Осциллограф на ЭЛТ своими руками.

[Valentin Gvozdev]

Сегодня вечером постараюсь сделать фотки. Правда не понял, почему именно 4 Мгц? Или есть какой-то глубокий смысл именно в этом значении?
P.S. УВО у меня не от С1-94, а почти цельнотянутый с С1-73. Правда, с более развитыми цепями компенсации и сильно разогнанным по току выходным каскадом.

[musor]

чистотка и апертура в 94, ограничена скоре схесхемотехнически а не параметрами ключа там схама каскод выход ОБ полоса и неравномерность вах определена емкостью пластин и резисторами нагрузки вклад емкости КБ минимален мюлера нету

[ВикторС]

Валентин,
Если мы ожидаем от УВО полосу в 40 Мгц по уровню -3дБ, то тестить такой УВО полезно меандром, частотй в десять раз меньшей. Если УВО действительно отрабатывет, без ослабления, полосу в 40 Мгц для синусоидального сигнала, меандр в 4 Мгц этот УВО воспроизведёт действительно прямоугольным, с лёгким зализыванием углов. Так же, по этому меандру, можно будет определить крутизну фронтов импульсов. Для полосы в 40 Мгц, фронт (и спад прямоугольного импульса должны быть около 8 нС, если не ошибаюсь. Связь длительности фронта и полосы сигнала в усилителе подробно рассмотрена в статье по ссылке.

http://www.kit-e.ru/articles/oscillogra ... 05_134.php

Товарищ Мусор,

У Валентина самодельный осциллограф. Основная схема как у С1-94, а выходной каскад УВО как у С1-73 - парафазный усилитель с эмиттерной связью. В такиз каскадах хороши транзисторы с низкой емкостью коллектор - база.

[Valentin Gvozdev]

Итак, обещанные результаты испытаний. На входе - меандр с частотой 4 Мгц (источник - osa103mini). Вот что видно на экране при подаче сигнала непосредственно на вход прибора коротким коаксиальным кабелем (развертка 0.05 мкс на деление):

К сожалению, наблюдается некоторая неплоскостность вершины, практически исчезающая при уменьшении размаха изображения до 3 клеток (пол-экаран) и усугубляющаяся при попытке растянуть его на весь экран:


То же самое на самой быстрой развертке в 0.02 мкс/дел. Можно оценить время нарастания ПХ:


Надо отметить, что АЧХ при непосредственной подаче сигнала на вход коаксиалом имел завал около 2.5 dB уже на частоте 30 Мгц (то ли емкость коаксиала так влияет, то ли это результат того, что сам тракт регулировался с подключенным щупом 1:10, который, вероятно, имеет некоторый подъем АЧХ на верхах).


А теперь - тот же сигнал через щуп 1:10 (входная емкость около 14 пФ)
0.05 мкс/деление:


0.02 мкс/деление:

[ВикторС]

Валентин,

Большое спасибо за Ваш Фотоотчёт!
Вы получили очень хорошие результаты.
Как я и говорил - фронт синала у Вашего осциллографа порядка 8 - 10 нС, а спад в районе 10 - 15 нС. Это нормально тк NPN транзисторы включаются быстрее чем выключаются.
Наклон вершины импульса связан с отстованием фазы НЧ составляющих сигнала. Где это отставание проявляется - в ОСЕ или в УВО осциллографа - нужно отдельно разбираться.
Входной делитель 10:1, у Вас, похоже, плохо согласован - выброса на фронте меандра быть не должно.

Для увеличения скорости спада импульса и уменьшения выходного сопротивления последнего каскада УВО, можно использовать схемотехнику видеоусилителей телевизоров, как это сделано в о УГО осциллографа Н3015 - схема приложена. Обратите внимание - диоды Д5 и Д6 обеспечивают тот самый, быстрый разряд ёмкости отклоняющих пластин, который нам нужен для быстрого спада импульса.
http://files.domcxem.ru/infocenter/%D0% ... %D0%B0.doc

Подробно, работа выходных видеоусилителей телевизоров, с подобной схемотехникой, описана в Paдио 1992 №4 стр 10, 11 рис 5 - 7

Добавлено after 4 hours 9 minutes 14 seconds:
Для примера и сравнения, привожу фотографии меандра частотой 2МГц и амплитудой 5В, поданные на вход осциллографа С1-73 с самодельного кварцевого калибратора. Входной делитель 10:1 - тоже самодельный. Выходной каскад УВО включён по схеме дифференциального усилителя с источником тока (см УГО С1-73). Линия задержки отключена.
Длительность фронта и спада, примерно, 50нС. Это соответствует полосе в 7МГц по уровню -3дВ. В выходном каскаде стоят штатные транзисторы КТ602 в металлическом корпусе. Длительность развёртки - 50нС на клетку.





В связи с вышеизложенным, представляется интересным поставить быстродействующие транзисторы, в выходные каскады УВО и УГО, и мне тоже.
Валентин, где Вы покупали свои 2SC3953?
Заранее благодарю.

[musor]

чтото сомневаюсь что 2SC3953 лучше наших 602.... вобше 602 604 611 наверное самые быстрые из доступных BB
можно конечно попробовать если есть интерес и 2 боле быстрый 2каналный осел типа ригола меняем в 1 плечо и сравниваем апертурку плечей визуално

[Valentin Gvozdev]

Практически уверен, что просто замена КТ602 на импорт если и улучшит быстродействие, то максимум в 1.5 раза. Для того, чтобы существенно расширить полосу, надо прежде всего увеличивать коллекторный ток выходных транзисторов. Желательно в несколько раз, а это уже влечет за собой применение мощных резисторов в нагрузке, теплоотводов и наличия источника питания соответствующей мощности. Раузумеется, просто уменьшить резисторы в коллекторных цепях не пройдет - чтобы более-менее сохранить Ку, нужно пропорционально уменьшать резисторы в эмиттерных цепях (в случае каскада со связанными эмиттерами, а это "тянет" за собой изменение режима работы по постоянному тока в режиме, когда линия посередине экрана (в идеале в этом режиме на коллекторах обоих транзисторов должно быть в районе половины питания). Последнее в случае штатной схемы С1-73 в некоторой степени можно компенсировать "перекосом" в предварительных каскадах, но тут надо следить, чтобы в итоге сигнал не ограничивался до выходных каскадов. В общем, довольно непростая задача.


Посмотрел Вашу картинку - честно говоря, от С1-73 ожидал большего. Впрочем, по ТУ вроде бы все сходится..

По поводу выбросов на ПХ - насколько я понимаю, они минимальны только в том случае, когда АЧХ имеет монотонный и плавный спад (Гауссова характеристика). В случае, если мы вытягиваем АЧХ максимально равномерной до максимально возможной частоты, а затем следует резкий спад, выбросы неизбежны (в принципе, это можно просимулировать в любом моделировщике, пропустив меандр через разные ФНЧ - от Гауссова 1 порядка до Чебышева высокого порядка) И что лучше - вопрос не совсем однозначный. Лично я бы предпочел второй вариант с равномерной АЧХ до 30-40 Мгц, так как в основном конструирую аналоговую приемо-передающую технику, где порой довольно важно знать, как меняются уровни сигналов в той или иной точке на разных частотах КВ-диапазона.

[ВикторС]

Коллеги, мне интересно ваше мнение. Сейча пытаюсь подружить формирователь синхроимпульсов с переключаемым фильтром синхросигнала - Прямой/ ФНЧ/ ФВЧ. Частоту среза фильтров 1го порядка взял 400 ГЦ, чтобы и ТВ кадровую синхронизацию, от строчной, отделять, и басы от речевого диапазона итп. Так дело не в частоте разделения а в динамическом диапазоне формирователя. Если делать формирователь мало чувствительным, на ТТЛ логике, например, то фильтры работают нормально, но диапазон амплитуд синхросигнала узок. Если стаить на фход усилитель, с хорошим динамическим диапазоном, то фильтра первого порядка уже не хватает, чтобы подавить не желательный сигнал - усилитель его всё равно вытягивает и подаёт на формирователь синхроимпульсов (ТШ).
В связи с этим вопрос.

Что важнее, в радиолюбительском осциллографе на ЭЛТ - широкий динамический диапазон синхросигналов - 50мв - 5В, например, с прямой подачей всего спектра часто синхросигнала на формирователь СИ, или синхронизация в районе 1 - 5В, но с возможностью переключения частотного диапазона синхронизации в НЧ и ВЧ полосах, относительно какой то средней частоты?

Каковы будут Ваши мнения?
Заранее благодарю за вразумляющие ответы.

[Valentin Gvozdev]

Немного из последних экспериментов по расширению полносигнальной (т.е. при полном размахе сигнал на экране) полосы УВО. Как показала практика, этому очень способствуют параллельные RL-цепочки между выходами УВО и трубкой. Индуктивности подбираются таким образом, чтобы они совместно с емкостями ОС резонировали на частотах, где уже наблюдается существенный завал полносигнальной АЧХ. При их введении на АЧХ появляется резкий и ничем не компенсируемый всплеск, а на ПХ - сильный и неустранимый звон после каждого фронта. Снизить добротность образовавшегося колебательного контура помогают резисторы впараллель к индуктивностям. Подбором их номиналов можно добиться приемлемой ПХ с одновременным расширением РАВНОМЕРНОЙ ПОЛНОСИГНАЛЬНОЙ АЧХ почти в полтора раза (в моем случае это с 22 до 31 МГц, индуктивности 3 мкГн, резисторы 1.8 кОм). В результате имеем полосу до 30 Мгц с неравномерностью около 1 dB, почти неизменную форму импульсов при разном размахе сигнала (раньше этого не получалось) и спад АЧХ при половинном размере изображения на 3 dB в районе 45-50 Мгц. Лично я доволен.

Добавлено after 1 hour 19 minutes 11 seconds:

ВикторС писал(а):

В связи с этим вопрос.

Что важнее, в радиолюбительском осциллографе на ЭЛТ - широкий динамический диапазон синхросигналов - 50мв - 5В, например, с прямой подачей всего спектра часто синхросигнала на формирователь СИ, или синхронизация в районе 1 - 5В, но с возможностью переключения частотного диапазона синхронизации в НЧ и ВЧ полосах, относительно какой то средней частоты?

Каковы будут Ваши мнения?
Заранее благодарю за вразумляющие ответы.

К сожалению, подобными задачами не озадачивался, но, на мой взгляд, само понятие "радиолюбительский осциллограф" в данном контексте порочно. Все-таки, осциллография развивается много-много лет, над проблемами, связанными с ней, работали многие инженеры и целые институты. И, скорее всего, все уже изобретено и не стоит пытаться изобрести нечто "радиолюбительское" - НИЧЕГО ПУТНОГО из этого не выйдет. Гораздо лучше посмотреть, как узел синхронизации с переключаемыми частотными диапазонами выполнен в промышленных приборах. И если есть желание сделать что-то подобное, просто это повторить. Уверен, что вопросы, которые заданы, там решены. Причем профессионально.

[ВикторС]

Валентин,
большое спасибо за важный эксперимент.
Подобное решение, с LR цепью перед отклоняющими пластинами, применено, в частности, в осциллографе BK-Precision 1472.
(схема по ссылке)
http://files.domcxem.ru/infocenter/%D0% ... manual.pdf

Там, как раз, индуктивность 3,3мкГн, а шунтирующий резистор - 470 Ом.
Полоса УВО - 15МГц. Возможно, это связано с применением более медленных транзисторов и малым сопротивлением резисторов, шунтирующих выходные индуктивности.

[musor]

ранше подобный ныне почти забытый метод был во фсех лампоослах если кто не a курсе там нелзя силно снизить резистор и поднять ток анода просто нет таких ламп доступных серийных
придется либо парралелить либо делать 2 тактник на лампах
в обшем разумноеи простое решени жал повторряемость не очень у него-придется подбирать витки

[ВикторС]

Valentin Gvozdev писал(а):

на мой взгляд, само понятие "радиолюбительский осциллограф" в данном контексте порочно. Все-таки, осциллография развивается много-много лет, над проблемами, связанными с ней, работали многие инженеры и целые институты. И, скорее всего, все уже изобретено и не стоит пытаться изобрести нечто "радиолюбительское" - НИЧЕГО ПУТНОГО из этого не выйдет. Гораздо лучше посмотреть, как узел синхронизации с переключаемыми частотными диапазонами выполнен в промышленных приборах. И если есть желание сделать что-то подобное, просто это повторить. Уверен, что вопросы, которые заданы, там решены. Причем профессионально.

Валентин,
Спасибо за Ваше мнение.
Я специально использую определение "радиолюбительский осциллограф", чтобы отделить подобную конструкцию от, скажем так, "радиопрофессиональной", каковой сейчас являются осциллографы ценой более 300 USD и каковые, в домашних условиях, могут собрать и настроить только опытные специалисты, обдадающие приборным парком, на порядок более точным, чем создаваемый осциллограф.
На свой вопрос я сам ответ нашёл.
Если динамический диапазон селектора синхроимпульсов столь велик, что входной фильтр первого порядка не эффективен для ограничения тех или иных частот, не нужно подавать на селектор сигналы в таком широком диапазоне тк на ЭЛТ они будут уже в зоне ограничения. Достаточно подключить селектор не к выходному, а к предвыходному или входному усилителю, где сигнал не велик, как фильтр первого порядка начнёт прекрасно справляться.

Добавлено after 28 minutes 41 second:
Добавлю пару слов про разницу между "радиолюбительским" и "радиопрофессиональным" подходом, в моём понимании.

Валентин, в своём осциллографе, применил входной повторитель на двух транзисторах КП303Г и получил линейную полосу УВО под 40 МГц.
В осциллографе С1-166, входной повторитель собран на одном ОУ и трёх транзисторах (схема приложена), а полоса УВО получилась всего 50 МГц с неравномерностью в 4%.
Мне представляется, что успешно настроить повторитель на двух полевиках сможет гораздо большее число радиолюбителей, нежели тех, кто справится с повторителем от С1-166. То же касается и остальных каскадов. Можно потратить уйму времени и средств, пытаясь повторить Tektronix 475 в домашних условиях и получить разочаровывающий результат.

Вложения

Входной каскад С1-166_50МГц.jpg

(89.71 KiB) Скачиваний: 695

[Valentin Gvozdev]

Небольшой фотоотчет про то, что в итоге получилось после введения RL-цепочек в выходной каскад.
Итак, на входе - меандр 5 Мгц.
Малый сигнал:


Большой сигнал:

Как видно, разница из-за нелинейности усилителя на высоких частотах, конечно, есть, но на мой взгляд не критичная и явно меньшая, чем было до этого.

Тот же самый сигнал на самой быстрой развертке:



Теперь - для оценки АЧХ подаем синусоидальный сигнал разных частот амплитудой 1 Вольт (масштаб - 0.2 В/деление).
1Мгц:


5Мгц:


10 Мгц:


20 Мгц:
. Уже видна нелинейность развертки. Но спада АЧХ практически нет.

30 МГц:
. Спад менее 10%.

И наконец 45 Мгц:
. Тут уже спад чуть менее, чем в 2 раза. Но при меньшем размахе он выходит менее 3 dB - сказывается неспособность выходного усилителя "прокачать" емкость ОС на таких частотах.

Как мне кажется, получилось совсем неплохо -:)

[musor]

да неплохо думаю резисторы надо было поменше

[ВикторС]

Валентин, Спасибо за подробный отчёт.
Отличный результат!

Согласен с товарищем Мусором - интересно чуток уменьшить сопротивление шунтирующих резисторов, чтобы попытаться сгладить выбросы на фронтах. Возможно будет более правильным, чуток уменьшить полосу УВО, в угоду бОльшей равномерности АЧХ.
Помните, в схеме осциллографа BK Precision, номиналы этих резисторов, всего 470 Ом.

[Valentin Gvozdev]

ВикторС писал(а):

Согласен с товарищем Мусором - интересно чуток уменьшить сопротивление шунтирующих резисторов, чтобы попытаться сгладить выбросы на фронтах. Возможно будет более правильным, чуток уменьшить полосу УВО, в угоду бОльшей равномерности АЧХ.
Помните, в схеме осциллографа BK Precision, номиналы этих резисторов, всего 470 Ом.

В моем случае уменьшать эти резисторы вряд ли стоит. Дело в том, что помимо коррекции малосигнальной АЧХ (что вполне осуществимо другими подстроечными элементами, коих в тракте немало), RL-цепочки выполняют иную важную функцию - частично компенсируют емкость ОС на частотах выше 20 Мгц, что позволяет добиться размаха изображения во весь экран на этих частотах. Если уменьшить резисторы, то этот эффект ослабнет и все будет почти так, как до модификации. Помимо невозможности развернуть ВЧ-сигнал на весь экран, будет сильная зависимость формы импульсов от размаха сигнала, что было хорошо видно в одном из предыдущих постов, а также возможна их ассиметрия (что тоже было раньше и почти не выражено сейчас).

В принципе, вполне можно подстроечными резисторами-конденсаторами выровнять ПХ. Но в этом случае АЧХ, в соответствии с теорией, получается монотонно-затухающей (уже на 20 Мгц завал приличный). И тут уже каждый волен выбирать, что важнее.

Добавлено after 5 minutes 32 seconds:
P.S. Кстати, обнаружилось, что имеющийся у меня относительно дешевый щуп HP-2100 (по паспорту до 100 Мгц) в режиме 1:10 имеет некоторый подъем (1-1.5 dB) АЧХ в районе 30 Мгц. Соответственно, при измерениях через него выбросы на импульсах становятся только больше. Вот и возникает очередная дилемма - либо как-то компенсировать эту неравномерность в тракте УВО, либо все-таки купить какой-то иной щуп, не страдающий подобным недостатком.

[ВикторС]

Я ещё посмотрел номиналы RL цепей.
В осциллографе GOS-620 - это 2,2мкГн и 220 Ом.
В осциллографе GOS-600 - это 2,2мкГн и 470 Ом.
Тенденция, однако.

[Valentin Gvozdev]

В общем, вы меня убедили - для полноты настройки УВО сегодня-завтра попытаюсь выровнять ПХ с сохранением линейности на высоких частотах. О результатах постараюсь подробно доложить с выкладыванием фоток осциллограмм разных сигналов и таблиц реально получившейся АЧХ.

P.S. А вообще при пристальном анализе там выплывает очень много тонких нюансов. Начиная от того, что ПХ при разных положениях ручки В/дел чуть-чуть, но различается из-за неодинаковости АЧХ усилителя при разном усилении. Причем для видимого изменения ПХ достаточно разницы в 1-2 дБ на частотах сильно выше штатных (типа 70-80 МГц)… Короче, чем дальше в лес, тем больше дров. Или радиотехника - это ни хрена не просто..

[ВикторС]

Валентин, спасибо за внимание к моему предложению.
Можно попробовать вот что.
1) LR цепь между УВО и пластинами, где индуктивность около 2-3мкГн и резистором 220 - 680Ом и дополнительная катушка индуктивности, порядка 10 мкГн, последовательно с резистором коллекторной нагрузки
2) Так называемая Т-катушка - включённая между коллекторной нагрузкой и коллектором выходного транзистора. К пластинам идёт сигнал от отвода в середине катушки. Количество витков в каждой половине катушки - 7 - 10 штук. Та половина Т-катушки, что ближе к коллектору выходного транзистора, зашунтирована резистором 220 - 680 ОМ (это аналог RL цепи из варианта 1)

Для того, чтобы переключение поддиапазонов УВО не влияло на АЧХ тракта, нужно ставить весь аттенюатор, целиком, ПЕРЕД входным повторителем УВО. Тогда АЧХ УВО будет неизменной в любом поддиапазоне, при точной настройке делителей входного аттенюатора. И этот аттенюатор уже нужно собирать по правилам РЧ трактов радиоприёмника.
В С1-94, С1-73 итп, по ТЗ не нужно было полосу больше 5 - 10МГц, потому не запаривались схемотехникой, при разработке, особо.

[VASILIY]

В румынском журнале Tehnium 1998-1999 публиковалась схема любительского осциллографа: 9812 с.16. 9901 с.10. 9902 с.14. 9903 с.14. 9904 с.17. Посмотреть можно здесь: http://blog.copcea.ro/?p=549 и http://blog.copcea.ro/?p=552 .