Осциллограф на ЭЛТ своими руками.

[Valentin Gvozdev]

Виктор, я сам рад. Просто мне стало дико интересно - почему так? И как сделать так, чтобы этого не было? Причем не на ВЧ, где все труднопредсказуемо и непросчитываемо, а на частотах не сильно далеких от постоянного тока. Была мысль, что дело в резонансе, с участием катушки реле, но потом стало ясно, что она не причем.

А ларчик просто открывался. Соединил два высокоомных резистора паровозиком из-за того, что одного на нужный номинал нет, и получил RC-фильтр. Увы, но в таких специфических цепях, где сопротивления очень высокие, любая доля пикофарады не там, где надо, does matter.

Понятно, почему в новом приборе такого нет. Там все изначально на СМД и дорожка между резисторами всего в пару миллиметров и тоньше.

Добавлено after 2 minutes 20 seconds:
А вообще, лучше все-таки ставить в аттенюаторе по одному прецизионному резистору, а не городить огород из того, что есть. Благо купить нужные номиналы, вроде бы можно и относительно недорого.

[ВикторС]

Валентин,
Я настроен на максимальную экономию по деньгам, как на инженерную задачу. Иначе, радиолюбительский осциллограф начинает конкурировать по цене с хорошим советским, или современным импортным. Сейчас придумал, как собрать весь БР, с задержкой развёртки, на одной микросхеме (6 инверторов ТШ) и десяток транзисторов. Микросхемы 74HC14 пришли неделю назад. До сих пор проверить их не успел - то работа то домашние дела.
При разводке ПП, стараюсь выводные детали, соединять "на воздухе", где возможно - если два резистора включены последовательно - ствалю, под пару два пятака, с расстоянием в 2,54мм, по сетке, ставлю оба резистора вертикально и спаиваю верхние выводы резисторов, загнув их встречно. И место, на плате, экономится, и менять детали, при настройке, проще.

[add.ocean]

А можно показать картинки с с1--137? Что служило источником меандра и как подавался сигнал на вход?

источник меандра: 1 инвертор-триггер Шмидта 74АС... (1 из 6). на вход инвертора подаю синус с генератора. выход подключаю ко входу осциллов 1Мом (напрямую в разъем осцилла)

Итак, большое меандровое тестирование!
С1-137, а также С1-131 с новой ЛЗ от С1-64 (или 65, не знаю) приятно удивляют (для бытовых аппаратов). Однако у них и продвинутые схемы - всюду Гильберты. С1-93 - образец идеально Гауссовой АЧХ (он до 15 МГц, хотя мне кажется, скорее до 10).

Тек2465В


С1-93


С1-137 (40нс/клетка, все остальные ниже - 50нс/клетка)


С1-131 (уже новая ЛЗ!)



С1-118А (1-й)
новая ЛЗ, перекоррекция


новая ЛЗ, родная коррекция (вернулся к этому, именно этот 1 канал выглядит отлично)



С1-118А (2-й)
старая ЛЗ, перекоррекция


новая ЛЗ, перекоррекция


новая ЛЗ, родная коррекция (вернулся к этому, остальные 3 канала выглядят вот так, буду думать еще)


В последний момент я вернул в С1-118А коррекцию как было, т.к. колебания не нравились.
Я помню, что делал перекоррекцию еще со старыми ЛЗ. Удивлен, что сейчас с родной коррекцией 1 канал из 4-х оказался хорош, остальные 3 канала 118А как будто 10МГц. В предварительных УВО до ЛЗ (каждый для своего канала) нет никаких явных частотнозависимых элментов, нет конденсаторов коррекции. Платы одинаковые. Что тогда разное? токи каскадов? Буду еще думать, в чем разница и как сделать хорошо.

Нужно просто научиттся соотносить АЧХ и вид меандра. Тогда и настройка пойдет быстрее. Разберусь с этим.

Последний раз редактировалось add.ocean Вт окт 12, 2021 01:59:30, всего редактировалось 1 раз.

[kotsat]

Второй абзац стр78 книги http://files.domcxem.ru/infocenter/%D0% ... _1991.djvu

Также отсюда https://www.tstu.ru/book/elib/pdf/mg/2006/zaicev1.pdf
"
Так же задержка увеличивается с увеличением частоты подаваемо-го напряжения. Если на проводник подать идеальное, прямоугольное, напряжение , то на выходе сигнал "размывается" , появляется сдвиг фаз. Чем больше частота и тангенс угла потерь, тем силь-нее искажается сигнал."

[Valentin Gvozdev]

Ради интереса снял подобные картинки со своих приборов. Источник меандра - цифровой (скоростной) выход осы103, где стоит формирователь на какой - то трезвольтовой быстрой логике. Амлитуда меандра 3.3 в, 0.5 В/клетку, сигнал подается через штатный щуп. Развертка 20 нс/дел.

Двухканальный прибор прошлого года с полосой в 50 мгц:



А вот тоже самое на последней еще недоделанной самоделке на 100 мгц:

[ВикторС]

Как по мне - так на 100-мегагерцовом, нужно коррекцию ослаблять, в том каскаде, где она наибольшая.

[Valentin Gvozdev]

Виктор, возможно. Но тут еще есть эффект, связанный с недостаточной крутизной фронтов источника. А вернее - с недостаточной его нагрузочной способностью. Что приводит к такому вот не очень красивому переходному процессу с двумя почти одинаковыми горбиками. С выходов 74ас картинка получается более правильной

[ВикторС]

Вот меня, эти волны, на вершине меандра, всегда жутко смущают - непонятно, кто звенит - источник сигнала, проверяемый прибор или осциллограф.
Для получения хорошей нагрузочной сспособности, уже приводили схему генератора на ТШ с буфером из пяти элементов (можно и 6 поставить, с резисорами по 300Ом, на выходе и внешним возбуждением от кварцевого калибратора.)

https://img.radiokot.ru/files/92893/med ... rnqbni.jpg

- выходное сопротивление - 50Ом - можно и согласованный делитель прикрутить.
https://img.radiokot.ru/files/92893/med ... b9ksdr.jpg

[SM898]

(скоростной) выход осы103, где стоит формирователь на какой - то трезвольтовой быстрой логике. Амлитуда меандра 3.3 в, 0.5 В/клетку,

Но тут еще есть эффект, связанный с недостаточной крутизной фронтов источника. А вернее - с недостаточной его нагрузочной способностью.

Валентин, на цифровом выходе "Осы" стоит 74LVC2G04, которая,
по меньшей мере, раза в полтора, а может и более, быстрая, чем 74АС...
К тому же, там микросхема с 2мя элементами, входы которых запараллелены,
а выходы объединены через резисторы 68 ом. Этим достигается Rвых как раз 50 ом -
Сергей об этом писАл. И выходной ток каждого элемента до 24 мА (а может выдать и 50 мА)
Какая может быть недостаточная нагрузочная способность, если выход 50 ом?..

уже приводили схему генератора на ТШ с буфером из пяти элементов (можно и 6 поставить, с резисорами по 300Ом, на выходе

Виктор, только не с такими резисторами. На СВЧ (ведь нам нужны импульсы с наносекундными
фронтами) те резистоы уже будут не совсем резисторы. Да и ДИП корпус не очень уже подходит.
Нужен, по крайней мере SOIC, а лучше SOT. И , как написал чуть выше - ТШ на 74АС -
не эталон быстроты.

[Valentin Gvozdev]

Вероятно, я был не совсем прав. И тут нужно некоторое исследование. Для начала - вот осцилограмма с того выхода, снятые штатным осциллографом Осы. 2 нс/клетка. Бледная линия - то, что мы видим на ненагруженном выходе (вернее - он нагружен на 500 Ом пассивного щупа). Светлая линия - то, что получается, если мы дополнительно подсоединяем щуп 10:1 с входной емкостью в районе 15 пФ. В первом случае время нарастания сигнала по 4 средним клеткам составляет 0.76 нс, во втором - 1.25 нс, при это край фронта сильно заваливается.

Насколько я помню, с 74АС искажения при присоединении щупа были несколько иными и край фронта так не заваливался. И, возможно, эти нюансы вкупе с переходными процессами в тракте двольно заментно влияют на то, что мы в итоге видим на экране.

Добавлено after 12 minutes 35 seconds:
add.ocean, картинки, безусловно очень и очень хороши и в целом весьма показательны. Только, как писал выше, меня очень смущает нессотвествие того, что видно на меандре, и ровной АЧХ до 30 Мгц. По моему опыту, такого просто не может быть - при такой гладкой форме импульса АЧХ должна иметь плавный спад начиная от частот, сильно далеких от граничной (а последняя в вашем случае вряд ли сильно выше 30-40 Мгц). Иначе неизбежен довольно сильный выброс из-за слишком резкого спада АЧХ начиная с какого-то момента. Просто много раз наблюдал сам, как можно выкрутить коррекцию УВО по синусу на максимально плоскую АЧХ до как можно до более высокой частоты и радоваться этому, а потом подать крутой меандр и увидеть выбросы процентов на 20 и колебания большой амлитуды вслед за ними

Вложения

1.png

(41.43 KiB) Скачиваний: 141

[ВикторС]

SM898 писал(а):

Виктор, только не с такими резисторами. На СВЧ (ведь нам нужны импульсы с наносекундными
фронтами) те резистоы уже будут не совсем резисторы. Да и ДИП корпус не очень уже подходит.
Нужен, по крайней мере SOIC, а лучше SOT. И , как написал чуть выше - ТШ на 74АС -
не эталон быстроты.

Автор Видео, из которого скриншот, со схемой, заявляет, что время нарастания импульса - 2,5нС, с обычными резисторами.

[Valentin Gvozdev]

Еще немного экспериментов с новым УВО. Как было видно на предыдущей фотографии (https://img.radiokot.ru/files/128981/2n7lt9x0z2.jpg), переходный процесс полсе фронта там был двугорбый. Причем никакими регулировками этот второй горб не убирался. Как и положено, первый выброс хорошо и предсказуемо регулировался шатаными подстроечниками а вот второй стоял на месте, лишь слегка видоизменяясь за счет того, что на него нкладывались "волны" от первого выброса. В определенных положениях можно было добиться, чтобы они накладывались в противофазе и таким образом уменьшить эффект, но все-таки было видно, что источник этого второго горба не в самом УВО, а где-то в ином месте. Да и по форме, если присмотреться, он отличался от того, что можно было ожидать от нормального переходного процесса с затухающими колебаниями.

Оказалось, что виной всему... щуп. Дело в том, что изначально я выделил для нового аппарата новый щуп HP-2100. В отличие от тех, кто используются с прежним прибором, он "необрезанный" - т.е. с родным разъемом и штатной длиной кабеля (в других я слегка укорачивал кабель и ставил новый разъем, так как изначально не хватало диапазона компенсации входной емоксти приборов). Как только я поставил старый щуп, второй горб практически пропал, а после небольшой регулировки УВО , компенсирующей разницу в АЧХ щупов, удалось добиться более-менее правильного переходного процесса без того самого второго горба. При этом время нарастания 3.5-4 нс, на синусе спад на 100 Мгц где-то 2.5 dB и выброс совсем небольшой.

В общем, стало еще более очевидно, что при такой полосе все очень и очень зыбко. .

Вот так теперь выглядит полупериод меандра в 20 Мгц на 5 нс/дел. По моему, на этом стоит остановиться.

[add.ocean]

Valentin Gvozdev,

1. мне кажется, для понимания что может быть а что нет, нам бы помог симулятор. Я ищу такой, но пока не очень успешно. https://www.google.com/search?q=online+ ... +simulator

2. У меня фирменный щуп тектроникс 100МГц 12пФ тоже звенит (сигнал 5 МГц с калибратора осцилла). Возможно что сделать хороший щуп (активный с кабелем 50 Ом) не менее важно.

Вложения

DSC_0459.JPG

(223.54 KiB) Скачиваний: 127

[Valentin Gvozdev]

add.ocean, если вы говорите о возможных и невозможных сочетаниях АЧХ и ПХ, то очень полезно промоделировать ФНЧ разного порядка с разными передаточными функциями (Гаусса, Бесселя, Чебышева итд). При этом очень хорошо видно, что чем круче спад АЧХ полсе грнуичной частоты, тем сильнее получается выброс на ПХ. В фильтр е Гаусса выбросов нет вообще. В Чебывшеве, характеризующимся более-менее равномерной АЧХ в полосе и резким спадом за ней (примерно такую АЧХ мы получаем, настраивая тракт на максимальную равномерность) он максимален.

Сегодня вечером постараюсь выложить скриншоты из той же Filter Solutions - там все будет видно.

[add.ocean]

ну вот разобрался с коррекцией в С1-118А.
тот экземпляр который в прошлом сообщении был последний на фото (пологий фронт)
теперь показывает вот так (каналы все же немного разные, и кроме того, верх и низ немного разные):


то что было надо - поставить 2 RC цепи коррекции. одна в выходном каскаде перед пластинами, вторая цепь - в выходном каскаде перед ЛЗ. обе цепи между эмиттерами как всегда.
я поставил подстроечные резисторы 100 Ом и подстроечные конденсаторы 50-200 пФ (есть такие)

и вдумчиво двумя руками, двумя отвертками крутил одну потом другую...
все еще не идеально, но для С1-118А - пойдет.

что касается АЧХ. она примерно плоская до 30МГц, но есть колебания может +-1...2 дБ. после 30 колебания сильнее, и заметный завал -3дБ на частоте около 40МГц.

[tofik71]

add.ocean,в свое время сравнивая схемы с1-94 и с1-94/3,а также сами приборы в живую я пришел к выводу,что производитель разогнал
с1-94 -10мГц до с1-94/3-25мГц за счет применения дополнительной коррекции о которой вы пишите,а также замены кт361 на кт326 и применение в круговую кт325, а так схема УВО с1-94/3 та же,что и с1-94.Ваши эксперименты с коррекцией говорят о том,что в те времена аппаратура проектировалась с запасом,чтобы не париться при настройке,подогнали под ТЗ и все,вперед в розницу и так купят.
Приложенная схема с1-94/3 оставляет желать лучшего,но другой к сожалению нет,однако суть понять можно.

https://img.radiokot.ru/files/124228/2n9k8z7z7z.JPG

[Valentin Gvozdev]

Ваши эксперименты с коррекцией говорят о том,что в те времена аппаратура проектировалась с запасом,чтобы не париться при настройке,подогнали под ТЗ и все,вперед в розницу и так купят.

А по другому и быть не может, ИМХО. Особенно если речь идет о приборах невысокого класса с невыдающимися параметрами. Промышленные схемы на то и промышленные, что должны работать сразу при исправных деталях и не требовать сильно кропотливой настройки для достижения заявленных характеристик. В отличие от большинства любительских, которые если и могут работать, то, в лучшем случае, только в авторском исполнении и после тщательного подбора всего и вся.

Ради интереса привожу расчетные АЧХ и ПХ разных типов фильтров. Гаусса, Чебышева, Баттерворта. На мой взгляд, из этих картинок очевидно, почему надо стремиться к Гауссовой АЧХ и почему невозможно совместить ровную АЧХ в полосе и приемлемую ПХ.

Вложения

ФильтрыБ АЧХ и ПХ.pdf

(407.66 KiB) Скачиваний: 102

[ВикторС]

tofik71 писал(а):

сравнивая схемы с1-94 и с1-94/3,а также сами приборы в живую я пришел к выводу,что производитель разогнал
с1-94 -10мГц до с1-94/3-25мГц за счет применения дополнительной коррекции о которой вы пишите,а также замены кт361 на кт326 и применение в круговую кт325, а так схема УВО с1-94/3 та же,что и с1-94.
Приложенная схема с1-94/3 оставляет желать лучшего,но другой к сожалению нет,однако суть понять можно.

https://img.radiokot.ru/files/124228/2n9k8z7z7z.JPG

Спасибо за схему С1-94/3 - первый раз вижу.
Теперь понятно, что С1-94/3 сделан на базе осциллографа САГА, с двумя доработками - улучшен селектор полярности СИ и добавлена линия задержки. Масштабирование УВО 1-2-5, за счёт изменения коэффициента усиления первого каскада, оставлено без изменения, (сравним с С1-118), потому ожидается изменение полосы усиления при переключении пределов. Хотя, можно предположить, что частотные ограничения последующих каскадов, нивелируют это изменение полосы.

От себя добавлю, что тестил формирователь полярности СИ на К554СА2 с двумя эмиттерными повторителями на входе, и двухполюсном 2П2Н переключателем на входе, перед ЭП. Работает до 40МГц.

Добавлено after 4 minutes 4 seconds:

Valentin Gvozdev писал(а):

[quote] надо стремиться к Гауссовой АЧХ и почему невозможно совместить ровную АЧХ в полосе и приемлемую ПХ.

Валентин, можно ли перефразировать Ваши слова так: При настройке УВО, нужно стремиться к отсутствию выбросов на фронтах и волн на вершине прямоугольного импульса гораздо больше, чем к достижению максимальной крутизны ПХ (длительности фронта и спада импульса)?

[Valentin Gvozdev]

Валентин, можно ли перефразировать Ваши слова так: При настройке УВО, нужно стремиться к отсутствию выбросов на фронтах и волн на вершине прямоугольного импульса гораздо больше, чем к достижению максимальной крутизны ПХ (длительности фронта и спада импульса)?

Виктор, мне кажется, не все так категорично. Давайте подумаем, что мы хотим от УВО. Прежде всего, как можно достоверной передачи амплитуды как в можно широкой полосе частот. Что почти эквивалентно достоверной передаче формы сложного многочастотного сигнала со спектром, полностью или почти полностью попадающем в эту самую полосу частот. Плюс - как можно меньших искажений и аберраций при отображении сигналов, спектр которых сильно шире полосы частот и которые правильно УВО отобразить не может в принципе (например, меандр с очень крутыми фронтами).

Так вот - тут есть некое противоречие. Первому условию наилучшим образом удовлетворяет максимально плоская АЧХ. При ней на относительно медленных фронтах никаких искажений, выбросов, колебаний не будет, синус также будет передаваться очень точно. Но - стоит подать сигнал с широким спектром, как на на фронтах неизбежно возникнут сильные выбросы и прочее. Чтобы уменьшить их, мы вынуждены делать АЧХ с плавным спадом, жертвуя корректностью передачи амплитуд в ВЧ-области. Теоретически идеальна Гауссова АЧХ, на практике получается некое приближение к ней.

И критерий оптимальности будет скорее всего такой - нужно стремиться к минимальному времени нарастания при выбросе ниже некоторого порогового значения. Которое обычно принимается равным 5%. В любительских условиях его, наверное, вполне можно расширить до 7-10%, что даст возможность реализовать более плоскую АЧХ, или отодвинуть точку спада в -3dB на 10-20%. Конечно, моно сделать ПХ вообще без выброса, с плавным краем фронта. Но тогда при прочих равных сильно пострадает АЧХ на ВЧ. И вместо, скажем, граничной частоты в 50 Мгц, выйдет 30-35.

[add.ocean]

эксперименты с коррекцией говорят о том,что в те времена аппаратура проектировалась с запасом,чтобы не париться при настройке,подогнали под ТЗ.

Я сравнивал схемы С1-118 и С1-118А и пришел к выводу, что кроме замены 155ТЛ... на 531ТЛ - разницы нет, те же детали, те же номиналы.
Мой опыт говорит что С1-118А как он настроен с завода - это осцилл с почти Гауссовой АЧХ и пределом 10 МГц.


Разгон, полностью проиходит за счет крутого спада АЧХ (см. про фильтры) и сопутствующих выбросов.
Т.е. хороший осцилл с Гауссовой АЧХ до 10МГц превращается в осцилл с АЧХ до 30 МГц, который начинает показывать то чего нет.

Я вот уже думаю, что не стоит так делать. Разгоны эти для "энтузиастов", или, кто хочет изучить, разобраться и т.д. Осциллограф это прибор для наблюдения формы импульсов (для измерения амплитуды, АЧХ и пр. есть другие приборы), и к нему должно быть доверие по основному назначению.

Добавлено after 19 minutes 32 seconds:
Для получения хорошей нагрузочной сспособности, уже приводили схему генератора на ТШ с буфером из пяти элементов (можно и 6 поставить, с резисорами по 300Ом,

первым делом я сделал буфер на 6 элемениах ТШ с резисторами 300 Ом. У него есть ню-анс, которого я не ожидал. У элементов разная характеристика, и на фронте импульса видны ступеньки.
подключение одного канала осцилла на общий выход, а второго канала осцилла на выходы отдельных элементов, показывает что именно фронты отдельных элементов включаются в разное время (разница может 0,5-1 нс, но фронты четко различаются на экране)

возможно это потому что микросхема 74AC Интеграл. Возможно это характерно только для элементов Шоттки.

На одном элементе работает нормально.