ЧАСТОТА — НА ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ РАЗВЕРТКЕ

Прочитав в январском но­мере журнала за 1988 г. рас­сказ об измерении частоты по фигурам Лиссажу, читатели проверили на практике этот ме­тод и убедились не только в его достоинстве, но и обнару­жили один недостаток. Дело в том, что при соотношении ча­стот образцового и исследуемо­го источника более чем в четы­ре раза на экране осциллографа появляется столь сложная фигу­ра, что определить по ней частоту исследуемого сигнала становится трудно. Как быть?

На помощь приходит другой метод подобного измерения частоты — с помощью эллип­тической (иногда круговой) развертки. Суть его в том, что на экране с помощью специаль­ного генератора формируется не прямолинейная развертка, а в виде эллипса (или круга). До­стигается это одновременной подачей на входы усилителей вертикального и горизонтально­го отклонении осциллографа, си­нусоидальных сигналов одина­ковой частоты, но сдвинутых по фазе на 90°. Если теперь подать на вход вертикального отклонения еще и синусоидаль­ный (или другой формы) сигнал неизвестной частоты, линия раз­вертки окажется размытой, а при кратном соотношении час­тот сигнала и развертки на экране сформируется фигура, по которой нетрудно опреде­лить частоту сигнала, даже если она значительно отлича­ется от образцовой.

Подобный метод измерений может широко использоваться в радиолюбительской практике, особенно при исследовании сиг­налов с частотой, значительно большей граничной частоты развертки осциллографа. Для этого, конечно, понадобится и соответствующий генератор эл­липтической развертки. Но для большинства радиолюбитель­ских измерений вполне при­годен генератор, разработан­ный курским радиолюбителем Игорем Александровичем Не­чаевым. Причем кроме основно­го назначения эта приставка к нашему осциллографу может служить и как обычный гене­ратор 3Ч для проверки и налаживания усилителей.

Схема генератора приведена на рис. 118.

 Он выполнен на трех операционных усилителях (ОУ) и трех транзисторах. Рабочий диапазон частот 24 Гц... 24 кГц разбит на три под­диапазона: 24...240 Гц, 240... 2400 Гц, 2,4...24 кГц. В пределах каждого поддиапазона частоту можно плавно изменять сдвоен­ным переменным резистором R1, а выходной сигнал (на гнездах XS5 и XS6) — пере­менным резистором R 14. Макси­мальный выходной сигнал мо­жет достигать нескольких вольт, что необходимо для подачи его на вход «X» осциллографа.

Основой генератора являются два одинаковых фазосдвигающих каскада на ОУ DA1 и DA2. Третий ОУ и транзисто­ры VT2, VT3 выполняют роль усилителя-инвертора, необходи­мого для получения требуемо­го выходного сигнала. Ампли­туда выходного сигнала стабильна благодаря применению лампы накаливания HL1 в це­пи обратной связи, эта же лам­па служит индикатором подачи питания на генератор от двухполярного источника.

Показанное на схеме поло­жение выключателей SA1 и SA2 соответствует поддиапазону 2,4... 24 кГц. При замкнутых кон­тактах выключателя SA1 в частотозадающие цепи включают­ся конденсаторы С2, С5 и частота генератора снижается в 10 раз. Когда же будут замкнуты контакты выключате­ля SA2, частота генератора снизится в 100 раз.

На транзисторе VT1 собран сумматор сигнала генератора, поступающего через гнездо XS3 на вход «У» осциллографа (и сдвинутого на 90 по фазе относительно сигнала на гнезде XS5) с исследуемым сигналом, подаваемым на гнезда XS1 и XS2. Уровень подаваемого на сумматор исследуемого сигнала регулируют переменным рези­стором R4. Амплитуда сигнала генератора на гнездах XS3 и XS4 достигает нескольких сотен милливольт.

В генераторе можно исполь­зовать, кроме указанных на схеме, операционные усилители К140УД7, К140УД8 и другие общего назначения; транзистор VT1 — КП103К—КП103М; VT2 — КТ315А—КТ315И, КТ312А—КТ312В, MI135— МП38; VT3 — КТ361А КТ361Е, МП39 МП42. Кон­денсаторы CI С6 — МБМ; С7, С8 — К50-6, ' К50-12, K50-20. Постоянные резисто­ры MЛT-0,125; перемен­ный R1 — СП2-12, СП-IV или аналогичный сдвоенный, с характеристикой A; R4, R14 — СПО, СП2-4; подстроечный R11 СПЗ-1, СП5-1, СП5-2. Выключатели — типа тумблер или П2К с зависимой фикса­цией и двумя группами кон­тактов. Лампа накаливания — СМН 6,3-20, но при ее отсут­ствии можно установить две по­следовательно соединенные МН 2,5-0,068, уменьшив при этом сопротивление резистора R13 до 27 Ом.

Часть деталей генератора смонтирована на печатной пла­те (рис. 119), а остальные размещены на лицевой  панели (рис. 120) прибора — она скреплена с платой двумя ме­таллическими уголками. Плату с панелью крепят к кожуху и пропускают через отверстие в задней стенке кожуха проводники питания с вилками ХР1 — КРЗ на концах.

Настало время проверить гегератор в действии и настроить его. Подключив к гнездам XS5 и XS6 осциллограф или частотомер, установите движок переменного резистора R14 в верхнее по схеме положение. Контакты всех выключателей должны быть разомкнутыми, что соответствует самому высо­кочастотному поддиапазону ге­нератора. Подстроечным рези­стором R11 установите ампли­туду выходного напряжения равной 3,5—5 В, после чего отградуируйте шкалу прибора, плавно перемещая движок пере­менного резистора R1 из одного крайнего положения в другое и измеряя в различных точках частоту генератора.

Далее установите выключа­тель SA1 в положение замкну­тых контактов и проверьте ра­боту генератора на поддиапа­зоне 240...2400 Гц («:10»), Под­бором конденсаторов С2 и С5 добейтесь точно десятикратного деления частоты по всей ранее отградуированной шкале. Ана­логично поступите и на другом поддиапазоне («:100»), включив его выключателем SA2 и подо­брав конденсаторы СЗ и Сб.

Вот теперь можно считать, что генератор эллиптической развертки готов и можно пере­ходить к практическим рабо­там. Понадобится вспомогатель­ный генератор 3Ч, например, описанный ранее в нашем цик­ле статей. Выходное напряже­ние генератора может быть 0,2...1 В. Сигнал этого генератора подают на гнезда XS1 и XS2 генератора эллиптиче­ской развертки, «земляной» щуп осциллографа подключают к гнезду XS4, а входной — к гнезду XS3. Гнездо XS5 соеди­няют проводником с гнездом «Вход X (синхр.)» осцилло­графа. Сам осциллограф должен работать в режиме внешней развертки, как и при измере­нии частоты с помощью фигур Лиссажу (кнопку «РАЗВ.—ВХ X» нажимают, остальные кноп­ки развертки осциллографа могут быть в любом положении).

Чувствительность осциллогра­фа вначале устанавливают ми­нимальную (50 В/дел.) и доби­ваются переменным резистором R14 генератора длины линии развертки примерно 5...6 деле­ний. Затем устанавливают дви­жок переменного резистора R4 в нижнее по схеме положение и увеличивают чувствительность осциллографа настолько, чтобы на экране появился эллипс (рис. 121, а) шириной 3...5 деле­ний.

Плавно перемещая движок резистора R4 вверх, подают на вход смесителя такой сигнал с вспомогательного генератора, чтобы эллипс стал размытым (рис. 121,б). Это будет свиде­тельствовать о смешении сигна­лов генератора эллиптической развертки и вспомогательного генератора, в данном случае источника сигнала, частоту ко­торого надлежит определить.

Изменяя частоту генератора эллиптической развертки (вы­ключателями и переменным резистором), добиваются появ­ления отчетливо видимого изоб­ражения — либо множества эл­липсов (рис. 121, в) либо сину­соидальных    колебаний (рис. 121, г) по линии эллип­са. Первая картина будет свиде­тельствовать о том, что иссле­дуемая частота ниже частоты генератора развертки, а вто­рая — выше.

Плавно уменьшая частоту ге­нератора для первого случая, можно добиться на экране изоб­ражения, скажем, двух эллип­сов (рис.121, д). Значит, опреде­ляемая частота вдвое меньше установленной частоты генера­тора. Если и дальше умень­шать частоту генератора, на экране останется один эллипс, свидетельствующий о равенстве частот обоих источников.

Во втором случае частоту генератора увеличивают до получения, например, изображения шести синусоид (рис. 121, е). Помножив на эту цифру зна­чение установленной на генера­торе частоты, получите частоту исследуемого сигнала. Если соотношение частот не кратно целому числу, получается вдвое больше синусоид (рис.121, ж), «сплетенных» в цепочку. Под­считав число «звеньев» цепоч­ки, уменьшают полученный ре­зультат вдвое и делят на него частоту генератора. Частное от деления будет соответствовать частоте исследуемого сигнала.

Можно дальше увеличивать частоту нашего генератора, на­пример, до получения изобра­жения двух синусоид (рис. 121, з), свидетельствующего о вдвое большей частоте исследуемого сигнала либо получить изображение исходного эллипса при одинаковых частотах сигна­лов обоих источников.

Проведя подобные экспери­менты, вы сможете убедиться, что методом эллиптической раз­вертки нетрудно измерить часто­ту сигнала, отличающуюся от частоты генератора в 7...10 раз в меньшую сторону и в 20... 30 раз в большую. Причем совсем не обязательно подавать на вход смесителя сигнал си­нусоидальной формы, пригоден и импульсный сигнал и тре­угольный. Важно, чтобы он был достаточен по амплитуде, чтобы можно было получить необхо­димую для измерений «размы­тость» эллипса.

На этом, уважаемые читатели, наша публи­кация цикла об использовании осциллографа серии OMЛ в радио­любительском творчестве заканчи­вается. Но мы не расстаемся окончательно с этой темой, а лишь прерываем практически ежемесяч­ные занятия, во время которых старались раскрыть возможности осциллографических измерений и исследований. В дальнейшем пред­полагаем периодически давать со­веты по доработке осциллографа, использованию его при ремонте и налаживании конкретной радиоап­паратуры, а также ремонту са­мого осциллографа.

Надеемся также, что статьи опубликованного цикла побудят читателей разработать различные приставки в дополнение к описан­ным, расширяющие возможности осциллографа, а также методики измерения параметров радиоэле­ментов или характеристик элект­ронных устройств. Желаем всем читателям нашего цикла творче­ских успехов!

Б. ИВАНОВ

г. Москва

От составителя : При публикации цикла не были опубликованы 2 темы , по невнимательности редакции были пропущены некоторые фрагменты материала . 

                         Если при поиске в дальнейших публикациях журнала будут найдены недостающие фрагменты , то темы будут добавлены в цикл .