ВХОДНЫЕ УЗЛЫ ОСЦИЛЛОГРАФОВ - 3. УСИЛИТЕЛЬ

     простые интересные РАДИОСХЕМЫ сделанные своими руками

» ДАТАШИТ
Например: TDA2050


» РАДИОБЛОГИ
Простой преобразователь напряжения 12 в 220 вольт
Маленький настольный сверлильный станок
Управление лампой на Атмега8 с помощью любого ИК пульта
Часы на вакуумных лампах ИВ-12
Простой кодовый замок с одной кнопкой на Attiny13A
Акустические колонки на широкополосных динамиках своими руками
Управление пятью нагрузками по двум проводам
Применение ЧПУ фрезера при изготовлении печатной платы


Радиосхемы » Теория электроники

ВХОДНЫЕ УЗЛЫ ОСЦИЛЛОГРАФОВ - 3. УСИЛИТЕЛЬ

      

Данный обзор суммирует опыт, приобретенный за значительный срок. Большую часть из приведенной мной информации можно разыскать и без меня, но для этого придется перелопатить очень много, отлавливая крупицы то там, то там. В обзоре я не ставлю целью широкий охват всех возможных вариантов построения подобных узлов. Рассмотрю построение усилителя для конкретной схемы с сайта bezkz.su как пример построения входного усилителя. Вы можете использовать и родной усилитель, благо под этот вариант уже есть и плата. Советую вариант №3.

Я же переделал усилитель под свой вариант, в связи с принципиальным недостатком схемы, который впрочем присущ по ряду причин большинству самодельных осциллографов начального уровня. Об этом недостатке писал в статье «Входные узлы самодельных осциллографов»

Итак, выходные параметры усилителя для ОСЦ Электрик измерил непосредственно на самом осциллографе. Они определяются входными параметрами применного в осциллографе АЦП. В нашем случае это AD9280. Для любительской схемы вполне достойный вариант.

Изменения напряжения на выходе осциллографа определил смещая линию развертки до нижней и верхней кромки дисплея. Итого практически от 0 до 5 вольт. Не забываем, что в электрике повышенное напряжение питания в связи с разгоном. У меня 5,4 вольта.

Блох ловить не вижу смысла. Ориентируемся на изменение от 0 до 5 вольт. Средняя линия 2,5 вольт. Весь экран 6 делений в высоту. Цена деления 0,83 вольта. Поскольку сигнал проще загасить потом, чем увеличить, берем с запасом 1 вольт на деление.

Принял максимальную чувствительность для себя 50 мв/дел. Делители на 1, на 10 и на 100. Дополнительный делитель придется делать между половинками ОУ. Принял х1, х2, х4. 

Тогда буду иметь такой ряд диапазонов измерения:

  • 1:1        50 мв/д    100 мв/д    200 мв/д.
  • 1:10        500 мв/д    1 в/д        2 в/д
  • 1:100        5 в/д        10 в/д        20 в/д.

Помним, что в Электрике есть еще внутренняя растяжка по вертикали в 4 раза. Итого максимальная чувствительность ослика с этим входным блоком будет 12,5 мВ/д. Ну а щуп с делителем на 10, поможет увеличить диапазон напряжений в большую сторону. В моем случае плюс-минус 300 вольт.

Схема входного усилителя осциллографа

Схема входного усилителя осциллографа

Схему выбрал в целом классическую для операционных усилителей. Лишь изменил некоторые моменты. Подогнал делители. Ну и подогнал коэффициенты усиления под требуемый сигнал. Надо помнить, что чем больше КУ, тем сильнее снижаются частотные возможности усилителя. Поэтому целесообразно разделить КУ между половинками ОУ, желательно поровну.

Описание некоторых узлов схемы

ОУ применил с полевыми транзисторами на входе. Это позволило сделать достаточно большое входное сопротивление осциллографа.

Для защиты цепей схемы применил специальные диодные сборки. Они часто попадаются на видеокартах и другом оборудовании.

  • Д1, Д2 – защита входных цепей ОУ.
  • Д3, Д4 – защита входных цепей АЦП осциллографа.

Дело в том, что на входе в AD9280 недопустимо отрицательное напряжение. А замена АЦП не столь простая и дешевая процедура. Если у вас нет подобных диодных сборок, можно применить простые диоды. Желательно на большую частоту, меньший ток утечки и по возможности меньшую паразитную емкость. На выходе в принципе можно поставить один диод с выхода на землю.

Конденсатор С1 может иметь емкость порядка 0,1-0,5 мкФ. На напряжение не ниже 250 вольт. Можно применить на меньшее напряжение, но не забывайте, что это будет определять максимальное допустимое напряжение на закрытом входе осциллографа.

При необходимости изменить усиление схемы, следует менять соотношения  R9 к R8 и R12 к R11. При изменении сопротивления второй пары (R12 к R11), придется подбирать R13 и R15 так, чтобы при положении R14 примерно посередине, постоянное напряжение на выходе составляло половину напряжения питания, или другими словами, чтобы линия развертки находилось посередине экрана.

Если примените AD8066, то конденсаторы С8 и С17 скорее всего придется исключить. Для AD823 они помогали спрямлять углы на высоких частотах. С AD8066 у вас будет другая проблема – вам придется бороться с выбросами по передним фронтам. Тогда вам придется добавить С16 на выходе, как один из вариантов убрать выбросы.

С номиналами С8 и С17, возможно стоит поиграть. В силу технологического разброса параметров микросхем, их влияние может сильно отличаться. Не исключено даже, что вам придется их убрать. Как мне на предыдущей плате усилителя.

И замечание по делителям. Подгоняя диапазоны, я ориентировался чисто визуально на симуляторе, поэтому величины сопротивлений делителя не совсем соответствуют строго расчетным. Если вы перфекционист, можете подогнать их точнее. Меня устраивает полученная точность.

Самые внимательные наверное заметили, что схема называется «Усилитель осциллографа 2». А первый отличался лишь некоторыми номиналами, отсутствием делителя S3 и С17. Приводить его не буду поэтому. Рисовал он практически так же. 

Был целый ряд других проб, но одни работали значительно хуже, другие не устраивали чувствительностью.

От теории к практике

Схему пришлось собирать на AD823. Неплохой операционник, не капризный в работе. Но не слишком быстрый (максимальная скорость нарастания выходного сигнала  около 22 В/мкс). Попытка заказать AD8066 (180 В/мкс) на Али закончилась плачевно. Просто потерял 430 рублей. Прислали по ощущениям бракованную партию (5 шт.). ОУ работал в целом, но при переключении входного делителя, даже при закороченном входе, уровень постоянного напряжения на выходе ОУ значительно изменялся. Да и крутизна фронтов (точнее ее отсутствие) наводили на мысли о перемаркировке. Т.е. использовать данные ОУ возможности и желания нет. Возможно вам повезет больше и вы сможете найти не бракованные микросхемы.

Если это будут AD8066, то в схеме изменения совсем невелики и печатку можно использовать ту же. Зато с ним даже на частоте 1 МГц меандр будет выглядеть лучше, чем с AD823 на 400 кГц.

Настройку проводил на частоте 100 кГц. Построенный по данной схеме входной блок на AD823 сможет вполне адекватно отображать синусоидальный сигнал до 1 мегагерца. Дальше начинает потихоньку снижаться амплитуда.

По меандру верхней приемлемой границей считаю 500 кГц. Вот так это выглядит:

Это все условно, конечно. Объективно становится проблематичным различить синусоиду, треугольник и меандр на частоте около 700 – 750 кГц. Но это тоже условный параметр.

На частоте 100 кГц сигнал выглядит так:

Для AD823, по моему мнению, неплохой результат. Но опять же, я не поручусь за форму сигнала использованного мной генератора. Не исключено, что сам ослик рисует лучше, с меньшими скруглениями на углах. Что делать, получить меандр с крутыми фронтами на достаточно высоких частотах не столь просто, а профессионального генератора у меня нет.

Если вы желаете расширить диапазон по частоте, вам придется снижать усиление. Т.е. изменится величина минимального сигнала, который вы сможете рассмотреть на своем осциллографе. Ну либо ищите операционник побыстрее.

В железе (в прямом смысле слова) это все счастье выглядит вот так:

И вот так:

Да, сделал плату автономным блоком. Сам входной блок подключается всего четырьмя проводами. Плюс и минус питания, земля и выход. Ну и заодно пихнул наверх панель кнопок управления. Еще 6 проводов.

Под отверстиями подстроечные СМД конденсаторы. Применил их двух номиналов: 10 и 30 пФ. Обойтись одним номиналом трудно, т.к. у них есть такой параметр, как «минимальная емкость». Скажем на моих, которые 10 пФ, меньше 1,5 – 2 пФ установить не получится. У 30 пикофарадных эта величина еще больше.

Небольшая ремарка

Неоднократно встречал утверждение, что нам осциллограф нужен, чтобы посмотреть ШИМ на Ардуине. Так вот, это СЕГОДНЯ может быть и так, а завтра вы пожелаете построить БП к своей Ардуино с минимальным уровнем шумов на выходе. Чем будете проверять?

Не советую повторять ошибки некоторых конструкций и загрублять чувствительность, осциллограф не самый простой прибор и строится на долго. А вот если вы желаете смотреть сигналы в единицы милливольт на весь экран, то предложенный мной вариант вас не устроит тоже. И поднять чувствительность не столь просто. Как вариант, можно рассматривать схемы с несколькими включенными последовательно ОУ. Или смириться с резким сужением частотного диапазона.

Во многих классических осциллографах использовались усилители на дискретных элементах. Но там свои проблемы, кроме габаритов, естественно. Например постоянно уплывающий «0», по мере прогрева и колебаний температуры.

И в довершении крик души к разработчикам самодельных осциллографов для начинающих:

  1. Желание управлять чувствительностью ослика с помощью электроники (мультиплексоры и т.п.) ведет к потере качества картинки.
  2. Ведет к видимому усложнению схемы и отпугиванию начинающих.
  3. Ведет к росту стоимости самоделки.
  4. Делает рабочий инструмент красивой и прикольной, но просто игрушкой, и отпугиванию радиолюбителей среднего уровня.

Хотите верного спутника в своем творчестве надолго, применяйте механические переключатели в делителях. Электронное управление чувствительностью – большое зло для несложных осциллографов радиолюбительского уровня.

Профессиональные схемы рассматривать не буду. Считаю это не актуальным для любительских схем. Автор материала: Тришин А.О., Комсомольск-на Амуре.

   Форум

   Обсудить статью ВХОДНЫЕ УЗЛЫ ОСЦИЛЛОГРАФОВ - 3. УСИЛИТЕЛЬ


Схемы наши, лайки ваши - всё по честному. Оцените:


СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ   Схема и описание простого стабилизированного блока питания для начинающих.

ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ

ТИРИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ     Схема и фото проверенного самодельного регулятора мощности на тиристоре.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ КИНЕСКОПОВ

ВОССТАНОВЛЕНИЕ КИНЕСКОПОВ     Прибор для проверки и восстановления кинескопов.

УПРАВЛЕНИЕ НАСОСОМ

УПРАВЛЕНИЕ НАСОСОМ     Схема и фото самодельного блока управления насосом на микроконтроллере ATtiy2313.


» ПОИСК СХЕМ



» РАДИОЭЛЕМЕНТЫ

Группа вконтакте Канал ютуб Группа в фэйсбук Мобильная версия © 2010-2018, "Радиосхемы". Все права защищены. Почта