Oszilloskop-Kalibrator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Das wichtigste und am weitesten verbreitete Gerät zur Untersuchung der Spannungswellenform ist ein elektronisches Oszilloskop. Um elektrische Signale nicht nur visuell zu beobachten, sondern auch deren Parameter zu messen, werden Oszilloskope mithilfe von Kalibratoren kalibriert. Der Amplitudenkalibrator dient zum Kalibrieren oder Überprüfen der Genauigkeit der Kalibrierung der vertikalen Achse des Oszilloskopbildschirms in Spannungseinheiten bzw. des Dauerkalibrators für die horizontale Achse in Zeiteinheiten.

Viele Funkamateure haben viele in der UdSSR hergestellte Oszilloskope im Einsatz, denen man schon lange nicht mehr vertraut hat. Einige von ihnen verfügen nicht über einen eingebauten Referenzsignalgenerator. Andere Modelle haben es, aber Jahrzehnte später kann man ihm nur mit großer Sorgfalt vertrauen. Beispielsweise verfügt das Oszilloskop S1-5 (SI-1), das mir zur Verfügung steht, über einen eingebauten Amplitudenkalibrator. Aber erstens erzeugt es ein Sinussignal mit einer Frequenz von 50 Hz, und zweitens betrug der Fehler bei der Messung der Amplitude von Signalen im Skalenbereich 0,2 ... 1,2 V schon in seiner „Kindheit“ ± 10 % , was für heutige Verhältnisse zu viel ist.

Für Funkamateure, die über solche Geräte verfügen, wird ein Kalibrator für ein Oszilloskop mit einem Messfehler angeboten, der nur durch die Fähigkeiten der für Funkamateure verfügbaren Messgeräte bestimmt wird, in meinem Fall des Digitalmultimeters M890G, dem Hauptmessfehler davon ist der Fehler des Maßes. Das Gerät erzeugt ein Rechtecksignal (Mäander) mit einem Hub von 2 V, einer Frequenz von 1 und 20 kHz. Dadurch können Sie den Kalibrator beispielsweise beim Einrichten der Kompensation des Hochfrequenztastkopfes eines Oszilloskops oder zur Überprüfung der dynamischen Parameter von Audio-Leistungsverstärkern verwenden.

Wie oben erwähnt, wird das Digitalmultimeter M890G zur Etablierung (und anschließenden regelmäßigen Überprüfung) des Kalibrators verwendet. Der relative Fehler der Gleichspannungsmessung mit dem M890G-Multimeter beträgt laut Passdaten ±0,5 % des Messwerts plus/minus der LSB-Einheit und die Frequenzmessung beträgt ±1 % des Messwerts plus/minus der LSB-Einheit Gerät mit einer Auflösung von 10 Hz. Bei der Messung der maximalen Spannung an der Grenze von 2 V beträgt der absolute Fehler ± 11 mV mit einer Auflösung von 1 mV, wobei die Frequenz 10 Hz – ± 20 Hz und die Frequenz 20 kHz – ± 210 Hz gemessen wird. Leider ermöglicht die Anzeige des M890G-Multimeters, wie die meisten anderen auch, die Anzeige von nur 3,5 Stellen. Daher können nur die folgenden Spezifikationen des Kalibrators garantiert werden: Ausgangsamplitude 1,999 V ±11 mV, Ausgangsfrequenz 1 kHz ±20 Hz und 19,99 kHz ±210 Hz.

Reis. 1. Schema des Kalibrators

Das Schema des Kalibrators ist in Abb. dargestellt. 1. Die 1,999-V-Präzisionsspannungsquelle (Amplitudenkalibrator) ist auf einem einstellbaren Spannungsregler LM317T (DA1) montiert. Dieser IC hält eine stabile Referenzspannung von 1,25 V mit hoher Genauigkeit zwischen dem Ausgang und dem Steuerpin aufrecht. Da der Steuerpin nur sehr wenig Strom zieht, beträgt die Ausgangsspannung U_O=1,25(1±R3/R4). Typischerweise wird der Widerstandswert des Widerstands R4 mit 240 Ohm gewählt. Um in unserem Fall jedoch den Strom durch den Steuerausgang zu ignorieren und ihn unabhängig von Änderungen am Eingang und in der Last zu machen, muss dem Ausgang des Stabilisators über die Widerstände R3 ein Strom entnommen werden, der dem anfänglichen Laststrom entspricht. R4 (er muss mehr als 10 mA betragen, da der DA2-Timer bei einer Versorgungsspannung von 2 V einen Strom von nicht mehr als 60 μA verbraucht). Reicht die Belastung nicht aus, erhöht sich die Ausgangsspannung [1].

Der Dauerkalibrator ist auf dem integrierten Timer ICM7555IN (DA2) montiert. Es ist in CMOS-Technologie hergestellt, sodass die Spannung an seinem Ausgang (Pin 3) von Null bis zur Versorgungsspannung variieren kann. Darüber hinaus arbeitet diese Mikroschaltung auch bei einer Versorgungsspannung von 2 V. Der Timer ist nach einer typischen Generatorschaltung angeschlossen. Die Zeitschaltkreise R1C1 und R2C1 sind mit dem Timer-Ausgang verbunden. Dies gewährleistet eine hohe Genauigkeit der Mäanderbildung, da das Laden und Entladen des Kondensators C1 über denselben Widerstand (entweder R1 oder R2) erfolgt. Die Frequenz der erzeugten Impulse kann mit der Formel f=0,7215/(R1•C1) [2] berechnet werden. Der Widerstand R6 verhindert, dass der Timer den Ausgang kurzschließt.

Wenn man bedenkt, dass die allermeisten Oszilloskope eine Eingangsimpedanz von mindestens 1 MΩ haben, hat dies praktisch keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Kalibrierung. Der Widerstand R5 bildet zusammen mit dem internen Entladetransistor des Timers einen zusätzlichen hochohmigen Rechteckausgang. Die Kondensatoren C2 und C3 glätten Spannungsspitzen der Ausgangsspannung des Stabilisators DA1 zum Zeitpunkt des Umschaltens des Timers DA2.

Reis. 2. Zeichnung der Kalibratorplatine

Der Kalibrator ist auf einer Leiterplatte aus beidseitig foliertem Glasfasergewebe mit einer Dicke von 2 mm montiert, deren Zeichnung in Abb. 2 dargestellt ist. 3. Bei der Wiederholung des Designs gelten keine besonderen Anforderungen an die Elemente. Die Hauptsache ist, dass der Widerstand R5 mehrere Windungen hat (in der Version des Autors - SP2-1441). Anstelle einer importierten können Sie auch die Haushaltsuhr KR1VI1 verwenden. Kondensator C1 – SGME-A mit einer Toleranz von ± 1 %, es ist jedoch möglich, andere Kondensatoren mit anderen Nennwerten und mit einem minimalen TKE zu verwenden, insbesondere da die kalibrierte Frequenz der Ausgangsimpulse durch eine Auswahl der Widerstände R2 und R0,25 eingestellt wird . In der Version des Autors besteht jeder aus zwei in Reihe geschalteten MLT-5-Widerständen mit einer Toleranz von ± 2 %. Hierfür ist ein Platz auf der Leiterplatte vorgesehen. Kondensator C3 – jede Keramik, C53 – K1-1A oder importiert, passende Größe. Jumper SXNUMX wird vom SVP-Gerät des ZUSCT-Fernsehers verwendet.

Richten Sie das Gerät so ein. Die Versorgungsspannung wird angelegt und am Ausgang des Spannungsreglers mit einem abgestimmten Widerstand R3 eine Spannung von 1,999 V eingestellt und mit einem Multimeter M890G auf die Grenze von 2 V geregelt. Dieser Vorgang ist sehr mühsam. Der Widerstandswert des abgestimmten Widerstands sollte vom Minimum langsam erhöht werden, bis die erforderliche Spannung erreicht ist. Anschließend wird das Multimeter auf Frequenzmessung umgeschaltet und durch Auswahl der Widerstände R1 und R2 die Ausgangsfrequenz auf 1 und 19,99 kHz eingestellt. Beim Einrichten ist es zweckmäßig, einen Multiturn-Widerstand SP5-1VA mit einem Widerstand von 10 kOhm, in Reihe geschaltet mit einem Konstantwiderstand von 5,1 kOhm, für eine Frequenz von 20 kHz und einen Multiturn-Widerstand SP3-36 zu verwenden mit einem Widerstand von 100 kOhm (vom SVP TV 3USTST) mit einem in Reihe geschalteten Konstantwiderstand von 180 kOhm für Frequenz 1 kHz.

Die Leistung des Kalibrators bleibt erhalten, wenn die Spannung der Batterie GB1 (G6F22) auf 5 V sinkt. Wenn man bedenkt, dass der von der Last verbrauchte Strom etwas mehr als 10 mA beträgt und der Kalibrator nur periodisch verwendet wird, reicht seine Kapazität für einen Zeitraum von einem Jahr lange Zeit.

Literatur

1. Horowitz P., Hill W. The Art of Circuitry, Bd. 3. - M.: Mir, 1993.
2. Aleksenko A. G., Kolombet E. A., Starodub G. I. Anwendung präziser analoger Mikroschaltungen. - M.: Radio und Kommunikation, 1985.

Autor: S. Semikhatsky

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