Простой двухламповый осцилограф

Инж. Е. Михайлов, инж. В. Ермаков

Осцилографы широко используются для исследования формы напряжения сигнала, что особенно важно при ремонте и налаживании радиоаппаратуры. Изготовление и налаживание простого двухлампового осцилографа доступно радиолюбителям средней квалификации. Осцилограф отличается небольшими размерами и весом.


Рис. 1. Внешний вид осцилографа

Чувствительность усилителя вертикального отклонения не менее 20 мм на 1 В амплитудного значения напряжения. Полоса пропускания усилителя на уровне 0,7 не менее 1,5 МГц. Спад плоской вершины импульса длительностью 1500 мксек не превышает 15% от амплитуды в начале импульса. Входное сопротивление усилителя вертикального отклонения не менее 500 кОм, а емкость не более 50 пФ.

Питается осцилограф напряжением ~6,3 В и +250 В. Потребляемая мощность не превышает 12 Вт. Габаритные размеры 75х100х275 мм. Вес 1,5 кГ.

Генератор горизонтальной развертки имеет два диапазона: 20-50 Гц и 5-20 кГц. При увеличении числа диапазонов развертки осцилограф можно использовать для исследования и настройки трактов ПЧ радиоприемников, а также при ремонте телевизоров.

С помощью калиброванного напряжения 1 В можно определять амплитуду исследуемых сигналов 1-150 В с точностью не менее 20%. Максимальная погрешность входного делителя 5%.

Осцилограф содержит усилитель вертикального отклонения, выполненный на лампе Л2, генератор развертки на лампе Л1 и выпрямитель (рис.3).

Усилитель вертикального отклонения двухкаскадный, собран на двойном триоде Л2 (6Н3П). Каждый каскад охвачен обратной связью по току. Катодная цепь каскада не вносит искажений при усилении сигналов низких частот. Вместо обычной большой блокирующей емкости в цепь катода включен конденсатор небольшой емкости, подобранной экспериментально. Благодаря этому не искажается плоская вершина импульса. Постоянная времени цепи катода выбрана с таким расчетом, чтобы получить наилучшую частотную характеристику. Первый каскад без искажения усиливает напряжение сигнала до 15 В.

Рис. 2. Принципиальная схема осцилографа

Для расширения пределов измерения на входе усилителя включен ступенчатый компенсированный делитель напряжения. Степень усиления двухкаскадного усилителя можно регулировать потенциометром R16. Общий коэффициент усиления усилителя вертикального отклонения равен 50. Переключением резисторов R19-R23 можно регулировать напряжение сигнала, поступающее в положительной полярности (независимо от полярности исследуемого сигнала) на генератор развертки. Это напряжение служит для синхронизации последнего. С сопротивления анодной нагрузки R24 через разделительный конденсатор С14 усиленное напряжение сигнала подается на вертикальные отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки.


Рис. 3. Принципиальная схема выпрямителя

Генератор развертки выполнен на лампе Л1 (6Ж5П) по схеме с емкостной обратной связью. Как уже сказано выше, генератор синхронизирован непосредственно исследуемым напряжением.

Напряжение синхронизации из анодных цепей одного из каскадов усилителя (в зависимости от положения переключателя П2) через конденсатр С12 и диод Д1 подается на управляющую сетку генераторной лампы Л1.

Разделительный диод Д1 исключает влияние генератора развертки на источник синхронизирующих импульсов. Частоту генератора развертки можно плавно менять, изменяя напряжение смещения на первой сетке лампы, или же ступенями (переключатели П1а-П1б).

Отрицательные импульсы гашения обратного хода луча поступают на управляющий электрод электронно-лучевой трубки с экранной сетки лампы генератора развертки. На горизонтальные отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки через конденсатор С7 подается пилообразное напряжение, амплитуду которого можно регулировать потенциометром R10. При помощи потенциометров R29 и R30 можно смещать изображение в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Выпрямитель. Осцилограф можно питать непосредственно от блока питания приемника или телевизора в котором есть напряжения ~6,3 В, +250 В. Электронно-лучевая трубка питается выпрямленным напряжением вторичной обмотки трансформатора Тр1 (рис.2). Полная схема выпрямителя показана на рис.3. Напряжения +200 В, +220 В для питания анодных цепей ламп усилителя и генератора поступают с конденсаторов фильтра С1 и С2. Индикатором подключения осцилографа к сети служит неоновая лампа.

Конструкция и детали

Основанием конструкции служит металлический каркас, изготовленный из листовой стали толщиной 0,8 мм. Он имеет размеры 76х100х275 мм. Передняя и задняя панель каркаса также сделаны из листовой стали толщиной 0,8 мм и имеют одинаковые размеры. На передней панели по углам расположены четыре отверстия для вывода ручек потенциометров: "Яркость" - R37, "Фокус" - R33, "Перемещение луча по горизонтали" - R29, "Перемещение луча по вертикали" - R30. Эти потенциометры находятся под большим потенциалов относительно шасси, поэтому должны быть хорошо изолированы от корпуса прибора. Их устанавливают через изолирующие втулки, а ручки управления изготавливают из хорошего изоляционного материала.


Рис. 4. Чертеж панели усилителя
Рис. 5. Панель блока развертки

На задней стенке прибора имеются отверстия для предохранителя и проводов. Каркас сверху закрыт кожухом П-образной формы. В верхней части кожуха находится окно для панели управления, а в боковых стенках просверлены отверстия для улучшения условий охлаждения. Нижняя часть каркаса закрыта планкой с многочисленными отверстиями для воздухообмена. Кожух и нижняя планка изготовлены из листового дюралюминия толщиной 1 мм и прикреплены к каркасу винтами М3. К нижней планке каркаса прикреплена откидывающаяся рамка, с помощью которой осцилограф можно поставить в более удобное для работы положение.

Почти все детали смонтированы на четырех отдельных панелях: панели усилителя, панели блока развертки, панели блока питания и панели блока управления (рис.6). Чертеж панели усилителя (2) показан на рис.4. Изготовлена она из дюралюминия толщиной 4 мм. Центральное отверстие диаметром 39 мм служит для прохода электронно-лучевой трубки; отверстия диаметром 22,5 мм и 14,5 мм - соответственно для ламповой панели ПЛК-9 и электролитического конденсатора. Панель располагается вертикально. Панель блока развертки (3) аналогична панели усилителя (рис.5). Чертеж верхней панели показан на рис.6.

Рис. 6. Чертеж верхней панели

Центральное отверстие этой панели несколько меньшего диаметра (35 мм), так как через него проходит только цокольная часть электронно-лучевой трубки. Отверстие диаметром 19,5 мм предназначено для ламповой панельки ПЛК-7, другое отверстие - для электролитического конденсатора. Панель блока развертки также, как панель усилителя, укреплена вертикально.


Рис. 7. Монтаж блока питания
Рис. 8. Вид cобранного осцилографа

Панель блока питания изготовлена из стали толщиной 1 мм. В ней имеются отверстия для крепления трансформатора, конденсаторов и монтажной планки. Панель укреплена в задней части каркаса горизонтально. Схема блока питания показана на рис.3 . Монтаж блока питания показан на рис.7.

Сердечник силового трансформатора Тр1 набран из пластин ШЛ12, толщина набора 20 мм, размер окна 12х20 мм. Обмотка I содержит 80 витков провода ПЭВ 0,51. Обмотка II - 7000 витков ПЭВ 0,08. Обмотка III - 100 витков ПЭВ 0,51.

Если осцилограф питается от сети, силовой трансформатор Тр1 должен иметь сердечник, набранный из пластин ШЛ16 при толщине набора 20 мм и размерах окна 16х40 мм. Обмотка Ia будет насчитывать 1400. Обмотка Iб - 900 витков провода ПЭВ 0,21. Обмотка II - 5600 витков провода ПЭВ 0,09. Обмотка III - 2500 витков провода ПЭВ 0,12. Обмотка IV - 80 витков провода ПЭВ 0,41. Обмотка V - 80 витков провода ПЭВ 0,41.

Сборку осцилографа начинают с того, что устанавливают в каркасе потенциометры. К задней стенке каркаса прикрепляют предохранитель и пистоны для прохода проводов. Потом устанавливают панели усилителя, блока развертки и блока питания и панель управления. Далее переходят к межпанельному монтажу. Через отверстие в передней стенке каркаса пропускают электронно-лучевую трубку, устанавливают обрамление и вставляют трубку в обрамление, фиксируя ее хомутиком на панели блока развертки.

Налаживание осцилографа

Налаживание осцилографа начинают с проверки правильности монтажа. Затем вставляют все лампы и подключают осцилограф к любому источнику питания с напряжениями ~6,3 В и +250. Установив ручки потенциометров R29 и R30 в среднее положение, с помощью амперовольтомметра проверяют режимы ламп, напряжение на выходе высоковольтного выпрямителя. После этого вынимают лампу Л2. Ручку потенциометра R16 выводят до конца влево. Подбирают сопротивления резисторов R27 и R34 так, чтобы хорошо сфокусированный электронный луч находился в центре экрана. Если луч на экране двоится, значит имеются магнитные наводки от трансформатора Тр1 на электронно-лучевую трубку. Чтобы устранить их, необходимо изменить положение трансформатора Тр1.

Потенциометр R37 должен плавно регулировать яркость электронного пятна, при этом положение пятна на экране не меняется, а потенциометры R29 и R30 - перемещать луч по горизонтали и вертикали примерно на 25 мм.

Убедившись в нормальной работе цепей питания осцилографической трубки, можно перейти к налаживанию генератора развертки. Лучше всего иметь для этой цели контрольный осцилограф. Переключатель П1 - "Диапазон развертки" - устанавливают в положение 20-50 кГц (нижнее по схеме). Контрольный осцилограф подключают к анодной цепи генераторной лампы Л1. При этом амплитудное значение напряжения на аноде лампы Л1 должно быть примерно 80 В. Проверяют устойчивость генерации в частотном диапазоне 15-30 кГц.

Дальше изменением сопротивления потенциометра R17 добиваются плавного перекрытия частотных диапазонов развертки. Оно должно быть не менее 2. Границы диапазонов частот разверток уточняют подбором емкостей конденсаторов С3, С4, С9, С10 и сопротивления резистора R18.

Для проверки усилителя рекомендуется снять его частотную характеристику. При этом необходимы сигнал-генератор (СГ), калиброванный по частоте и амплитуле, а также ламповый вольтметр с большим входным сопротивлением и с малой входной емкостью. Напряжение с СГ подается на вход осцилографа, а к отклоняющим пластинам электронно-лучевой трубки подключается ламповый вольтметр. Меняя частоту СГ и поддерживая его выходное напряжение на всех частотах постоянным, снимают частотную характеристику.

При налаживании компенсированного делителя вначале подбирают сопротивление резисторов R5, R8, чтобы коэффициент деления был точно равен 1:10, 1:100. После этого на вход осцилографа подают импульсный сигнал и с помощью конденсаторов С2 и С5 добиваются минимальных искажений сигнала.

Перед калибровкой осцилографа по напряжению необходимо резистор R3 заменить потенциометром 1-1,5 кОм, измерить ламповым вольтметром напряжение накала. Затем надо измерить напряжение на потенциометре ламповым вольтметром. Оно должно быть равно 1 В (при номинальном напряжении накала 6,3 В). После этого измеряют сопротивление потенциометра и снова заменяют его резистором, сопротивление которого равно измеренному.

Работа с прибором

Подключают прибор к источнику питания, включают питание (Вк1 замкнут). При этом на верхней панели должна загореться сигнальная лампа. Следует только заметить, что нельзя путать между собой щупы, предназначенные для подключения к приемнику или телевизору. Ручкой "Яркость" устанавливают минимальную яркость луча и дают прибору прогреться в течение минуты. Если при вращении ручки вправо до упора изображение луча не появляется на экране, необходимо ручками R29 и R30 установить его в центре экрана.

После этого ручками "Фокус" и "Яркость" устанавливают максимальную четкость и желаемую яркость луча. В работе с прибором большое значение имеет правильный выбор режима, то есть необходимо определить частоту развертки, степень ослабления входного сигнала и амплитуду синхронизирующего напряжения. Выбор режима работы определяется характером и величиной исследуемого напряжения и особенностями исследуемой аппаратуры.

Степень ослабления устанавливают в зависимости от амплитуды исследуемого сигнала: при входном напряжении 0,1-1,5 В - деление 1:1, при 1,5-15 В - 1:10, а при 15-150 В - 1:100. Особенно важно правильно подобрать амплитуду синхронизирующего напряжения. Для этого ручку потенциометра R21 необходимо вращать по часовой стрелке от крайнего левого положения до тех пор, пока на экране не получится устойчивое изображение.

Дальнейшее вращение ручки может привести к нарушению синхронизации. Например, чтобы получить изображение импульсов строчной развертки телевизора 15625 кГц при амплитуде 100 В, следует выбрать частоту непрерывной развертки примерно 7,5 кГц. При этом получим на экране изображение двух импульсов. Переключатель ослабления сигнала устанавливают в положение 1:100. Установив переключатель П1 в положение 5-20 кГц и ручку "Усиление синхронизации" в крайнее левое положение, подают исследуемый сигнал на вход осцилографа и вращают ручку "Частота"до тех пор, пока на экране не получится медленно перемещающееся изображение двух импульсов. После этого увеличивают амплитуду синхронизирующего напряжения ручкой "Усиление" до тех пор, пока изображение не станет неподвижным.

Амлитуду исследуемого напряжения определяют следующим образом. Вначале на экране получают изображение исследуемого процесса. Затем, пользуясь ручками регулировки величины изображения по вертикали, устанавливают по сетке, наложенной на экран, высоту изображения в пределах 20-30 мм. При этом необходимо запомнить положение переключателя ослабления входного сигнала, а затем перевести его в положение 1 В и отметить величину калибровочного сигнала. Амплитуду исследуемого напряжения в вольтах вычисляют по формуле:

U = a / b x K1 x K2

Дополнение

"Радио" №9/1967 с.62. Каковы режимы ламп и электроннолучевой трубки ?

Значения постоянных напряжений на электродах ламп и электроннолучевой трубки осцилографа, измеренные прибором Ц-20, указаны в таблице.

Каскад Обозначение Электрод Напряжение, В
Генератор развертки Л1 (6Ж5П) Анод +40...+69
Экран. сетка +100...+140
Усилитель "Y" 1/2 Л2 левая (6Н3П) Анод +170...+200
Катод +2,7...+3
Усилитель "Х" 1/2 правая (6Н3П) Анод +160...+190
Катод +2,5...+2,8
Электроннолучевая трубка Л3 (5ЛО38И) Катод -500...-600
Модулятор -540...-580
Фокус. эл-д -350...-450

Все напряжения в таблице указаны относительно шасси. Амплитуда напряжения синхронизации, поступающего с потенциометра R21 на дифференцирующую RC-цепочку R20C12 - не менее 5 В. Генератор развертки синхронизируется импульсами положительной полярности.

Инж. Е. Михайлов, инж. В. Ермаков. "Радио" №5/1966 год