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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Verzögerter Sweep in einem Oszilloskop. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Der Autor des Artikels führt das zuvor angesprochene Thema der Verbesserung der Genauigkeit oszillographischer Messungen fort. Mit dem von ihm empfohlenen einfachen Gerät können Sie ein selbstgebautes oder einfaches Industrieoszilloskop auf ein Niveau verbessern, das nur Oszilloskope mit einem Signalverzögerungsgerät oder einem digitalen Sweep bieten können. Im vertikalen Ablenkkanal des Oszilloskops wird die Zeitverzögerung des untersuchten Signals durchgeführt, die zur Beobachtung seines Anfangsabschnitts erforderlich ist. Dies wird üblicherweise durch eine Verzögerungsleitung (DL) erreicht. Ein Funkamateur, der beschließt, eine Verzögerung in sein Oszilloskop einzuführen, kann auf Schwierigkeiten stoßen: Es ist praktisch sehr schwierig, eine LZ mit den erforderlichen Parametern unabhängig zu berechnen und herzustellen. Es wäre möglich, ein LZ aus industrieller Produktion zu verwenden, aber im Handel gibt es in der Regel keine passenden für ein Breitbandoszilloskop. Insbesondere LZs mit konzentrierten Parametern sind trotz ihrer erheblichen Diversität für den Betrieb in einem breiten Band immer noch ungeeignet: Sie haben eine lange Anstiegszeit am Ausgang [1]. LZ mit verteilten Parametern, hergestellt aus speziellen Verzögerungskabeln, haben bessere Parameter [2], sind aber zu sperrig. So hat die LZ des Breitbandoszilloskops C1-79 Abmessungen von 160 x 180 x 30 mm und ein Gewicht von 600 g, was für ein kleines Amateuroszilloskop normalerweise etwas viel ist. Darüber hinaus ist es auch recht schwierig, ein solches LZ herzustellen und zu konfigurieren. Für Industriemodelle von Oszilloskopen werden zwar mit mikroelektronischen Methoden [1, 3] moderne, hochwertige kleine DLs hergestellt, es ist jedoch unmöglich, sie im Handel zu kaufen. Dennoch ist die Lage nicht so aussichtslos. Bei sich periodisch wiederholenden Signalen, die Funkamateure bei der Messung von Parametern verwenden, ist das Problem mit Hilfe eines verzögerten Sweeps auch ohne LZ vollständig lösbar. Nehmen wir der Einfachheit halber an, dass wir eine Folge von Impulsen untersuchen. Sie können nicht den untersuchten Impuls verzögern, sondern die Zeit, in der dieser Impuls den Wobbelgenerator auslöst. Die Startzeit wird so gewählt, dass der Beginn des nächsten Impulses auf den auf dem Bildschirm sichtbaren Sweep-Bereich fällt. Durch Ändern der Dauer der Triggerverzögerung ist es möglich, das Bild des untersuchten Signals auf dem Oszilloskopbildschirm zu verschieben und jedes seiner Details im Detail zu untersuchen. Und da auch die Dauer der linear variierenden Spannungsimpulse (LIN) verändert werden kann, wird dieses Detail sozusagen unter dem Mikroskop mit Vergrößerung, also mit großer zeitlicher Ausdehnung, untersucht. Kein LZ wird eine solche Gelegenheit bieten. Dies bedeutet natürlich nicht, dass ein Delay-Sweep-Oszilloskop dies nicht benötigt. Es ist besser, es zu installieren. Dadurch werden die Fähigkeiten des Oszilloskops erweitert. Es ist nur wünschenswert, dass die Verzögerungsleitung ausgeschaltet werden kann, wenn sie nicht benötigt wird, da jede LZ Verzerrungen mit sich bringt. Das Delay-Sweep-Gerät enthält zwei Einzelvibratoren, deren Pulsdauer unabhängig voneinander verändert werden kann, ein RS-Flip-Flop, einen Schmitt-Trigger (TS) und einen LIN-Shaper. Das schematische Diagramm des Sweep-Generators ist relativ einfach (Abb. 1). Ohne Synchronisationsimpulse arbeitet der Generator im selbstoszillierenden Modus. Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung am Ausgang 6 des RS-Flip-Flops DD1.1, DD1.2 und damit am Eingang A des One-Shot DD2.1 (OB1) wird der Log-Level gesetzt. 1, am Ausgang Q - log 0. Am Ausgang Q des Einzelvibrators DD2.2 (OB2) arbeitet ebenfalls die Log-Stufe. 0. Folglich werden die Dioden VD2, VD3 und der Schalttransistor VT2 geschlossen, während der Kondensator Cτ durch den durch den Widerstand Rτ fließenden Strom aufgeladen wird, d. h. die Bildung von LIN beginnt. Wenn die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände R12 und R13 den Triggerpegel TSh DD1.3, DD1.4 erreicht, schaltet er um und an seinem Ausgang 11 erscheint ein Protokoll. 1, der an den Eingang B DD2.2 übertragen wird. Der OB wird ausgelöst, an seinem Ausgang Q erscheint 1, die Diode VD2 und der Transistor VT2 öffnen sich, der Kondensator Cτ wird entladen und die Bildung von LIN stoppt. TS kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Am Ende des OB2-Impulses, dessen Dauer ti = 0.45C7R8 beträgt, schließt der Transistor VT2 und die Bildung eines neuen LIN-Impulses beginnt. Der Pegelunterschied von 1 zu 0 am Ausgang 8 DD1.3, der dem Eingang 5 des RS-Flip-Flops zugeführt wird, kann seinen Zustand nicht ändern und den selbstoszillierenden Prozess nicht stören, da seit der Einspeisung der Log-Pegel am Eingang 4 eingestellt ist ist an gewesen. 0.
Beim Eintreffen des Synchronisationsimpulses sind zwei Situationen möglich, da der Zeitpunkt seines Eintreffens zufällig ist. Nehmen wir an, dass der Synchronisationsimpuls während der Bildung des LIN kam. Es wird durch den Transistor VT1 invertiert und verstärkt und gelangt zum Eingang 2 des RS-Flip-Flops, das schaltet, und an seinem Pin 6 und am Eingang A DD2.1 fällt der Spannungspegel vom Logarithmus ab. 1 auf 0. Der Ausgang Q DD2.1 ist auf eine einstufige Spannung eingestellt. Diese Spannung durch die Diode VD3 öffnet den Transistor VT2 und stoppt die Bildung des LIN-Impulses. Später eintreffende Taktimpulse verändern den Zustand der aktiven Elemente der Schaltung nicht, da sie am gleichen Eingang 2 des RS-Flip-Flops ankommen. Der Countdown der Verzögerungszeit für den Beginn der LIN-Bildung beginnt. Die Verzögerungszeit ist gleich der Impulsdauer am Ausgang Q DD2.1, bestimmt durch die Zeitkonstante (R6 + R7) C, wobei C - C4 - C6. Der Zustand von OV2 hat keinen Einfluss auf die Basisschaltung des Transistors VT2 und belastet den 0V1-Ausgang nicht, da er durch eine geschlossene Diode VD2 von ihnen getrennt ist. Am Ende des Verzögerungsimpulses schließt der Transistor VT2 und die Bildung von LIN beginnt. Wenn es endet, wird der TS ausgelöst, der Impuls von seinem Ausgang 8 wird dem Eingang 5 des RS-Flip-Flops zugeführt und bringt ihn in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Der Generator ist bereit, einen neuen Synchronisationsimpuls zu empfangen. Diagramme der Spannungen an den Punkten des Stromkreises für diesen Fall sind in Abb. 2 dargestellt. XNUMX. Alle Spannungen außer Usync entsprechen TTL-Pegeln.
Wenn der Synchronimpuls zum Zeitpunkt einer Pause zwischen den LIN-Impulsen am Eingang des Generators ankommt, ist OB1 dabei, einen Impuls mit einem logarithmischen Pegel zu erzeugen. 1 am Ausgang Q. Ein Impuls von Pin 6 RS des Flip-Flops startet OB1 neu. Nachfolgende Synchronimpulse können OB1 nicht neu starten, da sein Eingang durch das beim ersten Synchronimpuls ausgelöste RS-Flip-Flop blockiert wird. Der Impuls vom inversen Ausgang DD2.1 stoppt die Aktion am Ausgang Q DD2.2 des Impulses, der über die Diode VD2 den Transistor VT2 offen hielt. Der Transistor schließt jedoch nicht, da etwas früher ein Impuls vom Q DD3-Ausgang über die VD2.1-Diode kam. Mit diesem Impuls schließt die VD2-Diode. Somit eliminieren die Dioden VD2 und VD3 den Einfluss einzelner Vibratoren aufeinander. Der Transistor VT2 bleibt weiterhin geöffnet, aber ab diesem Moment läuft bereits die Verzögerungszeit für den Start des LIN-Shapers, bestimmt durch die Dauer des Impulses am Ausgang von OB1 nach dem Neustart. Dann passiert alles wie im ersten Fall. Die Arbeit des LIN-Shapers wird hier nicht berücksichtigt. Der Sweep-Delay-Bereich ist in drei Teilbereiche unterteilt. Bei Wiederholungen können Funkamateure diese nach Belieben auswählen. Auf Abb. Abbildung 3 zeigt die Abhängigkeit der Verzögerungszeit vom Drehwinkel des Widerstandsschiebers R6 für die in der Abbildung gezeigten Kapazitätswerte der Kondensatoren C4 – C6. Der Kondensator C3 ist die Summe der Kapazitäten von Chip und Montage. In dieser Position von SA1 und der unteren Position des Schiebers des Widerstands R6 arbeitet der Generator praktisch ohne Verzögerung, da die Dauer des OB1-Impulses einige Hundertstel Mikrosekunden nicht überschreitet. Sollte diese Kapazität nicht ausreichen, können Sie einen externen Kondensator 5...10 pF hinzufügen.
Auf Abb. In 1 ist der Wobbeldauer-Teilbandschalter SA2 nicht dargestellt. Die Funktionsweise ähnelt der in [4, Abb. 2]. Dort sind auch die wichtigsten Parameter des Generators und weitere für die Wiederholung des Gerätes notwendige Daten angegeben. Elemente des Generatorkreises befinden sich auf einer Leiterplatte mit einem MPH-14-1-Stecker. Die Schalter SA1 und SA2 sind außerhalb der Platine platziert. Sie werden mit Reed-Schaltern hergestellt. Eine detaillierte Beschreibung der Funktionsprinzipien und des Aufbaus solcher Schalter findet sich in [5]. Die Typen und Werte von Widerständen und Kondensatoren mit Toleranzen sind in [4] beschrieben. Variabler Widerstand R6 - SPZ-9g mit einer Funktionscharakteristik vom Typ B. KT316B-Transistoren sind mit KT316A oder anderen Mikrowellentransistoren mit einer Verlustzeit von nicht mehr als 4 ns austauschbar. Es ist zulässig, den Transistor KT326B durch KT326A oder KT363A, B und den Transistor KP303A durch andere der KP303-Serie mit einer Abschaltspannung von ca. 0,5 V zu ersetzen. Verwenden Sie anstelle der Dioden KD512A KD513A oder KD514A und anstelle von KR1533 Serienmikroschaltungen - MS-Serien K155 und K555. Die Geschwindigkeit des Scanners verringert sich in diesem Fall, reicht aber in den meisten Fällen aus; In diesem Fall eignen sich herkömmliche Hochfrequenztransistoren und -dioden. Bei der Montage von Mikroschaltungen wird empfohlen, freie Eingänge über einen 1-kΩ-Widerstand mit + Upit zu verbinden. Daran sind mehrere Eingänge angeschlossen [6]. Das Einrichten des Sweep-Generators ist in [4] beschrieben. Die LIN-Pulsamplitude sollte nicht mehr als 5 V betragen. Bei Überschreitung dieses Wertes steigt die LIN-Nichtlinearität stark an, was jedoch optisch nicht wahrnehmbar ist. Die Linearität des Sweeps „mit dem Auge“ zu ermitteln, ist am einfachsten, aber nicht ganz logisch, da der Generator es ermöglicht, einen Sweep mit einer Nichtlinearität von nicht mehr als einigen Hundertstel Prozent zu erhalten. Um diese Möglichkeit zu nutzen, sind spezielle Methoden zur Messung der Nichtlinearität erforderlich. Sie sind einfach, bedürfen aber einer gesonderten Beschreibung [7]. Ein wenig über die Verbesserung des Betriebs des Sweep-Generators. Trotz der guten Sweep-Linearität kann man es nicht als hochpräzises Gerät bezeichnen, da Amplitude und Dauer der LIN-Impulse von der Temperatur abhängen. Der LIN-Treiber selbst ist aufgrund der Verwendung eines Source-Folgers mit Tracking-Feedback an den Transistoren VT3 und VT4 sehr stabil. Aufgrund der teilweisen Kompensation der Instabilität der Feldeffekt- und Bipolartransistoren und der tiefen Rückkopplung hängen die Parameter dieses Folgers nur sehr wenig von der Temperatur ab [8]. Bei den thermisch stabilen Elementen Ct und Rt ändert sich der Neigungswinkel des LIN praktisch nicht. Die Temperaturabhängigkeit von LIN wird durch eine Änderung der Betriebsschwelle des TS erklärt. Die Abhängigkeit des Schwellenwerts von der Temperatur ist wie bei Halbleiterthermistoren nichtlinear, wodurch eine gute thermische Kompensation relativ einfach zu erreichen ist. Das Diagramm der Korrekturschaltung ist in Abb. dargestellt. 4. Die Platzierung von Thermistoren in der Nähe des Mikroschaltungsgehäuses reduzierte die Instabilität der Amplitude und Dauer der LIN-Impulse aufgrund der Temperatur um mehr als das Zehnfache, im Temperaturbereich von 10 ... 20 ° C beträgt sie nicht mehr als 50 %. In der Korrekturschaltung kommt der Widerstand MMT-0,7 zum Einsatz, der bei T=1°C einen Widerstandswert von 20 Ohm hat. Widerstände R1660 und R4 - C5-2 mit einer Leistung von 29 W mit einer Abweichung vom Nennwert von nicht mehr als + 0,125 %.
Nach Einführung der Korrektur erhöht sich die LIN-Amplitude um 0,8 V, es besteht jedoch keine Notwendigkeit, sich um die Wiederherstellung der vorherigen Amplitude zu bemühen: Dies kann zu einer Verletzung der thermischen Korrektur führen. Es ist einfacher, die Verstärkung des Horizontalablenkverstärkers zu ändern. Im Gegensatz zu Dual-Sweep-Oszilloskopen, die über zwei LIN-Generatoren und zwei Arten der Synchronisierung verfügen, enthält der Delayed-Sweep-Block nur einen synchronisierten LIN-Generator. Mit diesem Generator lässt sich einfacher arbeiten. Zusätzlich zur normalen Bedienung der Bedienelemente des Oszilloskops müssen meist nur der „Sweep Delay“-Knopf (R6) und in seltenen Fällen der Unterbereichsauswahlschalter (SA1) verwendet werden. Die meisten mit einem Dual-Sweep-Oszilloskop durchgeführten Messungen können mit einem Instrument durchgeführt werden, das mit dem vorgeschlagenen verzögerten Sweep ausgestattet ist. Ausnahme ist der Modus „B Highlight. A“: In dieser Stellung des „Sweep Type“-Schalters wird der zu untersuchende Bereich mit Vergrößerung hervorgehoben. Allerdings ist die Vorgehensweise hier recht kompliziert und eine besondere Beleuchtung ist nicht erforderlich, da der gewünschte Bereich auch ohne diese gefunden werden kann. Die grundlegende Ähnlichkeit der beiden betrachteten Geräte besteht darin, dass die Sweep-Synchronisation nicht durch das auf dem Bildschirm sichtbare Signal, sondern durch ein anderes erfolgt. Dadurch ist es möglich, Impulsflanken und Signale anzuzeigen, deren Amplitude nicht ausreicht, um eine Triggerung auszulösen. Der Einsatz des Generators in einem einfachen Billigoszilloskop ist kaum sinnvoll, da dessen hohe Genauigkeit in diesem Fall nicht erreicht wird. Dies ist natürlich eine Frage des Geschmacks und der Fähigkeiten des Benutzers, aber es ist besser, sie durch ein gutes, genaues Oszilloskop zu ergänzen, das keinen verzögerten Sweep hat. Es kann auch als separate Einheit mit eigener Stromversorgung hergestellt werden. Dann wird der Ausgang des Generators mit dem Eingang „X“ des Oszilloskops verbunden. Der Generator wird sowohl durch ein externes Signal als auch durch Taktimpulse von einem der vertikalen Ablenkkanäle synchronisiert, deren Ausgänge in jedem Oszilloskop verfügbar sind. Sie können hierfür auch den Sägezahnspannungsausgang des Oszilloskops nutzen. Anschließend müssen Sie in der Konsole einen Synchronisationsschalter und ggf. einen Spannungsteiler installieren. Literatur
Autor: M. Dorofeev, Moskau
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