Balayage retardé dans un oscilloscope. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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L'auteur de l'article poursuit le sujet qu'il a abordé plus tôt sur l'augmentation de la précision des mesures oscillographiques. L'appareil simple qu'il recommande permet d'améliorer un oscilloscope industriel fait maison ou simple à un niveau qui n'est fourni que par les oscilloscopes dotés d'un dispositif à retard de signal ou d'un balayage numérique.

Dans le canal de déviation verticale de l'oscilloscope, une temporisation du signal étudié est effectuée, ce qui est nécessaire pour observer sa section initiale. Ceci est généralement réalisé par une ligne à retard (DL). Un radioamateur qui décide d'introduire un retard dans son oscilloscope peut rencontrer des difficultés : il est pratiquement très difficile de calculer et de fabriquer indépendamment un LZ avec les paramètres nécessaires.

Il serait possible d'utiliser des LZ produits industriellement, mais, en règle générale, il n'en existe pas dans le commerce adaptés à un oscilloscope à large bande. En particulier, les LM à paramètres lumpés, malgré leur diversité importante, sont encore inadaptés au fonctionnement en large bande : ils ont un temps de montée d'impulsion long en sortie [1]. Les LZ à paramètres distribués, constitués de câbles à retard spéciaux, ont de meilleurs paramètres [2], mais ils sont trop encombrants. Ainsi, l'oscilloscope large bande LZ S1-79 a des dimensions de 160x180x30 mm et un poids de 600 g, ce qui est généralement un peu lourd pour un oscilloscope amateur de petite taille. De plus, il est également assez difficile de fabriquer et de configurer un tel LZ. Certes, pour les modèles industriels d'oscilloscopes, des LZ modernes de petite taille de haute qualité sont fabriqués à l'aide de méthodes microélectroniques [1, 3], mais ils ne peuvent pas être achetés en magasin.

Et pourtant, la situation n’est pas si désespérée. Pour les signaux répétés périodiquement utilisés par les radioamateurs lors de la mesure des paramètres, en utilisant un balayage retardé, le problème peut être complètement résolu même sans LS.

Supposons, pour simplifier, que nous étudions une séquence d'impulsions. Il est possible de retarder non pas l'impulsion étudiée, mais l'instant auquel cette impulsion déclenche le générateur de balayage. Le moment de déclenchement est choisi pour que le début de l'impulsion suivante tombe sur la section de balayage visible à l'écran. En modifiant la durée du délai de déclenchement, il est possible de déplacer l'image du signal étudié sur l'écran de l'oscilloscope et d'examiner n'importe lequel de ses détails en détail. Et comme la durée des impulsions de tension (BT) à variation linéaire peut également être modifiée, cette partie est examinée comme au microscope avec grossissement, c'est-à-dire avec un intervalle de temps important. Aucun LZ n’offrira une telle opportunité. Bien entendu, cela ne signifie pas que cela n’est pas nécessaire dans un oscilloscope à balayage retardé. Il vaut mieux l'installer quand même. Cela élargira les capacités de l'oscilloscope. Il est simplement souhaitable que la ligne à retard puisse être désactivée lorsqu'elle n'est pas nécessaire, car tout LP introduit une distorsion.

Le dispositif de balayage retardé contient deux monovibrateurs à un coup, dont la durée d'impulsion peut être modifiée indépendamment l'un de l'autre, un déclencheur RS, un déclencheur Schmitt (TS) et un pilote LIN. Le diagramme schématique du générateur de balayage est relativement simple (Fig. 1). En l'absence d'impulsions de synchronisation, le générateur fonctionne en mode auto-oscillant. Après mise sous tension, le niveau log est réglé à la sortie 6 du trigger RS ​​DD1.1, DD1.2, et donc à l'entrée A du monostable DD2.1 (OB1). 1, à la sortie Q - log 0. A la sortie Q du monostable DD2.2 (OB2) le niveau log fonctionne également. 0. Par conséquent, les diodes VD2, VD3 et le transistor clé VT2 sont fermés et le condensateur Cτ est chargé avec le courant circulant à travers la résistance Rτ, c'est-à-dire que la formation du LIN commence. Lorsque la tension au point de connexion des résistances R12 et R13 atteint le niveau de déclenchement des TS DD1.3, DD1.4, elle commute et un journal apparaît sur sa broche 11. 1, qui est transmis à l'entrée B du DD2.2. L'OB se déclenche, 1 apparaît à sa sortie Q, la diode VD2 et le transistor VT2 s'ouvrent, le condensateur Cτ se décharge et la formation du LIN s'arrête. Le TS revient à son état d'origine. A la fin de l'impulsion OB2 dont la durée est t = 0.45C7R8, le transistor VT2 se ferme et commence la formation d'une nouvelle impulsion LIN. La différence de niveau de 1 à 0 à la sortie 8 du DD1.3, arrivant à l'entrée 5 du trigger RS, ne peut pas changer d'état et perturber le processus d'auto-oscillation, puisque le niveau log a été établi à l'entrée 4 à partir du moment où le l'alimentation est allumée. 0.

(cliquez pour agrandir)

Avec l'arrivée d'une impulsion de synchronisation, le moment de son arrivée étant aléatoire, deux situations sont possibles.

Supposons que l'impulsion de synchronisation soit survenue lors de la formation du LIN. Il est inversé et amplifié par le transistor VT1 et fourni à l'entrée 2 de la bascule RS, qui commute, et à sa broche 6 et à l'entrée A DD2.1 le niveau de tension chute du journal. 1 à 0. À la sortie Q DD2.1, le niveau de tension est réglé sur l'unité. Cette tension traversant la diode VD3 ouvre le transistor VT2 et arrête la formation de l'impulsion LIN. Les impulsions d'horloge arrivant plus tard ne changent pas l'état des éléments actifs du circuit, puisqu'elles arrivent sur la même entrée 2 de la bascule RS. Le délai de démarrage de la formation LIN commence à compter. Le temps de retard est égal à la durée de l'impulsion à la sortie Q DD2.1, déterminée par la constante de temps (R6+R7)C, où C - C4 - C6. L'état OB2 n'affecte pas le circuit de base du transistor VT2 et ne charge pas la sortie 0V1, puisqu'elle en est séparée par une diode fermée VD2.

A la fin de l'impulsion de retard, le transistor VT2 se ferme et la formation LIN commence. A la fin, le TS est déclenché, une impulsion de sa broche 8 va à l'entrée 5 du déclencheur RS et le ramène à son état d'origine. Le générateur est prêt à recevoir une nouvelle impulsion de synchronisation. Les diagrammes de contraintes aux points du circuit pour ce cas sont présentés sur la Fig. 2. Toutes les tensions, sauf Usync, correspondent aux niveaux TTL.

Dans le cas où l'impulsion d'horloge arrive à l'entrée du générateur au moment d'une pause entre les impulsions LIN, OB1 est en train de générer une impulsion avec un niveau logarithmique. 1 à la sortie Q. Une impulsion provenant de la broche 6 du déclencheur RS redémarre l'OB1. Les impulsions d'horloge suivantes ne peuvent pas redémarrer l'OB1 car son entrée est bloquée par le déclencheur RS déclenché par la première impulsion d'horloge. L'impulsion de la sortie inverse DD2.1 arrête l'impulsion à la sortie Q DD2.2, qui, via la diode VD2, maintenait le transistor VT2 ouvert. Mais le transistor ne se ferme pas, puisqu'un peu plus tôt une impulsion de la sortie Q de DD3 lui est parvenue via la diode VD2.1. Avec cette impulsion, la diode VD2 se ferme. Ainsi, les diodes VD2 et VD3 éliminent l'influence des monovibrateurs les uns sur les autres. Le transistor VT2 continue de rester ouvert, mais à partir de ce moment, le temps de retard au démarrage du driver LIN est compté, déterminé par la durée de l'impulsion à la sortie de l'OB1 après le redémarrage. Ensuite tout se passe comme dans le premier cas. Le fonctionnement du pilote LIN n'est pas abordé ici.

La plage de retard de balayage est divisée en trois sous-plages. En répétition, les radioamateurs peuvent les choisir à leur guise. En figue. La figure 3 montre la dépendance du temps de retard sur l'angle de rotation de la résistance R6 pour les valeurs de capacité des condensateurs C4 - C6 indiquées sur la figure. Le condensateur C3 est la somme des capacités du microcircuit et de l'installation. Dans cette position de SA1 et la position basse du curseur de la résistance R6, le générateur fonctionne quasiment sans retard, puisque la durée de l'impulsion OB1 n'excède pas quelques centièmes de microseconde. Si cette capacité n'est pas suffisante, vous pouvez ajouter un condensateur externe de 5...10 pF.

En figue. 1 Le commutateur de sous-plage de durée de balayage SA2 n’est pas représenté. Elle est réalisée de la même manière que la minuterie de balayage illustrée dans [4, Fig. 2]. Les principaux paramètres du générateur et d'autres données nécessaires à la réplication de l'appareil y sont également indiqués.

Les éléments du circuit générateur sont placés sur une carte de circuit imprimé avec un connecteur MPH-14-1. Les interrupteurs SA1 et SA2 sont situés à l'extérieur de la carte. Ils sont fabriqués à l'aide de commutateurs Reed. Une description détaillée des principes de fonctionnement et de conception de tels commutateurs est donnée dans [5]. Les types et valeurs des résistances et des condensateurs avec des écarts admissibles sont décrits dans [4]. Résistance variable R6 - SPZ-9g avec une caractéristique fonctionnelle de type B. Les transistors KT316B sont remplaçables par KT316A ou tout autre transistor micro-onde avec un temps de résorption ne dépassant pas 4 minutes. Il est permis de remplacer le transistor KT326B par KT326A ou KT363A, B et le transistor KP303A par une autre série KP303 avec une tension de coupure d'environ 0,5 V. Au lieu des diodes KD512A, utilisez KD513A ou KD514A, et à la place des microcircuits de la série KR1533 , utilisez les séries MS K155 et K555. La vitesse du scanner dans ce cas diminuera, mais dans la plupart des cas elle sera suffisante ; Dans ce cas, des transistors et des diodes haute fréquence ordinaires conviennent.

Lors de l'installation de microcircuits, il est recommandé de connecter les entrées libres à +Up via une résistance de 1 kOhm. Plusieurs entrées y sont connectées [6].

La configuration du générateur de balayage est décrite dans [4]. L'amplitude des impulsions LIN ne doit pas être réglée à plus de 5 V. Lorsque cette valeur est dépassée, la non-linéarité du LIN augmente fortement, même si cela n'est pas visible visuellement. Le moyen le plus simple d'établir la linéarité du scan est à l'œil nu, mais ce n'est pas tout à fait logique, puisque le générateur permet d'obtenir un scan avec une non-linéarité ne dépassant pas quelques centièmes de pour cent. Pour profiter de cette opportunité, des méthodes spéciales de mesure de la non-linéarité sont nécessaires. Ils sont simples, mais nécessitent une description distincte [7].

Un peu sur l'amélioration du fonctionnement du générateur de scan. Malgré la bonne linéarité du scan, on ne peut pas le qualifier d'appareil de haute précision, puisque l'amplitude et la durée des impulsions LIN dépendent de la température. Le driver LIN lui-même est très stable grâce à l'utilisation d'une source suiveuse avec retour de suivi sur les transistors VT3 et VT4. En raison d'une compensation partielle de l'instabilité des transistors à effet de champ et bipolaires et d'un feedback profond, les paramètres de ce répéteur dépendent très peu de la température [8]. Avec les éléments thermostables Ct et Rt, l'angle d'inclinaison du LIN ne change pratiquement pas.

La dépendance à la température du LIN s'explique par une modification du seuil de réponse du TS. La dépendance du seuil à la température est non linéaire, comme celle des thermistances semi-conductrices, ce qui permet de réaliser relativement facilement une bonne compensation thermique. Le schéma du circuit de correction est présenté sur la Fig. 4. Le placement des thermistances à proximité du corps du microcircuit a réduit de plus de 10 fois l'instabilité de l'amplitude et de la durée des impulsions LIN en fonction de la température ; dans la plage de température de 20...50°C, elle ne dépasse pas 0,7 %. Le circuit de correction utilise une résistance MMT-1 qui, à T = 20°C, a une résistance de 1660 Ohms. Résistances R4 et R5 - C2-29 d'une puissance de 0,125 W avec un écart par rapport à la valeur nominale ne dépassant pas +0,25 %.

Après avoir introduit la correction, l'amplitude LIN augmente de 0,8 V, mais il n'est pas nécessaire de s'efforcer de restaurer l'amplitude précédente : cela peut conduire à une violation de la correction thermique. Il est plus facile de modifier le gain de l'amplificateur à déflexion horizontale.

Contrairement aux oscilloscopes à double balayage, qui disposent de deux générateurs LIN et de deux types de synchronisation, l'unité à balayage retardé ne contient qu'un seul générateur LIN synchronisé. Il est plus facile de travailler avec un tel générateur. En plus des manipulations habituelles des commandes de l'oscilloscope, il faut le plus souvent utiliser uniquement le bouton « Sweep Delay » (R6) et dans de rares cas, le sélecteur de sous-plage (SA1).

La plupart des mesures effectuées avec un oscilloscope à double balayage peuvent être effectuées avec un instrument équipé de ce balayage retardé. Une exception est le mode « Éclairage B A » : dans cette position du commutateur « Vue par balayage », la zone qui doit être visualisée avec un grossissement est mise en évidence. Mais la procédure ici est assez compliquée et il n'y a pas de besoin particulier d'éclairage, puisque la zone souhaitée peut être trouvée sans lui.

La similitude fondamentale entre les deux appareils considérés est que la synchronisation du scan s'effectue non pas par le signal visible à l'écran, mais par un autre. Grâce à cela, il est possible de considérer des fronts d'impulsions et des signaux dont l'amplitude est insuffisante pour déclencher la synchronisation.

Il n'est guère conseillé d'utiliser un générateur dans un simple oscilloscope bon marché, car sa grande précision n'est pas réalisée. Bien sûr, c'est une question de goût et de capacités des utilisateurs, mais il est préférable de le compléter avec un oscilloscope de bonne qualité et précis, sans balayage retardé. Il peut également être réalisé sous la forme d'une unité séparée avec alimentation autonome. Ensuite, la sortie du générateur est connectée à l'entrée « X » de l'oscilloscope. Le générateur est synchronisé à la fois par un signal externe et par des impulsions d'horloge provenant d'une des voies de déviation verticale dont les sorties sont disponibles dans chaque oscilloscope. Vous pouvez également utiliser la sortie de tension de rampe d'un oscilloscope pour cela. Ensuite, vous devrez installer un commutateur de type synchronisation et un diviseur de tension dans le décodeur, si nécessaire.

littérature

1. Baev E. F., Burylin E. I. Lignes à retard électriques miniatures. - M. : Sov. Radio, 1977.
2. Blyudin E.K., Bodnar E.M. et al. Oscilloscopes portables. - M. : Sov. Radio, 1978.
3. Vishnevsky V. N. et al. Oscilloscopes portables avec mesures numériques des paramètres du signal. - M. : Energoatom à partir de dates, 1991.
4. Générateur de balayage Dorofeea M. Oscilloscope. - Radio, 1996, n° 11, p. 32-34.
5. Khazarov K. I. Commutateurs avec contacts à commande magnétique. - M. : Energie, 1978.
6. Circuits intégrés numériques et analogiques. Annuaire. Éd. S. V. Yakubovsky. - M. : Radio et communication, 1990.
7. Dorofeev M. Mesure de la non-linéarité du balayage. - Radio, 1998, n° 7, p. 28.
8. Sevin L. Transistors à effet de champ. - M. : Mir, 1968.

Auteur : M. Dorofeev, Moscou

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