Задержанная развертка в осциллографе. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Автор статьи продолжает затронутую им ранее тему повышения точности осциллографических измерений. Рекомендуемое им несложное устройство позволяет улучшить самодельный или простой промышленный осциллограф до уровня, который обеспечивают лишь осциллографы с устройством задержки сигнала или с цифровой разверткой.

В канале вертикального отклонения осциллографа производится временная задержка исследуемого сигнала, необходимая для наблюдения его начального участка. Это обычно достигается линией задержки (ЛЗ). У радиолюбителя, решившего ввести задержку в свой осциллограф, могут возникнуть трудности: практически очень сложно самостоятельно рассчитать и изготовить ЛЗ, обладающую необходимыми параметрами.

Можно было бы воспользоваться ЛЗ промышленного производства, но в продаже, как правило, нет подходящих для широкополосного осциллографа. В частности, ЛЗ с сосредоточенными параметрами при их значительном разнообразии все же непригодны для работы в широкой полосе: у них большая длительность фронта импульса на выходе [1]. ЛЗ с распределенными параметрами, изготовленные из специальных кабелей задержки, имеют лучшие параметры [2], однако они слишком громоздки. Так, у ЛЗ широкополосного осциллографа С1-79 габариты 160x180x30 мм и масса 600 г, что обычно многовато для малогабаритного любительского осциллографа. К тому же изготовить и настроить такую ЛЗ тоже довольно сложно. Правда, для промышленных моделей осциллографов методами микроэлектроники [1, 3] изготавливают современные высококачественные малогабаритные ЛЗ, но в магазинах приобрести их невозможно.

И все же положение не так уж безнадежно. Для периодически повторяющихся сигналов, используемых радиолюбителями при измерении параметров, с помощью задержанной развертки проблема вполне решаема и без ЛЗ.

Предположим, для простоты, что исследуется последовательность импульсов. Можно задержать не исследуемый импульс, а время запуска этим импульсом генератора развертки. Момент запуска выбирается таким образом, чтобы начало следующего импульса приходилось на участок развертки, видимый на экране. При изменении длительности задержки запуска создается возможность перемещать изображение изучаемого сигнала по экрану осциллографа и подробно рассматривать любую его деталь. А поскольку длительность импульсов линейно изменяющегося напряжения (ЛИН) тоже можно изменять, то эту деталь исследуют как бы под микроскопом с увеличением, т. е. с большой растяжкой по времени. Такую возможность не обеспечит никакая ЛЗ. Конечно, это не значит, что в осциллографе с задержанной разверткой она не нужна. Лучше все же ее установить. Это позволит расширить возможности осциллографа. Желательно только, чтобы линию задержки можно было отключать, когда в ней нет надобности, так как любая ЛЗ вносит искажения.

Устройство задержанной развертки содержит два одновибратора, длительность импульсов которых можно изменять независимо друг от друга, RS-триггер, триггер Шмитта (ТШ) и формирователь ЛИН. Принципиальная схема генератора развертки относительно проста (рис. 1). В отсутствие импульсов синхронизации генератор работает в автоколебательном режиме. После включения напряжения питания на выходе 6 RS-триггера DD1.1, DD1.2, а значит, и на входе А одновибратора DD2.1 (ОВ1) устанавливается уровень лог. 1, на выходе Q - лог 0. На выходе Q одновибратора DD2.2 (ОВ2) также действует уровень лог. 0. Следовательно, диоды VD2, VD3 и ключевой транзистор VT2 закрыты, при этом происходит зарядка конденсатора Сτ током, текущим через резистор Rτ, т. е. начинается формирование ЛИН. Когда напряжение в точке соединения резисторов R12 и R13 достигает уровня срабатывания ТШ DD1.3, DD1.4, он переключается и на его выводе 11 появляется лог. 1, которая передается на вход В DD2.2. ОВ срабатывает, на его выходе Q появляется 1, открываются диод VD2 и транзистор VT2, конденсатор Сτ разряжается и формирование ЛИН прекращается. ТШ возвращается в исходное состояние. По окончании импульса ОВ2, длительность которого tи = 0.45C7R8, транзистор VT2 закрывается и начинается формирование нового импульса ЛИН. Перепад уровня от 1 до 0 на выходе 8 DD1.3, поступающий на вход 5 RS-триггера, не может изменить его состояние и сорвать автоколебательный процесс, так как на входе 4 с момента включения питания установился уровень лог. 0.

(нажмите для увеличения)

С приходом импульса синхронизации, поскольку момент его прихода является случайным, возможны две ситуации.

Допустим, что импульс синхронизации пришел во время формирования ЛИН. Он инвертируется и усиливается транзистором VT1 и поступает на вход 2 RS-триггера, который переключается, и на его выводе 6 и на входе A DD2.1 уровень напряжения падает от лог. 1 до 0. На выходе Q DD2.1 устанавливается напряжение единичного уровня. Это напряжение через диод VD3 открывает транзистор VT2 и прекращает формирование импульса ЛИН. Приходящие позже синхроимпульсы не изменяют состояние активных элементов схемы, так как они приходят на тот же вход 2 RS-триггера. Начинается отсчет времени задержки запуска формирования ЛИН. Время задержки равно длительности импульса на выходе Q DD2.1, определяемой постоянной времени (R6+R7)C, где С - С4 - С6. Состояние ОВ2 не оказывает влияния на цепь базы транзистора VT2 и не нагружает выход 0В1, так как отделен от них закрытым диодом VD2.

По окончании импульса задержки транзистор VT2 закрывается и начинается формирование ЛИН. Когда оно заканчивается, ТШ срабатывает, импульс с его вывода 8 поступает на вход 5 RS-триггера и возвращает его в первоначальное состояние. Генератор готов к приему нового импульса синхронизации. Эпюры напряжений в точках схемы для этого случая показаны на рис. 2. Все напряжения, кроме Uсинхр, соответствуют уровням ТТЛ.

В том случае, когда синхроимпульс приходит на вход генератора в момент паузы между импульсами ЛИН, ОВ1 находится в процессе формирования импульса с уровнем лог. 1 на выходе Q. Импульс с вывода 6 RS триггера производит повторный запуск ОВ1. Последующие синхроимпульсы не могут повторно запустить ОВ1, потому что его вход заблокирован сработавшим на первый синхроимпульс RS-триггером. Импульс с инверсного выхода DD2.1 прекращает действие на выходе Q DD2.2 импульса, который через диод VD2 удерживал в открытом состоянии транзистор VT2. Но транзистор не закрывается, так как несколько раньше через диод VD3 на него пришел импульс с выхода Q DD2.1. Этим импульсом диод VD2 закрывается. Таким образом, диоды VD2 и VD3 устраняют влияние одновибраторов друг на друга. Транзистор VT2 продолжает оставаться открытым, но с этого момента уже идет отсчет времени задержки запуска формирователя ЛИН, определяемый длительностью импульса на выходе ОВ1 после повторного запуска. Дальше все происходит, как в первом случае. Работа формирователя ЛИН здесь не рассматривается.

Диапазон задержек развертки разбит на три поддиапазона. При повторении радиолюбители могут выбирать их по своему желанию. На рис. 3 приведены кривые зависимости времени задержки от угла поворота движка резистора R6 для значений емкости конденсаторов С4 - С6, указанных на рисунке. Конденсатор C3 представляет собой сумму емкостей микросхемы и монтажа. В этом положении SA1 и нижнем положении движка резистора R6 генератор работает фактически без задержки, так как длительность импульса ОВ1 не превышает нескольких сотых микросекунды. Если этой емкости недостаточно, можно добавить внешний конденсатор 5...10 пФ.

На рис. 1 переключатель поддиапазонов длительности развертки SA2 не показан. Он выполняется аналогично переключателю времени развертки, изображенному в [4, рис. 2]. Там же приведены основные параметры генератора и другие данные, необходимые для повторения устройства.

Элементы схемы генератора размещены на печатной плате с разъемом MPH-14-1 Переключатели SA1 и SA2 вынесены за пределы платы. Они изготовлены с применением герконов. Подробное описание принципов действия и устройства таких переключателей приведено в [5]. О типах и номиналах резисторов и конденсаторов с допустимыми отклонениями рассказано в [4]. Переменный резистор R6 - СПЗ-9г с функциональной характеристикой типа В. Транзисторы КТ316Б заменимы на КТ316А или на любые другие СВЧ транзисторы со временем рассасывания не более 4 не. Транзистор КТ326Б допустимо заменить на КТ326А или на КТ363А, Б, а транзистор КП303А - другими серии КП303 с напряжением отсечки около 0,5 В. Вместо диодов КД512А используйте КД513А или КД514А, а вместо микросхем серии КР1533 - МС серий К155 и К555. Быстродействие блока развертки в этом случае снизится, но в большинстве случаев будет достаточным; при этом подойдут обычные высокочастотные транзисторы и диоды.

При монтаже микросхем свободные входы рекомендуется подключить к +Uпит через резистор сопротивлением 1 кОм. К нему подключают несколько входов [6].

Налаживание генератора развертки описано в [4]. Не следует устанавливать амплитуду импульсов ЛИН больше 5 В. При превышении этого значения резко возрастает нелинейность ЛИН, хотя визуально это и незаметно. Установить линейность развертки "на глазок" проще всего, но не совсем логично, так как генератор позволяет получить развертку с нелинейностью, не превышающей нескольких сотых процента. Чтобы использовать эту возможность, нужны специальные методы измерения нелинейности. Они несложны, однако требуют отдельного описания [7].

Немного об улучшении работы генератора развертки. Несмотря на хорошую линейность развертки, его нельзя назвать устройством высокой точности, так как амплитуда и длительность импульсов ЛИН зависят от температуры. Сам по себе формирователь ЛИН очень стабилен благодаря применению истокового повторителя со следящей обратной связью на транзисторах VT3 и VT4. Вследствие частичной компенсации нестабильности полевого и биполярного транзисторов и глубокой ООС параметры этого повторителя очень мало зависят от температуры [8]. При термостабильных элементах Ct и Rt угол наклона ЛИН практически не меняется.

Температурная зависимость ЛИН объясняется изменением порога срабатывания ТШ. Зависимость порога от температуры нелинейная, как у полупроводниковых терморезисторов, что дает возможность сравнительно просто осуществить хорошую термокомпенсацию. Схема корректирующей цепи приведена на рис. 4. Размещение терморезисторов вблизи корпуса микросхемы уменьшило нестабильность амплитуды и длительности импульсов ЛИН от температуры более чем в 10 раз, в интервале температур 20...50°С она не превышает 0,7%. В цепи коррекции применен резистор ММТ-1, имеющий при Т=20°С сопротивление 1660 Ом. Резисторы R4 и R5 - С2-29 мощностью 0,125 Вт с отклонением от номинала не более +0,25%.

После введения коррекции амплитуда ЛИН возрастает на 0,8 В, но не нужно стремиться восстановить прежнюю амплитуду: это может привести к нарушению термокоррекции. Проще изменить коэффициент передачи усилителя горизонтального отклонения.

В отличие от осциллографов с двойной разверткой, имеющих два генератора ЛИН и два вида синхронизации, блок с задержанной разверткой содержит лишь один синхронизируемый генератор ЛИН. С таким генератором работать проще. В дополнение к обычным манипуляциям органами управления осциллографа приходится чаще всего использовать только ручку "Задержка развертки" (R6) и в редких случаях - переключатель выбора поддиапазона (SA1).

Большинство измерений, производимых осциллографом с двойной разверткой, можно сделать прибором, снабженным предлагаемой задержанной разверткой. Исключение составляет режим "Б подсв. А": в этом положении переключателя "Вид развертки" подсвечивается участок, который подлежит рассмотрению с увеличением. Но процедура и здесь довольно сложная, да и особой надобности в подсветке нет, так как нужный участок можно найти и без нее.

Принципиальное сходство между двумя рассматриваемыми устройствами состоит в том, что синхронизация развертки осуществляется не тем сигналом, который виден на экране, а другим. Благодаря этому можно рассматривать фронты импульсов и сигналы, амплитуда которых недостаточна для запуска синхронизации.

Использовать генератор в простом дешевом осциллографе вряд ли целесообразно, так как при этом не реализуется его высокая точность. Конечно, это дело вкуса и возможностей пользователей, но лучше дополнить им хороший точный осциллограф, не имеющий задержанной развертки. Его можно выполнить и в виде отдельного блока с автономным питанием. Тогда выход генератора подключают к входу "X" осциллографа. Синхронизируют генератор как внешним сигналом, так и синхроимпульсами одного из каналов вертикального отклонения, выходы которых имеются в каждом осциллографе. Можно использовать для этого и выход пилообразного напряжения осциллографа. Тогда в приставке придется установить переключатель вида синхронизации и делитель напряжения, если в них будет необходимость.

Литература

1. Баев Е. Ф., Бурылин Е. И. Миниатюрные электрические линии задержки. - М.: Сов. Радио, 1977.
2. Блюдин Е. К., Боднар Э. М. и др. Портативные осциллографы. - М.: Сов. Радио, 1978.
3. Вишневский В. Н. и др Портативные осциллографы с цифровыми измерениями параметров сигнала. - М.: Энергоатом из дат, 1991.
4. Дорофееа М. Генератор развертки осциллографа. - Радио, 1996, № 11, с. 32-34.
5. Хазаров К. И. Переключатели с магнитоуправляемыми контактами. - М.: Энергия, 1978.
6. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. Под ред. С. В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1990.
7. Дорофеев М. Измерение нелинейности развертки. - Радио, 1998, № 7, с. 28.
8. Севин Л. Полевые транзисторы. - М.: Мир, 1968.

Автор: М.Дорофеев, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Однокристальная система MediaTek MT6589 21.12.2012 Компания MediaTek на этой неделе объявила о выпуске однокристальной системы MT6589, которую сам производитель называет первой в мире коммерчески доступной однокристальной системой с четырьмя ядрами ARM Cortex-A7. Помимо четырехъядерного процессора ARM Cortex-A7, в MT6589 интегрирован модем для работы в сетях UMTS Rel. 8, HSPA+ и TD-SCDMA, а также графический процессор PowerVR Series5XT, разработанный специалистами Imagination Technologies. Однокристальная система рассчитана на выпуск по 28-нанометровой технологии и предназначена для смартфонов и планшетов среднего и верхнего сегментов с ОС Android. Среди достоинств MT6589 производитель отмечает поддержку двух карточек SIM, причем с возможностью одновременного использования (Dual-Active). Как утверждается, эта особенность в платформе с поддержкой HSPA+ тоже реализована впервые. Однокристальная система MediaTek MT6589 обеспечивает воспроизведение и запись видео высокой четкости в формате 1080p с частотой 30 к/с, рассчитана на подключение камер разрешением до 13 Мп, дисплеев разрешением до 1920 x 1080 пикселей. Кроме того, есть поддержка пакета MediaTek Cool 3D, включающего стереоскопический интерфейс пользователя, работу со стереоскопическими камерами и дисплеями, преобразование в реальном времени обычного видео в стереоскопическое. Завершает картину поддержка технологии Miracast, обеспечивающей беспроводное подключение внешнего дисплея, и возможность интеграции с комбинированным беспроводным решением MediaTek, объединяющем 802.11n Wi-Fi, BT4.0, GPS и FM.

Другие интересные новости:

▪ Ни одна бумажка не пропадет

▪ Данные по ВОЛС переданы на рекордное расстояние

▪ VL6180X - датчик расстояния, освещенности и жестов

▪ Чехол для смартфона со встроенным охлаждением

▪ Робот-стрекоза

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Биографии великих ученых. Подборка статей

▪ статья Вычислительная машина. История изобретения и производства

▪ статья Почему убить бабочку моли недостаточно, чтобы спасти шерстяные вещи? Подробный ответ

▪ статья Дудник амурский. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Подсветка клавиатуры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Экстрасенсорный тест с помощью журнала. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026