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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Oszilloskop-Kalibrator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Oszilloskop-Kalibriergerät für vertikale und horizontale Verstärker Die meisten Oszilloskope enthalten keinen eingebauten Referenzsignalgenerator. Natürlich haben einige ältere Modelle einen 1-V-Vollverstärker-Kalibrierungsausgang, aber dieser Ausgang ist auf 50 Hz begrenzt und nicht genau genug, um Anpassungen vorzunehmen. Etwas mehr Anpassungsmöglichkeiten bietet der in diesem Artikel beschriebene spezielle Oszilloskop-Kalibrator. Dieser Block erzeugt ein Rechteckwellensignal von 1 Vp-p, 1 kHz, das zum Einstellen der vertikalen und horizontalen Verstärker des Oszilloskops verwendet werden kann. Dieses Gerät kann auch zum Trimmen der Kompensationselemente eines Oszilloskoptastkopfs oder als Signalquelle zum Messen von Transienten in Audioverstärkern verwendet werden. Dieses Gerät ist aus Gründen der Mobilität batteriebetrieben. Die Geräteschaltung ist unempfindlich gegenüber Änderungen der Versorgungsspannung: Die Ausgangsfrequenz bleibt konstant, wenn sich die Batteriespannung von 7.7 auf 9.8 V ändert. Zudem kann die geringe Stromaufnahme – etwa 2 mA – die Batterielebensdauer deutlich verlängern. Beschreibung der Schaltung In Abb. 1 zeigt ein schematisches Diagramm des Kalibrators. Der Oszillationsteil enthält zwei der sechs Abschnitte des 4049-CMOS-Inverters (DD2.1 und DD2.2) sowie die Timing-Komponenten C2, R7, R8 und R9. Die Elemente dieses Teils der Schaltung bestimmen die Ausgangsfrequenz. Der genaue Frequenzwert kann mit der Formel berechnet werden:
f = 2,2 (C2) (R7R8). Nehmen wir an, dass der Eingang DD2.2 (Pin 5) zunächst auf Low ist, dann wird der Ausgang DD2.2 (Pin 4) High sein. Da der Eingang DD2.1 (Pin 3) ebenfalls auf High-Zustand liegt, erscheint am Ausgang DD2.1 (Pin 2) ein Low-Pegel-Signal. Der Hochspannungsausgang DD2.2 lädt den Kondensator C2 über R7 und R8 auf. Wenn die Spannung am Kondensator C2 den Schwellenwert erreicht, befinden sich der Ausgang des Elements DD2.2 und der Eingang des Inverters DD2.1 in einem niedrigen Zustand. Aus diesem Grund schaltet der DD2.1-Ausgang auf einen High-Pegel-Zustand. Da sich die Spannung am Kondensator C2 nicht sofort ändern kann, steigt die Spannung am Eingang von DD2.2 deutlich an und erreicht etwa 150 % der Versorgungsspannung. Diese positive Rückkopplungsschleife schaltet Logikpegel mit der höchsten Frequenz, die auf einem CMOS-Element erreicht werden kann. Wenn der Logikpegel an DD2.1 und DD2.2 invertiert wird, lädt sich C2 in der anderen Richtung wieder auf und die Spannung an Pin 5 beginnt zu fallen. Wenn der Schwellenpegel an Pin 5 erreicht wird, schalten der Ausgang DD2.2 und der Eingang DD2.1 auf einen Zustand mit hohem Pegel und der Ausgang DD2.1 geht jeweils auf einen Zustand mit niedrigem Pegel. Auch in diesem Fall kann sich die Spannung an C2 nicht sofort ändern, und die Spannung am Eingang von DD2.2 fällt auf etwa 50 % unter die Versorgungsspannung. Dies wiederum invertiert die logischen Pegel an den Ausgängen der angegebenen Elemente. Der Widerstand R9 begrenzt den Strom am Eingang von DD2.2, wenn die Spannung an C2 die Versorgungsspannung überschreitet, und schützt so die Eingangsdioden vor Zerstörung. Dieser Widerstand verhindert, dass der Zeitgeber-RC-Kreis über die internen Schutzdioden entladen wird. Andernfalls besteht die Tendenz, die Signalflanken zu straffen. Dadurch ist die Form einer Rechteckwelle mit 50 % Füllung relativ wenig abhängig von der Spannung der Stromversorgung. Ein Rechtecksignal vom Ausgang von DD2.1 wird den parallel geschalteten Eingängen der vier verbleibenden Inverter aus dem 4049-Gehäuse zugeführt, deren Ausgänge ebenfalls parallel geschaltet sind. In dem Moment, in dem die Spannung an diesen Ausgängen niedrig wird, wird die 2.5-V-Spannungsreferenz LM336Z (DD1) über den Widerstand R1 und die Diode D1 eingeschaltet. An diesem Punkt wird die Ausgangsspannung des Kalibrators hoch. Die kombinierte Belastbarkeit der vier Wechselrichter DD2.3 bis DD2.6 beträgt über 14 mA. Die Schaltung verbraucht nur 2 mA dieses Stroms und sorgt so für steile Flanken am Rechteckwellenausgang. Um eine Ausgangskalibrierungsspannungsamplitude von 1 V bereitzustellen, wird eine Widerstandsbaugruppe R2-R6 mit einer Genauigkeit von 2 % verwendet. Die Widerstände in dieser Baugruppe haben einen Widerstandswert von 470 Ohm und sind so aufgeteilt, dass sie 40 % der 2,5-V-Amplitude des Rechtecksignals liefern, was 1 V an Pin L (Kalibriererausgang) entspricht. Pin J2 wird als „Common“ verwendet. Wenn am Ausgang der Wechselrichter ein Ausgangsspannungsimpuls auftritt, überschreitet die Spannung an der Diode D1 0,5 V nicht. In diesem Fall ist sie geschlossen und der Ausgangsstrom fließt nicht durch R1 und DD1. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ausgangskalibrierungssignal Null. Die beidseitige Begrenzung des Ausgangssignals wird einerseits durch einen dynamischen Widerstand von ca. 0.2 Ohm LM336Z im geöffneten Zustand und andererseits durch einen vollständig abgeschalteten Strom in dem Moment gewährleistet, in dem eine hohe Spannung anliegt am Ausgang der DD2.3-DD2.6 Wechselrichter. Die Amplitudengenauigkeit des Kalibriersignals wird durch DD1 im Bereich von bis zu 1 % gehalten. Obwohl die Widerstandsanordnung eine angegebene Genauigkeit von 2 % aufweist, sind die Widerstandsabweichungen zwischen einzelnen Widerständen viel geringer. Die Ausgangsimpedanz dieser Schaltung beträgt etwa 1000 Ohm. Die Ausgangsrechteckwelle hängt hauptsächlich vom Strom durch R2-R6 ab, sodass für die 9-V-Batterie B1 kein großer Filterkondensator erforderlich ist. Der Kondensator C1 wird nur benötigt, um Spitzenstromstöße im Moment des Schaltens des Inverters DD1 zu glätten. Design Der Prototyp des Autors wurde auf einem speziellen Steckbrett zusammengebaut. Die Anordnung der Komponenten in diesem Gerät ist nicht kritisch, sodass Sie alle für Sie geeigneten Optionen nutzen können. Für diejenigen, die dieses Gerät auf einer Leiterplatte aufbauen möchten, zeigt Abb. 2 einen Schaltplan und ein Diagramm in Abb. 3 zeigt die Platzierung der Komponenten.
Entsprechend der richtigen Montagereihenfolge sollten die am wenigsten empfindlichen Komponenten zuerst eingebaut werden. Löten Sie die Drähte des Batteriekastens, des DD2-Blocks, des Schalters, dann des Potentiometers und des Ausgangssteckers. Installieren Sie dann die restlichen passiven Elemente: zuerst die Widerstände, dann die Kondensatoren. Um eine minimale Frequenzdrift des Ausgangssignals zu erreichen, muss der Kondensator C2 ein Film-R7-Me-Tallium-Oxid-Widerstand mit einem Fehler von 2 % sein, und es ist wünschenswert, als R8 ein drahtgewickeltes Multiturn-Potentiometer zu verwenden. Zuletzt müssen Sie D1, DD1 und DD2 installieren.
Überprüfen Sie sorgfältig die Ausrichtung der polarisierten Komponenten, und wenn Sie keine Leiterplatte verwendet haben, überprüfen Sie die Verdrahtung. Abhängig von der Empfindlichkeit Ihres Oszilloskops benötigen Sie möglicherweise eine andere Ausgangsamplitude. Wenn dies der Fall ist, können Sie die Ausgangsstufe der Schaltung wie folgt umbauen: Schließen Sie zwei LM336Z in Reihe und verringern Sie den Widerstand von R1, um den Teiler und den LM1Z auf etwa 336 mA zu halten. Dadurch wird die doppelte Ausgangsspannung bereitgestellt. Einrichtung und Kalibrierung Die Ausgangsspannung des Kalibrators kann mit jedem guten Digitalmultimeter überprüft werden. Schließen Sie den Verbindungspunkt von R1 und D1 vorübergehend mit Masse kurz. Dadurch wird der Ausgang des Geräts auf 1 V DC eingestellt. Überprüfen und verifizieren Sie, dass dies der Fall ist. Sie können einen digitalen Frequenzzähler verwenden, um die Ausgangsfrequenz zu überprüfen. Es gibt jedoch eine andere genaue Methode, die verwendet werden kann, wenn Sie eine Test-CD haben. Schalten Sie die Testscheibe ein, um eine Sinusfrequenz von 1 kHz zu reproduzieren, und schließen Sie sie an einen Kanal eines Stereoverstärkers an. Verbinden Sie Ihren Oszilloskop-Kalibrator mit dem anderen Kanal. Drehen Sie das Potentiometer R8, um die Ausgangsfrequenz des Kalibrators so einzustellen, dass Nullschwebungen der Audiofrequenz erhalten werden. Dieser klangliche Ausgleichsprozess ähnelt dem, wie normalerweise ein Klavier oder eine Gitarre gestimmt wird. Verwenden des Kalibrators Der Vertikalablenkverstärker eines Oszilloskops kann getestet werden, indem ein Kalibrator angeschlossen und die Spitze-zu-Spitze-Rechteckwelle auf dem Oszilloskopbildschirm mit den Markierungen auf der Kathodenstrahlröhre verglichen wird. Der Sweep-Generator wird überprüft, indem der Sweep-Knopf auf die Position 1 ms gestellt und die rechteckigen Signalflanken mit den vertikalen Markierungen der Röhre verglichen werden. Außerdem können Sie mit diesem Kalibrator die Eingangsteilersonde des Oszilloskops (x10, x100) überprüfen. Da die Flanken der vom Kalibrator erzeugten Rechteckwelle ziemlich steil sind, macht sich jede Verzerrung ihrer Form sehr bemerkbar. Wenn der Ferntastkopf Abstimmelemente enthält, können Sie durch deren Anpassung die ursprüngliche rechteckige Form des Kalibriersignals wiederherstellen, das durch den Teiler geht. Festkörperkomponenten: DD1 – LM336Z Präzisionsspannungsreferenz (Jameco 23771 oder gleichwertig) DD2 – 4049 sechs CMOS-Inverter D1 – 1 N4148 Siliziumdiode Passive Bauteile:
Autor: Charles Hansen. Übersetzung und Bearbeitung von Vladimir Volkov; Veröffentlichung: radioradar.net
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