МИНИАТЮРНЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ ПРОБНИК
При ремонте и налаживании радиоэлектронной аппаратуры часто возникает потребность в миниатюрном пробнике-осциллографе с автономным питанием, с помощью которого можно было бы контролировать наличие сигнала и хотя бы примерно оценить его параметры.
Предлагаемый вниманию читателей осциллографический пробник в значительной мере отвечает этим требованиям. Применение низковольтного многоразрядного вакуумного люминесцентного индикатора и цифровых микросхем серии К176 позволило сконструировать экономичный прибор размером с карманный микрокалькулятор и питанием от батареи напряжением 9 В. Потребляемый пробником ток не превышает 15 мА, причем основным потребителем является катод прямого накала индикатора. Пробником можно контролировать сигналы амплитудой 1...320 В частотой до 50 кГц при скважности от 1,14 до 8, а также одиночные импульсы. Входное сопротивление на пределе "1...32 В"-220 кОм, на пределе "10...320 В" - 2,2 МОм. Предусмотрены три режима работы: автоматический, ждущий с запуском фронтом положительного импульса и ждущий с запуском фронтом отрицательного импульса.
Puc.1
Принципиальная схема пробника изображена на рис. 1, временные диаграммы в его характерных точках - на рис. 2 (режим автоматической развертки) и 3 (режим ждущей развертки). Прибор состоит из генератора развертки, устройства вертикального отклонения "луча" и многоразрядного знакового индикатора HG1. Генератор, в свою очередь, содержит мультивибратор на элементах DD1.1-DD1.3 и счетчик-дешифратор DD2, устройство вертикального отклонения "луча" - компараторы положительного (ОУ DA1) и отрицательного (ОУ DA2) уровней и элемент совпадения DD1.4. Мультивибратор вырабатывает последовательность импульсов (рис. 2, ж), счетчик-дешифратор поочередно формирует на своих выходах импульсы высокого уровня (рис. 2, з-п), которые, последовательно поступая на сетки индикатора HG1, создают горизонтальную развертку изображения.
Puc.2
Контролируемый сигнал поступает на входы компараторов через делитель напряжения, состоящий из резисторов R3, R5 и R6. Потенциал общего провода, необходимый для нормальной работы ОУ DA1, DA2 при питании от однополярного источника GB1, создается искусственно делителем напряжения R8-R11. Этот же делитель задает и пороговые напряжения на инвертирующем входе ОУ DA1 и неинвертирую-щем входе ОУ DA2, отличающиеся от потенциала общего провода соответственно на +100 и -100 мВ; элементы R3, R5, VDI, VD2 защищают входы ОУ от перегрузок. Долю входного сигнала, при которой срабатывают компараторы, устанавливают переключателем SA1 и переменным резистором R6 (по положениям переключателя и движка резистора при необходимости судят об амплитуде сигнала).
Puc.3
В индикаторе HG1 использованы горизонтальные аноды-сегменты а, g и d (в справочниках их иногда обозначают русскими буквами а. ж, г), индицирующие соответственно положительный, нулевой и отрицательный уровни контролируемого сигнала. Если напряжение сигнала превышает (по абсолютной величине) положительный или отрицательный пороговый уровень, на выходе ОУ DA1 или DA2 появляется напряжение высокого уровня и зажигаются аноды-сегменты а или d. Если же оба компаратора (DA1 и DA2) находятся в нулевом состоянии (на их выходах - напряжения низкого уровня), высокий уровень присутствует на выходе элемента DD1.4 и светятся аноды-сегменты g, отображая нулевой уровень входного сигнала (рис. 3, р).
Частота следования импульсов мультивибратора, а следовательно, и скорость развертки изображения на индикаторе задается резисторами R2, R4 и одним из конденсаторов С1-С8, выбираемым переключателем SA2. Плавно частоту следования импульсов регулируют переменным резистором R4. Резистор R1 ограничивает входной ток через микросхему, его сопротивление выбирают в пределах 3...10 кОм. Если необходимы иные, чем указано на схеме, длительности развертки, то это можно сделать, рассчитав заново (по формуле T=1,4RC, где Т - период колебании) номиналы конденсаторов С1-С8 и резисторов R2, R4.
В режиме автоматической развертки формируется цикл, состоящий из восьми тактов, фронтом девятого импульса счетчик-дешифратор DD2 переводится в нулевое состояние (рис. 2, е). В ждущем режиме генератор развертки запускается самим контролируемым сигналом. В этом режиме он может быть запущен как положительным перепадом входного напряжения (переключатель SA3 в среднем - по схеме - положении), так и отрицательным (переключатель в нижнем положении). Когда на выходе компаратора, к которому подключена дифференцирующая цепь R12C9, появляется положительный перепад уровней, на входе R счетчика-дешифратора DD2 формируется короткий импульс сброса (рис. 3, е). В результате на выходе 8 появляется напряжение низкого уровня и мультивибратор начинает генерировать импульсы. При появлении на этом выходе счетчика-дешифратора высокого уровня генерация прекращается. Иными словами, развертка запускается на один цикл. При периодическом входном сигнале на индикаторе HQ1 наблюдается устойчивое изображение. Катод прямого накала индикатора подключен к батарее GB1 через токо-ограничительный резистор R13 (к ее минусовому выводу обязательно должен быть подключен вывод I, соединенный с токопроводящим покрытием внутренней поверхности баллона).
Конструкция и детали. В пробнике применены постоянные резисторы МЛТ, переменные резисторы СПО-0,15, конденсаторы КМ-5. Вместо ОУ К140УД6 можно использовать ОУ К140УД7, К140УД8 (с любым буквенным индексом), К140УД12, К140УД14, вместо микросхем серии К176 - их аналоги из серии К561. Розетка XS1, переключатели SA1-SA3 и выключатель QI могут быть любого типа, важно лишь, чтобы они были малогабаритными.
На передней стенке корпуса пробника установлены розетка XS1 с элементами входного делителя напряжения R3, R5, R6 и выключателем SA1, переключатели SA2 (с припаянными к его контактам конденсаторами С1-С8) и SA3 (с конденсатором С9), выключатель питания Q1, переменный резистор R4 и индикатор HG1. Переменные резисторы R4 и R6 снабжены шкалами, примерный вид которых показан на рис. 4.
Puc.4
Отметка "X 1 " шкалы резистора R4 ("Время/дел.") соответствует крайнему левому (по схеме) положению движка, а отметка "1В" шкалы резистора R6 ("Уровень") - крайнему верхнему (также по схеме). Остальные детали пробника размешены на печатной плате (рис. 5), изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Возможен вариант конструкции, при которой элементы входного делителя напряжения вместе с выключателем SA1 смонтированы в выносном щупе (с таким пробником работать будет удобнее).
Налаживание устройства заключается в установке (подбором резисторов R8 и R11) напряжений +100 мВ на выводе 2 ОУ DA1 и -100 мВ на выводе 3 ОУ DA2 относительно средней точки делителя R8-R11, При неустойчивом запуске развертки в ждущем режиме необходимо увеличить емкость конденсатора С9. Повысить яркость свечения сегментов индикатора можно увеличением напряжения питания до 12 В (при этом сопротивление резистора R13 необходимо увеличить до 560 Ом).
Работа с пробником требует некоторого навыка. Если необходимо определить лишь наличие импульсов и их длительность, то переменным резистором R6 ("Уровень") устанавливают чувствительность, равную 1 В, переключателем SA2 ("Время/дел.") выбирают такую длительность развертки, при которой на индикаторе отображается один или два периода сигнала, и переменным резистором R4 ("Время/дел.") добиваются устойчивого изображения. Если таким способом синхронизировать изображение не удается, прибор переводят в режим ждущей развертки с запуском положительным или отрицательным перепадом входного напряжения. Период контролируемых колебаний или длительность импульса определяют по положению переключателя SA2 и ручки переменного резистора R4.
Если же требуется измерить амплитуду сигнала, ручку переменного резистора R6 и переключатель SA1 устанавливают в положения, соответствующие зажиганию сегментов положительного или отрицательного (в зависимости от полярности сигнала) уровня. Амплитуду (в диапазоне значений. установленных переключателем SA1) отсчитывают по шкале резистора.
Форму колебаний определяют по характеру изменения изображения на индикаторе при установке переменным резистором. R6 разных значений чувствительности. В качестве примера на рис. 6 показана отображаемая индикатором информация при поданном на вход сигнале треугольной формы и различных положениях движка переменного резистора R6 (штрихами изображены аноды-сегменты, светящиеся вполнакала).
Puc.6
Как показала практика, добиваться полной синхронизации развертки следует не всегда - в ряде случаев изображение контролируемого сигнала воспринимается лучше, если оно медленно перемещается в ту или иную сторону.
И. СИНЕЛЬНИКОВ, В. РАВИЧ г. Калининград
(Р 11/88)