которого заряжен конденсатор У3-С32, определяется напряжением на коллекторе транзистора УЗ-Т25 и равно примерно 8В. Диод УЗ-Д12 при этом открыт. С появлением на базе транзистора УЗ-Т22 отрицательного импульса триггер изменяет свое состояние, и отрицательный перепад напряжения на коллекторе УЗ-Т25 закрывает диод УЗ-Д12. Блок запуска при этом отключается от генератора развертки и начинается формирование прямого хода развертки. Как только напряжение развертки станет равным 7В, блок запуска через устройство блокировки (транзисторы УЗ-Т26 и УЗ-Т27) возвращается в исходное состояние (транзистор УЗ-Т22 открыт, УЗ-Т25 закрыт), и начинается процесс восстановления, в течение которого времязадающий конденсатор У3-С32 заряжается до исходного напряжения. Во время восстановления устройство блокировки поддерживает блок запуска в исходном состоянии. Переключатель УЗ-В1.4 находится при этом в положении «Ждущ.».

Автоколебательный режим развертки устанавливают переключателем УЗ-В1.4 (положение "АВТ."). При этом изменяется режим работы транзисторов устройства блокировки и блок запуска переходит в автоматический режим.

Генератор развертки (транзисторы УЗ-Т28, УЗ-Т29) работает по принципу разрядки времязадающего конденсатора У3-С32 через токостабилизирующий транзистор УЗ-Т29. Амплитуда линейно падающего пилообразного напряжения, формируемого генератором развертки, около 7В. Во время восстановления блока запуска конденсатор УЗ-С32 заряжается через транзистор УЗ-Т28 и диод УЗ-Д12. Во время рабочего хода диод УЗ-Д12 закрывается, отключая цепь конденсатора У3-С32 от блока запуска развертки, и он разряжается через транзистор УЗ-Т29, включенный по схеме с общей базой.

Скорость разрядки времязадающего конденсатора определяется током коллектора транзистора УЗ-Т29 и изменяется при изменении сопротивления времязадающих резисторов R14—R19, R22—R24) в цепи его эмиттера. Коэффициент развертки в пределах одного поддиапазона изменяют ступенчато коммутацией точных резисторов R14—R19, R22—R24 (переключателем В2.2 «Время/Дел.») и в 1000 раз — коммутацией времязадающих конденсаторов У3-С32, У3-С35 переключателем УЗ-В1.5 («µS/mS»). Коэффициенты развертки с заданной точностью устанавливают подбором конденсатора УЗ-СЗЗ в диапазоне "µS", а в диапазоне "mS" — подстроенным резистором У3-R58, изменяя режим работы эмиттерного повторителя (транзистор УЗ-Т24), определяющего ток через времязадающие резисторы.

Устройство блокировки (транзисторы УЗ-Т26, УЗ-Т27) обеспечивает задержку запуска развертки на время, необходимое для восстановления генератора развертки в ждущем режиме, и автоматический запуск развертки в автоколебательном режиме. Оно представляет собой эмиттерный детектор на транзисторе УЗ-Т27, резисторе У3-R68 и конденсаторе У3-С34 и эмиттерный повторитель на транзисторе УЗ-Т26. На вход устройства блокировки поступает часть пилообразного напряжения с усилителя развертки (с делителя в цепи истока транзистора УЗ-ТЗО).

Во время рабочего хода развертки конденсатор У3-С34 заряжается синхронно с напряжением развертки. Во время восстановления генератора развертки транзистор УЗ-Т27 закрывается, но устройство блокировки остается в исходном состоянии благодаря большой постоянной времени цепи УЗ-R68, У3-С34. В ждущем режиме развертки эмиттерный повторитель на транзисторе УЗ-Т26 закрывается (переключатель УЗ-В1.4 в положении «Ждущ.»). В положении «Авт.» эмиттерный повторитель переходит в линейный режим работы, а генератор развертки — в автоколебательный. В пределах поддиапазона постоянная времени устройства блокировки изменяется ступенчато переключателем B2.I и в 1000 раз переключателем УЗ-В1.5 («µS/mS»).

Усилитель развертки двухкаскадный, дифференциальный, выполнен по каскодной схеме на транзисторах УЗ-ТЗЗ, У3-T34, У2-ТЗ, У2-Т4. Для повышения симметричности выходного напряжения в эмиттерные цепи транзисторов УЗ-ТЗЗ, У3-Т34 включен генератор тока на транзисторе УЗ-Т35. Для коррекции коэффициента передачи усилителя по высокой частоте включен конденсатор У3-С36.

Для повышения точности измерения времени нарастания переходной характеристики КВО в осциллографе предусмотрена растяжка развертки. Это достигнуто увеличением коэффициента передачи усилителя развертки, для чего достаточно соединить контакты 1 и 2 разъема ШЗ.

Для повышения линейности пилообразного напряжения и исключения влияния входного тока усилителя на времязадаюшие цепи применен полевой транзистор УЗ-ТЗО. Смещение луча по горизонтали происходит изменением напряжения на базе транзистора У3-Т32 резистором R20.

В осциллографе предусмотрена возможность подачи внешнего сигнала на усилитель развертки и снятия пилообразного напряжения для синхронизации с осциллографом внешних устройств (разъем ШЗ контакты 3 и 1).

Напряжение развертки или усиленное напряжение внешнего сигнала развертки с коллектора транзисторов У2-ТЗ, У2-Т4 поступает на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ.

Высоковольтный источник для питания цепей ЭЛТ выполнен по схеме двухтактного преобразователя на транзисторах УЗ-Т1, УЗ-Т2 и трансформаторе УЗ-Tpl. Для уменьшения влияния преобразователя на источник питания предусмотрен эмиттерный повторитель на транзисторе УЗ-ТЗ. Преобразователь питается от стабилизированных источников +12 Вольт и -12 Вольт, что позволяет стабилизировать режим ЭЛТ при изменении напряжения в сети.

Цепи накала ЭЛТ питаются от отдельной обмотки трансформатора Tp1. Напряжение питания первого анода ЭЛТ (фокусировка) снимается с резистора УЗ-R1O, а второго с У2-R8. Регулирование яркости луча ЭЛТ производится резистором УЗ-R18. Резисторы УЗ-R10 и УЗ-R18 выведены напереднюю панель прибора.

Устройство управления лучом по яркости представляет собой симметричный триггер на транзисторах УЗ-Т4, УЗ-Т6, питаемый от отдельного источника (30 Вольт), относительно источника питания катода. Запускают триггер положительные импульсы, снимаемые через цепь УЗ-С9, У3-R20 с эмиттера транзистора У3-Т23 блока запуска развертки.

В исходном состоянии транзистор УЗ-Т4 открыт, УЗ-Т6 - закрыт. Положительный перепад импульса с блока запуска развертки переводит триггер в другое устойчивое состояние, отрицательный — возвращает в исходное состояние. В результате на коллекторе транзистора УЗ-Т6 формируется положительный импульс амплитудой около 17 В, по длительности равный длительности прямого хода развертки. Этот импульс поступает на модулятор ЭЛТ для подсветки прямого хода развертки.

В осциллографе предусмотрен простейший калибратор амплитуды и длительности. Калибратор выполнен на транзисторе УЗ-Т7 и представляет собой усилитель-ограничитель, на вход которого подан синусоидальный сигнал с частотой питающей сети со вторичной обмотки трансформатора Tpl. На коллекторе транзистора УЗ-Т7 формируются прямоугольные импульсы с частотой сети и амплитудой 11,4...11,8 В, которые поступают на входной аттенюатор КВО в верхнем (по схеме) положении переключателя В1 («V/Дел.»). При этом чувствительность прибора устанавливается равной 2 В на деление, а калибровочные импульсу должны занимать 5 вертикальных делений шкалы экрана. Калибровка коэффициента развертки возможна в положении «0,5», «0», «2», переключателя В2 («Время/ Дел.»). Переключатель «µS/mS» устанавливают при этом в положение "mS".

Блок питания обеспечивает все блоки осциллографа необходимыми напряжениями: 200 В при токе нагрузки 20 мА; 100 В при 50 мА; +12 В при 150 мА; -12 В при 150 мА. Напряжения источников + 100 В и +200 В нестабилизированы. Напряжения +12 В и -12 В получены делением пополам напряжения стабилизированного источника 24 В. Он собран по типовой схеме на транзисторах УЗ-Т14, УЗ-Т16, УЗ-Т17. Выходное напряжение стабилизатора на 24 В устанавливают резистором У3-R37. Для формирования напряжений +12 В и -12 В предусмотрен эмиттерный повторитель на транзисторе УЗ-Т10. Резистором У3-R34 устанавливают выходное напряжение источника +12 В.

Продолжение следует...