Каталог статей

Главная » Все схемы » Инструменты » Измерительная техника

Выбранная схема!!!


4894
СЦИЛЛОГРАФ - НАШ ПОМОЩНИК (тема 13)

О ЧЕМ ПОВЕДАЛ ПРЯМОУГОЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС

Разве может о чем-то по­ведать импульс? — скажете вы. Импульс он и есть импульс, только прямоугольной формы.

Но в том-то и дело, что до сих пор мы лишь наблюдали на экране осциллографа по­добные импульсы, скажем, во время настройки электронного коммутатора, и по их наличию судили об исправности гене­ратора. Если же использовать прямоугольный импульс в ка­честве контрольного сигнала и подавать его, например, на вход усилителя 3Ч, то по фор­ме выходного сигнала можно сразу же оценить работу уси­лителя и назвать его недостат­ки — малую полосу пропуска­ния, недостаточное усиление на низших или высших часто­тах, самовозбуждение в какой- то области частот.

А возьмите широкополос­ный делитель напряжения, ис­пользуемый» например, в са­модельных измерительных приборах или осциллографах. «Пропущенный» через него прямоугольный импульс под­скажет точные параметры де­талей, необходимые для по­лучения неизменного коэффи­циента деления сигнала в ши­роком диапазоне частот.

Чтобы сказанное стало по­нятно, давайте сначала позна­комимся с некоторыми пара­метрами импульсного сигнала, которые нередко упоминаются в описаниях различных генера­торов, устройств автоматики и вычислительной техники. Для примера на рис. 97 показан «внешний вид» несколько ис­каженного (по сравнению с прямоугольным) импульса, чтобы нагляднее были видны его отдельные части.

Один из параметров им­пульса — его амплитуда (UMaKC), наибольшая высота им­пульса без учета небольших выбросов. Продолжительность нарастания импульса характе­ризует длительность фронта tф, а убывания — длительность спада tc. Продолжительность же «жизни» импульса опре­деляет длительность tи — вре­мя между началом и концом импульса, отсчитываемое обычно на уровне 0,5 ампли­туды (иногда на уровне 0,7).

Вершина импульса может быть плоской, с завалом или подъемом. У прямоугольного импульса вершина плоская, а фронт и спад настолько кру­тые, что определить их дли­тельность по осциллографу не удается.

Импульсный сигнал оценива­ют еще и скважностью, пока­зывающей соотношение меж­ду длительностью импульса и периодом следования импуль­сов. Скважность — частное от деления периода на дли­тельность. В показанном на рис. 97, б примере скваж­ность равна 3.

Вот теперь, после краткого знакомства с импульсом и его параметрами, построим гене­ратор прямоугольных импуль­сов, необходимый для после­дующих экспериментов. Он может быть выполнен как на транзисторах, так и на микро­схемах. Главное, чтобы гене­ратор выдавал импульсы с кру­тыми фронтами и спадами, а также с возможно более плос­кой вершиной. Кроме того, для наших целей скважность долж­на находиться в пределах 2 .3, а частота следования импуль­сов составлять в одном режи­ме примерно 50 Гц, а в дру­гом — 1500...2000 Гц. Чем выз­ваны частотные требования, вы узнаете позже.

Наиболее просто обеспечить поставленные требования мо­жет генератор на микросхеме и транзисторе (рис. 98).

 Он со­держит немного деталей, ра­ботоспособен при снижении напряжения питания до 2,5 В (при этом падает в основном амплитуда сигнала) и позво­ляет получить выходные им­пульсы амплитудой до 2,5 В (при указанном напряжении питания) при скважности 2,5.

Собственно сам генератор выполнен на элементах DD1.1 DD1.3 по известной схеме мультивибратора. Час­тота следования импульсов за­висит от сопротивления ре­зистора R1 и емкости конден­сатора, подключенного в дан­ный момент переключателем SA1. В показанном на схеме положении подвижного кон­такта переключателя к генера­тору подключен конденсатор С1, поэтому импульсы на вы­ходе генератора (вывод 8 эле­мента DD1.3) следуют с часто­той 50 Гц (период следования 20 мс). Когда подвижный кон­такт переключателя будет по­ставлен в нижнее по схеме по­ложение, подключится конден­сатор С2 и частота следования станет равной примерно 2000 Гц (период следования 0,5 мс).

Далее импульсный сигнал поступает через резистор R2 на эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT1. С движка переменного резистора R3, являющегося на­грузкой повторителя, сигнал подается на выходной зажим ХТ1. В итоге с зажимов ХТ1 ХТ2 можно снимать прямоу­гольные импульсы амплитудой от нескольких десятков мил­ливольт до единиц вольт. Если по каким-либо причинам даже минимального сигнала окажет­ся в избытке (например, при проверке весьма чувствитель­ного усилителя), выходной сиг­нал можно уменьшить либо включением между верхним по схеме выводом резистора R3 и эмиттером транзистора постоянного резистора сопро­тивлением 1. 3 кОм, либо при­менением внешнего делителя напряжения.

Несколько слов о деталях. В генераторе могут работать элементы И-НЕ других микро­схем серий К155 (скажем, К155ЛА4), а также любой тран­зистор серии КТ315. Конденса­тор CI — К50-6 или другой, рассчитанный на напряжение не ниже 10 В; С2— любой, возможно меньших габаритов. Резисторы — МЛТ-0,125 и СП-1 (R3), источник питания — бата­рея 3336. Потребляет генера­тор менее .15 мА, поэтому такого источника хватит надолго.

Поскольку деталей в генера­торе немного, нет нужды да­вать чертеж печатной платы — разработайте ее самостоятель­но. Плату с деталями и источ­ник питания укрепите внутри корпуса (рис. 99), а на его пе­редней стенке разместите пе­реключатель диапазонов, вы­ключатель питания, перемен­ный резистор и зажимы.

Следующий этап — провер­ка и налаживание генератора с помощью нашего осцилло­графа. Входной щуп осцилло­графа подключите к выводу 8 микросхемы, а «земляной»— к общему проводу (зажим ХТ2). Осциллограф работает пока в автоматическом режи­ме (кнопка «АВТ. — ЖДУЩ.» отжата), синхронизация — вну­тренняя, вход — открытый (чтобы исключить искажения сигнала, следующего с низкой частотой). Входным аттенюато­ром осциллографа можно ус­тановить чувствительность, скажем, 1 В/дел , а переключа­телями длительности разверт­ки—длительность 5 мс/дел.

После подачи питания на генератор и установки пере­ключателя SA1 в показанное на схеме положение, на экране осциллографа появится изо­бражение в виде двух парал­лельных линий (рис. 100, а), составленных перемещающи­мися «штрихами». Так выглядит несинхронизированное изо­бражение импульсного сигна­ла.

Достаточно теперь перевес­ти осциллограф в ждущий ре­жим (нажать кнопку «АВТ. — ЖДУЩ.») и установить синхро­низацию от положительного сигнала поворотом ручки «СИНХР. в крайнее по часовой стрелке положение, чтобы изо­бражение на экране «остановилось» (рис. 100, б). Если изображение немного подергивается, добейтесь лучшей синхронизации его ручкой ре­гулировки длины развертки.

Определите длительность периода повторения импуль­сов и, если это необходимо установите ее равной 20 мс подбором резистора R1.

Измерить точно период при установленной длительности развертки затруднительно, поэтому воспользуйтесь прос­тым приемом. При данной синхронизации установите дли­тельность развертки равной 2 мс/дел. На экране должно появиться более растянутое изображение импульса (рис 100, в), длина вершины кото­рого составит примерно 3,5 деления, т. е. длительность им­пульса будет равна 7 мс.

Затем при этой же длитель­ности развертки установите синхронизацию отрицатель­ным сигналом, повернув ручку «СИНХР.» в крайнее положе­ние против часовой стрелки. На экране увидите изображе­ние паузы (рис. 100 г), по­скольку развертка осциллогра­фа запускается теперь спадом импульса. Длина линии 6,5 де­ления, значит, длительность паузы равна 13 мс. Сумма длительностей импульса и пау­зы составит значение периода повторения импульсов (20 мс).

Аналогично проверьте рабо­ту генератора на втором ди­апазоне, установив подвижный контакт переключателя в ниж­нее по схеме положение («2 кГц»). Длительность развертки осциллографа в этом случае установите равной, на­пример, 0,1 мс/дел. Период следования импульсов на этом диапазоне должен составить 0,5 мс, что соответствует часто­те повторения 2000 Гц. Подстраивать в генераторе ничего не нужно, поскольку точность частоты на этом диапазоне особой роли не играет. В слу­чае же значительного откло­нения частоты от указанной ее можно изменить подбором конденсатора С2.

После этого переключите входной щуп осциллографа на зажим ХТ1 и проверьте дейст­вие регулятора амплитуды выходного сигнала — перемен-ного резистора R3. Вы наверня­ка обратите внимание, что при установке движка перемен­ного резистора в верхнее по схеме положение максималь­ная амплитуда импульсов бу­дет несколько меньше, чем на мультивибраторе. Объясняет­ся это действием эмиттерного повторителя, коэффициент пе­редачи которого меньше еди­ницы из-за падения части сиг­нала на эмиттерном переходе транзистора.

Генератор готов, можно проводить эксперименты. Нач­нем с проверки действия на импульс простых RC-цепей: дифференцирующей и инте­грирующей. Сначала подклю­чите к выходу генератора диф­ференцирующую цепь, состав­ленную из конденсатора и пе­ременного резистора (рис. 101).

 Движок резистора по­ставьте в нижнее по схеме положение, а на генераторе установите диапазон «50 Гц» и максимальную амплитуду вы­ходного сигнала. При этом на экране осциллографа (он рабо­тает в ждущем режиме с син­хронизацией от положитель­ного сигнала, длительность развертки — 5 мс/'дел., чувст­вительность— 1 В, дел.) уви­дите изображение импульсов со скошенной вершиной (рис. 102, а). Нетрудно заме­тить, что импульс как бы опу­стился по линии спада, из-за чего увеличился размах изо­бражения.

Искажения импульса будут расти, а размах изображения увеличиваться при переме­щении движка переменного резистора вверх по схеме. Уже при сопротивлении резис­тора около 4 кОм размах практически достигнет удвоен­ной амплитуды импульса (рис. 102, б), а при дальнейшем уменьшении сопротивления (до 1 кОм) от импульса оста­нутся лишь остроконечные пи­ки на месте фронта и спада. Иначе говоря, в результате дифференцирования из пря­моугольного импульса удастся получить два остроконечных— положительный (по фронту) и отрицательный (по спаду).

Кроме того, дифференци­рование позволяет «укоро­тить» импульс по времени — ведь длительность импульса измеряют по уровню 0,5 его амплитуды, а на этом уровне ширина импульса плавно изме­няется при повороте ручки переменного резистора).

Дифференцирующие свой­ства цепи зависят от частоты повторения импульсов. Доста­точно переставить переклю­чатель диапазона генератора в положение «2 кГц» — и скос вершины практически пропа­дет. Импульсы, следующие с такой частотой, наша диффе­ренцирующая цепочка пропус­кает практически без искаже­ний. Чтобы получить тот же эффект, что и в предыдущем случае, емкость конденсатора должна быть уменьшена до 0,01 мкФ.

А теперь поменяйте детали местами (рис. 103) — получит­ся интегрирующая цепочка. Поставьте движок переменно­го резистора в крайнее левое по схеме положение, т. е. вы­ведите сопротивление рези­стора. Изображение сигнала останется практически таким же, что и на выходе генератора до подключения цепочки. Правда, спад импульсов станет слегка изогнутым — результат разрядки конденсатора, успе­вающего зарядиться во время импульса.

Начинайте плавно переме­щать движок резистора вправо по схеме, т. е. вводить сопро­тивление резистора. Сразу же фронт импульса и спад начнут скругляться (рис. 104, а), ам­плитуда сигнала падать. При максимальном сопротивлении резистора наблюдаемый сиг­нал станет походить на пило­образный (рис 104, б).

В чем суть интегрирования? С момента появления фронта импульса конденсатор начина­ет заряжаться, а по окончании импульса — разряжаться. Если сопротивление резистора или емкость конденсатора малы, конденсатор успевает заря­диться до амплитудного зна­чения сигнала и тогда «зава­ливается» лишь фронт и часть вершины импульса (рис. 104, а). В этом случае можно сказать, что постоянная времени инте­грирующей цепи (произведе­ние емкости на сопротивление) меньше длительности импуль­са. Если же постоянная време­ни соизмерима или превы­шает длительность импульса, конденсатор не успевает за­рядиться полностью во время импульса и тогда амплитуда сигнала на нем падает (рис 104, б). Конечно, характер инте­грирования зависит не только от длительности импульсов, но и частоты их повторения.

Чтобы убедиться в сказан­ном, вновь выведите сопро­тивление резистора, установи­те на генераторе диапазон«2 кГц»» и соответственно из­мените длительность разверт­ки осциллографа. Не экране предстанет картина уже про­интегрированных импульсов (рис. 104, в). Это результат «взаимодействия»» сопротивле­ния эмиттерного повторителя и емкости конденсатора. Вве­дите хотя бы небольшое со­противление переменным ре­зистором — и вы увидите на экране осциллографа сигнал треугольной формы (рис. 104, г). Амплитуда его мала, поэтому придется увеличить чувствительность осциллогра­фа. Не правда ли, отчетливо видна линейность процесса за­рядки и разрядки конденса­тора?

В этом примере постоянная времени интегрирующей цепи намного превышает длитель­ность импульса, поэтому кон­денсатор успевает заряжаться лишь до весьма малого напря­жения.

Пришло время поговорить о практическом использовании прямоугольных импульсов, на­пример, для оценки работы усилителя звуковой частоты. Правда, подобный способ при­годен для своеобразного экспресс-анализа и не дает все­объемлющей картины ампли­тудно-частотной характеристи­ки усилителя. Но он позво­ляет объективно оценивать способность усилителя про­пускать сигналы тех или иных частот, устойчивость к само­возбуждению, а также пра­вильность выбора деталей междукаскадных связей.

Принцип проверки прост: на вход усилителя подают снача­ла прямоугольные импульсы с частотой следования 50 Гц, а затем — 2000 Гц, а на эквива­ленте нагрузки наблюдают форму выходного сигнала. По искажениям фронта, вершины или спада судят о характери­стике усилителя и его устой­чивости работы.

(Продолжение следует)

 Б. ИВАНОВ

г. Москва


Категория: Измерительная техника | Добавил: Vovka (29.07.2012)
Просмотров: 4811 | Теги: СЦИЛЛОГРАФ, 13), (Тема, наш, помощник | Рейтинг: 3.0/6


Всего комментариев: 0

Все ссылки на книги и журналы, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления, авторские права на эти публикации принадлежат авторам книг и издательствам журналов! Подробно тут!
Жалоба

Пожалуйста оставьте свои комментарии !!!!

Имя *:
Email:
Код *:


ElectroTOP - Рейтинг сайтов
Copyright Zloy Soft (Company) © 2008 - 2016