/
Автор: Новопольский В.А.
Теги: электротехника измерительные приборы массовая радиобиблиотека осциллографы
Год: 1978
Текст
В. А.НОВОПОЛ ЬСКИЙ
Как работать
с осциллографом
МАССОВАЯ
РАДИО
БИБЛИОТЕКА
Выпуск 958
В. А. НОВОПОЛЬСКИЙ
КАК РАБОТАТЬ
С ОСЦИЛЛОГРАФОМ
МОСКВА
«ЭНЕРГИЯ;
1978
32.842
Н 74
УДК 621.317.75:621.382.
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
Берг А. И., Белкин Б. Г., Борисов В. Г., Ванеев В. И., Гениш-
та Е. Н., Гороховский А. В., Демьянов И. А., Ельяшкевич С. А., Же-
ребцов И. П., Корольков В. Г., Смирнов А. Д., Тарасов Ф. И., Чи-
стяков Н. И., | Шамшур В. И. |
ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ НОВОПОЛЬСКИЙ
Как работать с осциллографом
Редактор В. А. X а н о в
Редактор издательства Н. В. Ефимова
Обложка художника А. А. И Era н о в а
Технический редактор Н. А. Галанчева
Корректор 3. Б. Д р а н о в с к а я
ИБ № 1399
Сдано в набор 27.07.77. Подписано к печати 19.01.78. Т-00533.
Формат 84Х 1О8'/м. Бумага типографская № 2. Гарн шрифта литератур-
ная. Печать высокая. Усл. печ. л. 7,14. Уч.-изд. л. 9,15. Тираж 60.000 экз.
Зак. 238. Цена 70 коп.
Издательство «Энергия», Москва, М-114, Шлюзовая наб , 10
Владимирская типография Союзполиграфпрома при Государственном
комитете Совета Министров СССР по делам издательств, полиграфии
и книжной торговли
600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7
Новопольский В. А.
Н 74 Как работать с осциллографом. — М.: Энергия,
1978.— 136 с, ил.— (Массовая радиобиблиотека.
Вып.; 958).
В книге рассматриваются особенности применения электронного
осциллографа при отыскании неисправностей и настройке транзистор-
ных устройств различного назначения.
Книга рассчитана на подготовленных радиолюбителей.
30404-182 32.842
н 141-78
051@1)-78 6Ф2.08
Издательство «Энергия», 1978
ПРЕДИСЛОВИЕ
Осциллограф как наиболее универсальный индикаторный
прибор представляет собой незаменимый инструмент в руках
умелого оператора. С его помощью производят визуальную на-
стройку радиоаппаратуры, определяют неисправность того или
иного узла, исследуют сравнительно медленные и быстро про-
текающие процессы в различных цепях.
Незаменимую помощь осциллограф может оказать и ра-
диолюбителям при конструировании бытовой аппаратуры.
В данной книге рассказано, как следует -пользоваться ос-
циллографом, и приведены общие правила и приемы работы с
ним. Особое внимание уделено исследованию с помощью ос-
циллографа транзисторных устройств различного назначения.
Главы «Применение осциллографа при налаживании вы-
числительных устройств» и «Анализ работы источников пита-
ния» написаны В. А. Хановым.
Книга предназначается радиолюбителям, занимающимся
конструированием аппаратуры и ее настройкой.
Отзывы о книге просим присылать по адресу: 113114,
Москва М-114, Шлюзовая наб., 10, изд-во «Энергия», редакция
Массовой радиобиблиотеки.
Автор
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ
НАЗНАЧЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА
Одним из наиболее распространенных приборов является элек-
тронно-лучевой осциллограф. И это не удивительно: он обладает ис-
ключительной наглядностью представления исследуемых явлений,
удобством и универсальностью. С соответствующими датчиками, пре-
образующими неэлектрические величины (давление, температуру,
скорость вращения и др.) в электрические сигналы, он может приме-
няться во многих отраслях народного хозяйства. Осциллограф поз-
воляет рассмотреть любые электрические процессы, даже если сигнал
появляется в случайный момент времени и длится миллиардные до-
ли секунды. По изображению на экране электронно-лучевой трубки
(ЭЛТ) можно определить амплитуду рассматриваемого сигнала
(в каждый момент времени) и длительность (любого его участка),
т. е. рассмотреть ход события во времени.
С помощью осциллографа измеряют частоту, фазу, коэффициент
модуляции, малые промежутки времени-, снимают амплитудные и фа-
зовые характеристики различных радиоустройст'в, вольт-амперные
характеристики электронных ламп и полупроводниковых приборов,
исследуют форму сигналов, а также производят другие комплексные
измерения.
Осциллографические измерения отличаются широким диапазо-
ном исследуемых частот (от постоянного тока до СВЧ), возможнос-
тью запоминания и последующего воспроизведения сигналов, высокой
чувствительностью и возможностью отделения сигналов от помех.
КЛАССИФИКАЦИЯ ОСЦИЛЛОГРАФОВ
По ГОСТ 15094-69 осциллографы по назначению и принципу
действия разделяются на приборы универсальные, запомина-
ющие, стробоскопические,скоростные и специаль-
н ы e.v
По числу одновременно наблюдаемых сигналов их делят на од-
но-, двух- и многоканальные осциллографы.
Универсальные осциллограф ы—приборы общего наз-
начения, предназначенные для наблюдения гармонических и импульс-
ных сигналов. С их помощью можно регистрировать однократные
процессы, исследовать пачки импульсов, получать одновременно изо-
бражение двух сигналов на одной развертке, детально исследовать
любую часть сложного сигнала и мйогое другое.
Универсальные осциллографы разделяют на две группы: прибо-
ры моноблочной конструкции и приборы со сменными блоками.
Моноблочные осциллографы общего назначения — наиболее рас-
пространенный тип приборов, применяемый для конкретных исследо-
ваний и ремонтных работ. К ним относятся приборы типов С1-54
(рис. L), Cl-31, Cl-65, C1-72 и др.
Полоса пропускания таких осциллографов достигает 250 МГц
(С 1-75), диапазон исследуемых сигналов по напряжению — от десят-
ков микровольт до сотен вольт.
Осциллографы со сменными блоками отличаются многофункцио-
нальностью, достигаемой за счет применения сменных блоков раз-
4
личного назначения. Типовым примером такой конструкции является
осциллограф С1-70 (рис. 2), имеющий пять блоков усилителей и три
блока развертки: обычная, сдвоенная и стробоскопическая. Комплект
усилителей включает широкополосный усилитель (полоса до 50 МГц),
двухканальный усилитель с коммутатором, высокочувствительный
усилитель A0 мкВ/деление), дифференциальный усилитель и усили-
тель со стробоскопическим преобразователем. В основном блоке уни-
Рис. 1. Моноблочный осциллограф общего
назначения С1-54.
версального осциллографа (базе) расположены источники питания,
оконечные усилители X и Y, органы управления лучом, калибраторы
времени и амплитуды.
Скоростные и стробоскопические о с ц и л л о г р а.
ф ы применяются для исследования переходных процессов в быстро-
действующих полупроводниковых приборах, интегральных микросхе-
мах и переключающих элементах при проведении работ в области
ядерной физики и других областях.
Сущность стробоскопического преобразования состоит в том,-что
специальной схемой создаются очень короткие строб-импульсы, ко-
торые при каждом периоде исследуемого сигнала продвигаются вдоль
него в направлении оси времени и таким образом за определенное чи-
сло периодов проходят исследуемый сигнал полностью. Сигнал и
страб-импульсы подводятся к специальному устройству — смесителю.
Амплитуда строб-импульсов, прошедших через смеситель, пропорцио-
нальна мгновенному значению амплитуды исследуемого сигнала в
Рис. 2. Универсальный осциллограф со сменными блоками типа
С1-70.
момент прохождения строб-импульса. Дальше происходит усиление
и расширение этих импульсов и выделение огибающей исследуемого
сигнала. При этом сигнал растягивается во времени во много раз
A0 ... 10 000) и во столько же уменьшается скорость его изменения,
а следовательно, пропорционально, и верхняя граничная частота, не-
обходимая для передачи. Появляется возможность изучать высоко-
частотные сигналы на низкочастотном приборе.
В стробоскопических приборах последних моделей применяется
автоматизация управления процессом измерения с индикацией выда-
ваемых результатов на различное табло. Эти приборы являются са-
мыми высокочувствительными широкополосными осциллографами и
используются для изучения периодических сигналов (нано- и пико-
секундного диапазона длительностей) в полупроводниковой технике,
вычислительных системах и др. Эквивалентная полоса их пропуска-
ния распространяется от постоянного тока до десятка гигагерц при
уровнях сигналов от единиц милливольт до единиц вольт. Подробное
рассмотрение методов работы с строб-осциллографом выходит за
рамки данной книги.
Скоростные осциллографы предназначены для регистрации одно-
кратных и повторяющихся сигналов в полосе частот около единиц
гигагерц. Исследуемый сигнал подается непосредственно на сигналь
ную отклоняющую систему ЭЛТ, построенную по принципу бегущей
волэду ц позврляющую исключить влияние времени пролета электро-
нов через пространство отклоняющих пластин, за счет чего увеличи-
вается широкополосность. Сигнальный вход таких осциллографов —
коаксиальный с волновым сопротивлением 50—100 Ом. В последних
моделях (например, С7-10А, рис. 3) применена так называемая
квадрупольная фокусировка системой магнитных линз, которая поз-
Рис. 3. Скоростной осциллограф С7-10А.
воляет увеличить скорость записи при фоторегистрации за счет лучшей
фокусировки. Для этой цели применяют также ЭЛТ с волоконно-оп-
тическими экранами.
Запоминающие осциллографы — сравнительно новое
направление развития осциллографии. Они основаны на применении
трубок с памятью. Полоса запоминающих осциллографов достигает
100 МГц при скорости записи до 4000 км/с. Диапазон исследуемых
сигналов —от десятков милливольт до сотен вольт. Время воспро-
изведения записи изображения для различных моделей от 1 до 30 мин.
При выключенном питании некоторые приборы (например, С8-1,
С8-13) сохраняют записанный сигнал до 7 сут. и более. Изображение
восстанавливается после включения прибора.
Эти приборы могут работать как обычные осциллографы. В пос-
леднее время в запоминающие осциллографы вводятся и вычисли-
тельные устройства, что еще более расширяет диапазон их приме-
нения.
С преобразующими датчиками запоминающие осциллографы мо-
гут применяться во многих отраслях науки и техники:
в радиоэлектронике — для изучения в критических уеловиях
свойств элементов (полупроводниковых или ионных приборов, пре-
дохранителей, переключателей, реле и т. п.), для изучения переход-
ных процессов, регистрации однократных и редко повторяющихся си-
гналов;
в акустике и гидроакустике — для изучения звукопроводности
различных материалов и сред;
в моторостроении — для осциллографирования фазовых соотно-
шений в системе зажигания;
в медицине — для осциллографирования импульсов биотоков от
искусственных раздражителей;
в материаловедении — для исследования свойств материалов при
различных механических и температурных воздействиях и во многих
других различных отраслях науки и техники.
Промышленностью выпускаются осциллографы специ-
ального назначения: для исследования телевизионных сигна-
лов, имеющие счетно-фазирующее устройство и позволяющие иссле-
довать любую часть телевизионного сигнала с высокой временной
стабильностью (С9-1); многоканальные индикаторы для медицинских
целей и целый ряд других. В приложении приведены основные техни-
ческие характеристики серийно выпускающихся осциллографов. По-
скольку наибольшее распространение получили осциллографы широ-
кого применения и универсальные, то ниже будет рассмотрена мето-
дика их применения для исследования различных схем на транзис-
торах.
ОСНОВНЫЕ БЛОКИ ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ И
ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
На рис. 4 представлена структурная схема осциллографа широко-
го применения. Несмотря на разнообразие осциллографов, структур-
ная схема остается в основном общей для большинства приборов.
Канал вертикального отклонения усиливает или ослабляет ис-
следуемый сигнал (рис. А, а) до значения, удобного для изучения на
индикаторе. Положение ручки управления, В/см или мВ/см и т. д.,
устанавливает усиление канала У. Канал состоит из входного делите-
ля, в который входят разъемы, аттенюаторы и переключатели; пред-
варительного усилителя, усиливающего сигнал и расщепляющего по-
лярность сигнала для симметричной подачи на пластины (рис. 4, б),
линии задержки; оконечного усилителя.
Линия задержки задерживает сигнал на время, необходимое для
срабатывания канала горизонтального отклонения, т. е. генератора
развертки и усилителя по оси X, чтобы движение луча по горизонта-
ли началось раньше, чем усиленный сигнал поступит на пластины
ЭЛТ (/2). Это позволяет наблюдать передний фронт сигнала.
Время, необходимое для запуска развертки и подсвета прямого
хода луча, для большинства осциллографов не превышает 0,15 мкс.
Поэтому задержка 0,25 мкс, как правило, обеспечивает возможность
8
"К
<о
Рис. 4. Структурная схема осциллографа широкого применения.
рассмотрения фронта сигнала. В канал вертикального отклонения
входит усилитель внутренней синхронизации, который усиливает
часть исследуемого сигнала и передает его для запуска развертки.
Канал горизонтального отклонения обеспечивает синхронное с
исследуемым сигналом напряжение для создания оси времени на
экране ЭЛТ, имеющее форму пилообразного напряжения (рис. 4, г)
с высокой степенью линейности. Формирователь импульсов запуска
вырабатывает короткие запускающие импульсы (рис. 4, в). Генера-
тор развертки создает линейно-нарастающее напряжение. Скорость
нарастания регулируется ручкой «Время/дел.». Это напряжение посту-
пает на усилитель развертки (усилитель X), который расщепляет по-
лярность сигнала (рис. 4, д) и усиливает напряжение развертки до
значения, необходимого для требуемого масштаба изображения. По-
ложительно нарастающее пилообразное напряжение подается на пра-
вую отклоняющую пластину ЭЛТ, а отрицательное — на левую. В ре-
зультате луч по экрану трубки проходит слева направо установленное
количество делений шкалы за единицу времени. При переключении син-
хронизатора в режим непрерывных колебаний обеспечивается авто-
колебательный режим работы развертки,
Прямоугольный импульс подсвета луча генерируется в схеме ге-
нератора развертки и подается на модулятор трубки. Длительность
его должна совпадать с длительностью нарастающей части пилооб-
разного напряжения. Назначение этого импульса — отпирать трубку
во время прямого хода луча.
Выпускавшиеся до недавнего времени осциллографы (ЭО-7,
СИ-1) имели примитивную синхронизацию и плавно регулируемые не-
калиброванные развертки. Современные приборы имеют калиброван-
ные развертки и снабжаются для удобства отсчета сетчатыми шка-
лами.
В осциллографах, выпускаемых в последние годы, шкалы, с
помощью которых определяются амплитуды и время, наносятся с
внутренней стороны экрана трубки. Это избавляет оператора от
ошибки из-за явлений параллакса.
В состав осциллографа входят также калибраторы амплитуды и
времени, предназначенные для калибровки масштабов каналов верти,
кального и горизонтального отклонения, и источники питания со ста-
билизацией.
КАНАЛ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
Канал вертикального отклонения является одним из важнейших
узлов, определяющих область применения всего осциллографа. Основ-
ные его части — входной делитель напряжения, линия задержки,
предварительный и оконечный каскады усиления (рис. 4). Линия
задержки включается между предварительным и оконечными уси-
лителями; она должна быть достаточно широкополосной и не вносить
искажений. Нагрузочное сопротивление линии должно равняться
волновому сопротивлению. Задержка сигнала может быть также по-
лучена и с помощью отрезка коаксиального кабеля. Для кабелей со
сплошной полиэтиленовой изоляцией (РК-75-2-11) задержка^ состав-
ляет 5 нс/м, а для специальных кабелей задержки—100 нс/м и
более.
Основное требование к усилителю вертикального отклонения со-
стоит в том, чтобы он вносил как межно меньше искажений и наряду
с этим имел необходимый коэффициент усиления.
10
Основные виды искажений тракта вертикального отклонения.
Частотными искажениями называют неодинаковое усиление сигналов
разных частот в полосе пропускания. При исследовании импульсных
сигналов они проявляются в виде искажения формы импуль-
сов, а при исследовании синусоидальных сигналов вызывают
ошибки измерения амплитуды Причины частотных искаже-
ний различны на высших и низших частотах. На» низших
частотах они возникают из-за влияния разделительных конденсато-
ров межкаскадной связи, а на высоких — из-за влияния паразитных
емкостей монтажа и транзисторов (ламп), а также из-за зависимости
парметров транзисторов (ламп) и ЭЛТ от частоты. Для уменьшения
этих искажений в усилитель осциллографа обычно вводят специаль-
ные элементы коррекции. Элементы коррекции также могут стать
источником частотных искажений при изменении их параметров со
временем. Еще одним источником частотных искажений может стать
линия задержки, если она имеет неоднородности или плохо согласо-
вана.
Фазовыми искажениями называют неодинаковую задержку сиг-
налов разных частот. Они также проявляются в виде искажения фор-
мы импульсов. Фазовые искажения усилителя осциллографа обычно
не измеряют и не нормируют, так как фазовая характеристика тесно
связана с частотной. Чтобы фазовая характеристика была хорошей,
частотная должна быть равномерной в полосе пропускания, а за ее
пределами спадать достаточно плавно. В современных осциллографах
стремятся получить скорость спада на верхнем срезе полосы пропус-
кания 6 дБ при изменении частоты в 2 раза.
Амплитудными искажениями называют неодинаковое усиление
сигналов размой амплитуды. Они возникают из-за нелинейности ха-
рактеристик транзисторов (ламп) и отклоняющей системы трубки.
Основным источником амплитудных искажений обычно служат око-
нечные каскады усилителя вертикального отклонения и отклоняющая
система, так как они работают при больших амплитудах сигналов.
Однако при неправильной эксплуатации осциллографа каскады пред-
варительного усиления могут перегрузиться и также стать источником
амплитудных искажений.
Выходные каскады усилителей отклонения осциллографа строят-
ся почти исключительно по симметричной схеме, и сигнал подво-
дится к пластинам ЭЛТ отсимметрированным. Причин для этого
несколько: при симметричном питании отклоняющих пластин луч
меньше расфокусируется отклоняющей системой; симметричные схемы
усилителей имеют меньший дрейф, чем несимметричные; в симметрич-
ных выходных каскадах легче получить широкую полосу пропускания.
Иногда выходные каскады в осциллографах со сменными блока-
ми размещаются в базе прибора, в этом случае их параметры долж-
ны обеспечивать устойчивую работу с любым сменным блоком, а по-
лоса пропускания должна соответствовать полосе самого широкопо-
лосного блока.
Усилители постоянного тока. Отклоняющие системы большинства
современных осциллографов имеют непосредственную связь с выход-
ными каскадами усилителей, а сами усилители — непосредственные
связи между каскадами. Это обеспечивает полное отсутствие фазо-
вых и частотных искажений на низших частотах и часто позволяет
ускорить проведение измерений (при проверке транзисторных схем
можно сразу определить максимальное и минимальное значения на-
пряжения на коллекторе при подаче на вход сложного сигнала).
И
Несколько лет тому назад осциллографы с усилителями постоян-
ного тока использовались только в научной практике и лаборатори-
ях Сейчас они стали проще по конструкции, в них применены новые
схемные решения и они получили широкое распространение.
В осциллографах с усилителями переменного тока между вход-
ным гнездом прибора и первым каскадом усилителя помещается раз-
делительный конденсатор. Он изолирует вход усилителя от
любого постоянного напряжения, которое может находиться
в испытываемом устройстве, но позволяет переменному сиг-
налу пройти на вход усилителя вертикального отклонения. Цепи
межкаскадной связи также могут иметь разделительные конденса-
торы.
В осциллографе постоянного тока разделительного конденсато-
ра нет, и вход осциллографа непосредственно соединен со входом
усилителя, который имеет непосредственные связи между каскадами.
Поэтому как присутствующий в исследуемом устройстве постоянный
потенциал питания, так и переменный сигнал вызывают отклоне-
ние луча по вертикали на экране осциллографа. Правда, обычно раз-
делительный конденсатор в осциллографе все же имеется, но он мо-
жет включаться и выключаться специальным переключателем («за-
крытый» или «открытый» вход).
В усилителях постоянного тока с высоким усилением существует
явление дрейфа. Для того чтобы скорость его была минимальной, на-
до начинать работу после длительного прогрева осциллографа. Мак-
симально ожидаемый дрейф после прогрева определяется в милли-
вольтах или микровольтах в час. Смещение луча, определяемое дрей-
фом, может зависеть от выбранного коэффициента отклонения
Например, если коэффициент отклонения выбран 1 мВ/см, а
дрейф равен 1 мВ/ч, то в течение любого часа работы (после прогре-
ва) дрейф не должен быть больше 1 см. В большинстве случаев
дрейф за час не имеет большого значения, так как на экране рас-
сматривают изображение около одной — нескольких минут.
Уровень нулевого потенциала. При использовании осциллографа
постоянного тока положение линии, соответствующей нулевому по-
тенциалу, определяется однозначно, чего нельзя сказать об осцилло-
графах переменного тока. Если отключить входной сигнал, замкнуть
накоротко вход и поместить линию развертки на среднее деление
вертикальной шкалы, то эта линия как раз и определит линию ну-
левого потенциала. Площадь выше этой линии будет относиться к
части сигнала с положительным, а ниже — с отрицательным потен-
циалами.
Допустим, что нужно измерить синусоидальный сигнал, имеющий
размах 30 В, начиная от нуля. Если воспользоваться осциллографом
переменного тока, установив коэффициент отклонения 10 В/см, то по-
лучим изображение, показанное на рис. 5, а, на котором центр рас-
положен посредине экрана. При этом никакой информации о том, что
изображение начинается с нуля, не поступает, и получается симмет-
ричный относительно нуля сигнал ±15 В.
Изображение на экране осциллографа постоянного тока показано
на рис. 5, б. Синусоида начинается с нулевой линии и располагается
в верхней части экрана.
На рис. 6, а приведен строчной задающий импульс амплитудой
50 В на сетке строчной выходной лампы на экране осциллографа
переменного тока при коэффициенте отклонения 20 В/см. При тех же
самых условиях (рис. 6,6) на экране осциллографа постоянного тока
12
можно увидеть, что на этой же сетке находится еще и отрицательное
постоянное напряжение в 60 В. Таким образом, осциллограф постоян-
ного тока может несколько ускорить процесс измерений, потому что
позволяет одновременно измерять в схеме и уровень постоянной со-
ставляющей, и переменный сигнал. Если имеется только осциллограф
Рис. 6. Изображение строчного синхроимпульса на экране осцил-
лографа.
а —с закрытым; б — с открытым входом.
переменного тока, то сначала с помощью вольтметра проверяется по-
стоянное напряжение, а затем на осциллографе рассматривается фор-
ма сигнала. На осциллографе постоянного тока эти операции
производятся одновременно.
Однако этим преимуществом осциллографа постоянного тока мож-
но воспользоваться не всегда, а только в тех случаях, когда постоян-
ная и переменная составляющие сигнала имеют один порядок вели-
чины. Если порядки разные, потребуется изменить коэффициент от-
клонения и сместить линию развертки. Допустим, что мы исследуем
усилительный каскад, в котором напряжение на коллекторе транзи-
стора равно 5 В, а переменная составляющая сигнала имеет размах
13
Рис. 5. Изображение одного и того же сигнала C0 В) на экране
осциллографа.
а — с закрытым; б — с открытым входом.
50 мВ. Установив коэффициент отклонения осциллографа рав-
ным 2 В/см, можно отсчитать постоянное напряжение на коллек-
торе транзистора непосредственно по положению линии развертки.
Но измерить переменную составляющую сигнала нам при этом не
удастся, так как луч будет смещаться под ее действием всего на
0,5 мм. Чтобы рассмотреть сигнал, придется установить коэффициент
отклонения около 0,1 В/см, но при этом постоянная составляющая
отклонит луч далеко за пределы экрана.
Вернуть его на экран можно двумя способами: переведя осцил-
лограф на «закрытый вход», т. е. включив на его входе разделитель-
ный конденсатор, или ручкой, смещающей луч по вертикали. Второй
из упомянутых способов страдает серьезными недостатками. Во-пер-
вых, запас регулировки может оказаться недостаточным, и луч не
удастся вернуть на экран. Во-вторых, у некоторых осциллографов
(Cl-31, C1-54) регулировка смещения луча производится не в пер-
вом каскаде, а после предварительного усиления. При этом может
оказаться, что луч на экран вернуть удается, но первые каскады бу-
дут перегружены постоянной составляющей и внесут сильные ампли-
тудные искажения или даже ограничат сигнал.
Нижняя граничная частота. Любой осциллограф переменного то-
ка имеет ограничения по низшей частоте. Для большинства осцилло-
графов переменного тока нижняя граничная частота, т. е. частота
синусоидального сигнала, на которой усиление падает на 3 дБ по
отношению к усилению на средних частотах, находится в пределах
от 5 до 20 Гц. Заметным падение усиления становится на частоте
в 3—4 раза больше, чем граничная. Импульсные сигналы достаточно
большой длительности искажаются. Искажения вызываются про-
цессами разряда и заряда конденсаторов межкаскадной связи усили-
теля вертикального отклонения. При уменьшении длительности сигна-
ла искажения уменьшаются, так как уменьшается влияние постоян-
ной времени цепи связи.
Поскольку в усилителе постоянного тока переходный конденса-
тор отсутствует, то искажения подобного вида не наблюдаются при
сколь угодно длительных импульсах.
Усилители с несколькими входами. Для расширения функцио-
нальных возможностей осциллографа применяются усилите-
ли с двумя и более входами, на которые подаются различные
сигналы.
Дифференциальный усилитель — это усилитель, на два входа
которого поступают сигналы с различной амплитудой, а на выходе
получают один сигнал, пропорциональный разности этих амплитуд
Одной из областей применения дифференциальных усилителей
явл^еТся исследование сигнала при значительном уровне помех: на
одий вход подается сигнал с помехой, а на другой — только помеха.
В этТ5й случае сигнал будет усиливаться, а помеха — подавляться.
В частности, дифференциальный усилитель позволяет исследовать
сигнал, имеющий постоянную составляющую.
Если дифференциальный^ усилитель устойчив к перегрузкам, то
появляется возможность исследования сигнала (в большом масшта-
бе) по частям: на один вход подается исследуемый сигнал с ампли-
тудой, достаточной для отклонения луча на несколько диаметров
трубки, а на второй — постоянное напряжение регулируемой вели-
чины. На экране трубки будет воспроизводиться только та часть
напряжения сигнала, которая лежит по ам"плитуде близко к уровню
постоянного напряжения. Изменяя этот уровень, можно выделить не-
14
обходимый участок сигнала. Таким способом увеличивают точность
измерения амплитуды.
Двухканальный усилитель-коммутатор и дву гучевой осцил-
лограф. Два одновременных или следующих один за другим сигнала
могут изучаться осциллографом с коммутатором (С1-15 с блоком
С1-15/3 или С1-70 с блоком 1У12А) либо двухлучевым осциллогра-
фом (С 1-55, С1-74). Обе эти системы имеют свои достоинства и не-
достатки.
В осциллографе с коммутатором временные и амплитудные ха-
рактеристики каналов практически одинаковы, тогда как в двухлу-
чевом осциллографе этого добиться трудно из-за разброса парамет-
ров отклоняющих систем двух лучей ЭЛТ. Прибор с коммутатором
менее громоздок и потребляет меньшую мощность, так как имеет
только один оконечный усилитель. Используя осциллограф с ком-
мутатором, можно получить устойчивое изображение двух сигналов,
не синхронных друг с другом; для этого вход синхронизации дол-
жен переключаться одновременно с наблюдаемыми сигналами.
Однако усилитель-коммутатор имеет и недостатки. При его при-
менении яркость изображения снижается в среднем вдвое; возмож-
ность исследования двух одновременных однократных процессов ог-
раничена только длительными процессами (сотни микросекунд и бо-
лее). Имеется еще один недостаток, который мы обсудим далее, но
для этого сначала нужно рассмотреть применяющиеся в усилителях-
коммутаторах способы коммутации.
Коммутатор осциллографа попеременно подключает оконечный
усилитель к предварительному усилителю то одного, то другого ка-
нала. Возможны два режима переключения: либо во время обратно-
го хода развертки (синхронный режим), либо с постоянной частотой,
задаваемой специальным генератором (несинхронный режим). Обыч-
но генераторы частоты переключения имеют частоту от нескольких
десятков до нескольких сотен килогерц. В блоке С1-15/3 эта часто-
та равна 50 кГц.
Пример изображения на экране осциллографа при синхронном
режиме коммутации приведен на рис. 7, а, при несинхронном — на
рис. 7, б. Пунктиром на рис. 7, а показан обратный ход развертки,
который гасится. Прерывистость линии на рис. 7, б дана условно,
так как наблюдается не всегда. Ее можно заметить в том случае,
когда период наблюдаемого процесса близок к целому кратному
периода частоты переключения, и кратность не превышает сотни.
Если, наоборот, период частоты переключения окажется близким к
цзлому кратному периода входного сигнала, возможно появление
неприятных мельканий изображения или даже полное пропадание
изображения одного из двух сигналов на некоторый промежуток
времени.
По указанным причинам обычно несинхронный режим применя-
ют только при длительных развертках, где его недостатки не про-
являются, а также при фоторегистрации однократных процессов,
когда синхронный режим невозможно использовать. При этом мини-
мальная длительность регистрируемого процесса составляет 25—50
периодов частоты переключения @,5—1 мс при частоте переключения
50 кГц), что намного больше минимальной длительности регистри-
руемого процесса для двухлучевого осциллографа (несколько мик-
росекунд).
В остальных случаях обычно используют синхронный режим пе-
реключения. Однако синхронный режим таит в себе один коварный
15
недостаток. Причина его лежит в том, что в этом режиме изображе-
ния сигналов, видимые на экране одновременно, на самом деле соот-
ветствуют неодновременным процессам в исследуемом устройстве.
Например, если луч прочерчивает изображение сигнала в канале А
в нечетные периоды развертки, то в канале Б — в четные. Это не
приведет к ошибкам, когда период сигнала в каналах А и Б равен
периоду развертки. В большинстве случаев это условие выполняет-
ся, и работающий с прибором часто забывает, что видит неодновре-
менные процессы.
Рис. 7. Пример изображения с помощью электронного коммута-
тора.
а — последовательное переключение луча («синхр»); б — непрерывное пере-
ключение E0 кГц); в — форма сигнала на входах А и Б; г — форма сиг-
нала в режиме А+Б.
В некоторых случаях, однако, может оказаться, что истинный
период сигналов на входах равен двум периодам развертки (в более
общем случае — четному числу периодов). Тогда мы увидим на
экране как бы совмещенными во времени первую половину периода
сигнала А и вторую половину периода сигнала Б. Описанные ситуа-
ции могут встречаться при работе с телевизионными системами, а
также в вычислительной технике и приводят к грубым ошибкам.
Коммутаторы в несинхронном режиме и двухлучевые осциллографы
полностью свободны от этого недостатка.
Усилитель-коммутатор часто имеет, кроме двух режимов рабо-
ты с переключением, режимы суммирования и вычитания сигналов
входов А и Б (рис. 7, в, г). В частности, эти режимы имеются в бло-
ке С1-15/3 и 1У12А. Возможности такого усилителя очевидны. Заме-
тим однако, что усилитель в режиме вычитания хотя и выполняет
функцию дифференциального усилителя, все же его не заменяет, так
как намного хуже подавляет синфазные помехи и менее устойчив к
перегрузкам синфазным сигналом.
16
Двухлучевой осциллограф строится на ЭЛТ с двумя отдельными
катодами, модуляторами и анодами. Системы отклоняющих пластин
могут быть разными или общими.
Типичная двухлучевая ЭЛТ 16ЛО2И имеет две пушки, две пары
вертикально отклоняющих пластин и одну — горизонтально откло-
няющую. Лучи по вертикали отклоняются двумя разными сигналами,
а по горизонтали — оба одним развертывающим напряжением.
Вследствие некоторой разницы между параметрами пушек необхо-
димо вводить балансировку начальных положений лучей (рис. 8).
Рис. 8. Способ корректировки положения лучей в двухлучевой
ЭЛТ.
а — схема; б — лучи не откорректированы; в — правильная установка лу-
чей.
Двухлучевой осциллограф на передней панели имеет регулиров-
ку яркости и фокуса для каждого луча, который может смещаться
по вертикали регулировкой смещения по У.
Существуют также осциллографы с числом лучей более двух
(вплоть до пяти лучей у С1-33), а также двухлучевые осциллогра-
фы с коммутатором на каждом луче (С 1-17 со сменными блоками
С1-15/3).
КАНАЛ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
Генераторы разверток. В осциллографах обычно используются
линейные развертки, при которых смещение луча по горизонтали,
пропорциональное времени, осуществляется напряжением пилообраз-
ной формы.
Если процесс развертки повторяется непрерывно при отсутствии
входного сигнала, то развертка называется непрерывной или перио-
дической. Такие развертки применялись в осциллографах старых вы-
17
пусков. Непрерывная развертка непригодна для исследования одно-
кратных процессов, а также импульсных с большой скважностью,
т. е. импульсов, длительность которых мала по отношению ко вре-
мени между двумя соседними импульсами.
Для исследования подобных сигналов, а также непериодических
процессов применяется ждущая развертка, т. е. такой режим работы
генератора развертки, когда самостоятельно генерировать напряже-
ние развертки он не может, а после прихода исследуемого импуль-
са (или внешнего импульса запуска) генерирует один пилообразный
импульс и затем ждет следующего запуска. Генератор ждущей раз-
вертки может также работать и в автоматическом режиме, прочер-
чивая ось времени по экрану и в моменты отсутствия сигнала.
Длительность ждущей развертки всегда может быть установлена
такой, чтобы изображения интересующих оператора сигналов зани-
мали большую часть экрана и не перекрывали друг друга. Напри-
мер, ждущая развертка позволяет очень хорошо рассмотреть корот-
кий импульс цветовой синхронизации в телевизионном сигнале. Что-
бы увидеть форму импульса строчной развертки, запуск можно про-
извести от трансформатора при обратном ходе луча. Ждущая раз-
вертка может быть отрегулирована так, чтобы наблюдать фронт или
спад сигнала, а также фрагмент любой длительности, следующий за
ними.
Калиброванные во времени развертки. В прежних моделях для
того, чтобы измерять длительность исследуемых процессов, преду-
сматривались специальные устройства, калибрующие ось времени с
помощью яркостных меток. Неудобства пользования калибраторами
с яркостными метками привели к созданию более современных, так
называемых ждущих калиброванных разверток, которые в основном
и используются в большинстве современных осциллографов.
Основным отличием генератора калиброванной развертки явля-
ется то, что выходные напряжения такого генератора линейны и ста-
бильны, что "позволяет определять длительность исследуемого про-
цесса непосредственно по шкале экрана ЭЛТ.
На рис. 9 приведена структурная схема генератора развертки
современного осциллографа. Рассмотрим назначение ее основных
узлов.
Узел синхронизации / преобразовывает входной сигнал в серию
импульсов запуска схемы управления разверткой. Эти импульсы
имеют постоянные амплитуду и длительность независимо от формы,
амплитуды и длительности входного сигнала.
Узел управления генератором развертки 2 формирует импульс,
непосредственно управляющий генератором развертки. Длительность
импульса равняется длительности прямого хода развертки. Схема
блокировки обратного хода служит для того, чтобы обратный ход
луча начинался по достижении определенной амплитуды развертки,
и для устранения возможности запуска разбертки случайным им-
пульсом, попавшим на вход во время обратного хода луча. Управля-
ющие импульсы обычно формируются мультивибраторами или триг-
герами.
Схемы с мультивибраторами проще, и в осциллографах прежних
выпусков они часто совмещались с генераторами развертки. Сейчас,
как правило, применяются схемы с триггерами (С 1-54, С1-65, С1-70
и т. д.). Эти схемы не имеют собственных времязадающих цепей, с
их помощью легче пелучать импульсы в широком диапазоне длитель-
ностей.
13
Вместо гашения луча во время обратного хода, как это было
принято в старвгх осциллографах, в современных приборах приме-
няется подсвет луча во время прямого хода импульсом, взятым
с узла управления генераторвм развертки.
Генератор развертки 3 создает пилообразное нарастающее (или
спадающее) напряжение. В качестве генератора развертки в совре-
менных осциллографах чаще всего применяются схемы со стабили-
зацией тока заряда (разряда) — интеграторы с емкостной обратной
связью, схемы с положительной обратной связью, имеющие высокую
степень линейности выходного напряжения, и т. д.
Рис. 9. Структурная схема генератора калиброванной развертки.
Схема однократного запуска 4 имеется в большинстве совре-
менных осциллографов и используется при фоторегистрации. После
срабатывания развертки от первого запускающего импульса эта схе-
ма блокирует узел синхронизации от повторного срабатывания. Схе-
ма синхронизации возвращается в состояние готовности к запуску
нажатием кнопки или специальным сигналом.
Оконечный усилитель развертки 5 формирует напряжение для
подачи на пластины ЭЛТ. Обычно применяются симметричные схе-
мы. Изменение коэффициента усиления каскада позволяет изменять
масштаб развертки в 5—10 раз и более.
Управление работой генератора развертки. Учитывая, что управ-
ление генератором развертки является наиболее сложным при ра-
боте с осциллографом, рассмотрим несколько практических примеров.
На рис. 10 показана часть лицевой панели осциллографа С1-54
с органами управления разверткой.
Допустим, что на вход У подан синусоидальный сигнал с ча-
стотой от 10 Гц до 2 МГц. Переключатель синхронизации в этом
случае поставим на «Внутренняя», ручку «Уровень запуска» в край-
нее правое положение. Эта ручка регулирует уровень запускающего
19
сигнала, при котором срабатывает триггер, формирующий импульс
за-пуска развертки. Если уровень запуска установить большим, чем
амплитуда запускающего сигнала, запуска развертки не произойдет.
Наибольшая чувствительность запуска будет при уровне, близком к
нулевому.
Ручка «Режим запуска» имеет два основных положения: правое
«Автокод» для наблюдения периодических процессов, левое «Жду-
щий» для работы в ждущем режиме. Повернем ручку «Режим за-
пуска» до упора в правое крайнее положение, а когда на экране
появится изображение, повернем медленно в обратном направлении,
против часовой стрелки, пока
развертка не исчезнет. Опи-
санная методика установки
ручки «Режим запуска» под-
ходит для получения изобра-
жения сигнала сложной фор-
мы. Эта ручка не должна при-
меняться для стабилизации
развертки или синхронизации.
Теперь повернем ручку
«Уровень запуска» примерно в
центральное положение, при
этом вновь появится линия
развертки. Изменением чувст-
вительности по У установим
высоту изображения 2—4 см.
Смещением по X поместим на-
чало левого края изображения
около левого края шкалы. Пе-
реключателем «Длит/см» уста-
новим 2—3 периода исследуе-
мого сигнала на весь экран.
Смещением по У изображение
поместим симметрично относи-
тельно центральной оси.
Регулировкой уровня за-
пуска начало развертки может
перемещаться по склону кривой ¦
исследуемого сигнала: в положении «+» — по фронту сигнала, а в
положении «—» — по спаду сигнала (рис. 11, а).
В связи с тем, что формы сигналов и цели измерений могут быть
самыми разными, не может быть постоянного правила установки руч-
ки «Уровень запуска». Допустим, необходимо рассмотреть выброс
на сигнале (рис. 11,E). В этом случае устанавливают ручку уровня
запуска в такое положение, когда запуск развертки начинается пе-
ред выбросом на сигнале, а затем, уменьшая время прохождения
луча по экрану с помощью ручки «Множитель», растягиваем этот
участок в необходимой степени (рис. 11, в). Цена деления временной
шкалы определяется умножением показаний ручек «Длит/см» и
«Множитель».
Положение «Автокод» ручки «Режим запуска» предназначено
для периодических сигналов, амплитуда которых слишком мала для
запуска ждущей развертки. Положение переключателя синхрониза-
ции ВЧ предназначено для работы на самых быстрых развертках,
когда невозможно получить устойчивое изображение ручкой «Уро-
вень».
20
Рис. 10. Органы управления раз-
верткой осциллографа С1-54.
Определение правильной длительности исследуемого процесса
по шкале осциллографа возможно только при установке ручки «Длит,
плавно» в определенное калиброванное положение.
Переключатель «Синхронизация» позволяет выбрать запуск: в
положении «Внутренний запуск» — частью исследуемого сигнала»;
«Сеть» — напряжением с частотой питающей сети; «Внешний» — от
внешнего источника (от генератора строк или кадров телевизора).
Система двойной задержанной развертки. Необходимое в ряде
случаев большое увеличение участков сигнала по оси времени позво-
ляют получать системы двойных задержанных разверток, структур-
Рис. 12. Упрощенная структурная схема системы двойных развер-
ток. В обоих развертках А и Б находятся блоки, обведенные пунк-
тирной линией на рис. 9.
ная схема одной из которых показана на рис. 12. С помощью таких
систем можно рассматривать любой участок сигналов сложной фор-
мы протяженностью менее 1% периода сигнала.
Как видно из структурной схемы, такая развертка состоит из
двух генераторов развертки Л и Б, которые могут работать вместе или
по одному. Задержка начала развертки относительно момента по-
дачи запускающего импульса на время от 1 мкс до 0,5—1 с (осцил-
лограф С1-31) осуществляется при работе обоих генераторов. Гене-
21
Рис. 11. Осциллограммы, показывающие влияние положения уста-
новки ручек «Уровень запуска» и «Множитель».
ратором Б производится калиброванная во времени задержка, после
которой генератор Л осуществляет обычное развертывающее напря-
жение. Такая система расширяет область применения осциллографа,
так как появляется возможность большой растяжки нужных участ-
ков сигнала, а также уве-
личивается точность измере-
ния временых интервалов.
Но наибольшее растя-
жение во времени сигнала
происходит в режиме одно-
временной работы двух раз-
верток (Д + Б). Для этого на
полном изображении слож-
ного сигнала, развернутого
разверткой А, получают яр-
костную метку от развертки
Б. Ручкой «Задержка» сме-
щают яркостную метку так,
чтобы высвечивалась инте-
ресующая часть сигнала
(рис. 13, а), и уточняют пе-
реключателем «Время/дел»
длительность развертки Б,
чтобы эта часть высвечива-
лась полностью. Затем уста-
навливают переключатель
рода работы задержки в по-
ложение «Б задерж.», и
на экране окажется изобра-
жение только интересующей
нас части сложного сигнала
(рис. 13,6), которое можно
подробно рассмотреть.
Усилитель горизонталь-
ного отклонения. Главными
требованиями к этому узлу
являются высокая линей-
ность амплитудной харак-
теристики и достаточная
п©лоса пропускания. В не-
которых осциллографах
(например, С1-54) усили-
тель горизонтального откло-
нения может быть отклю-
чен от генератора разверт-
ки и подсоединен к внешнему источнику сигнала. Такой осциллограф
можно использовать для измерения отношения частот по фигурам
Лиссажу, для измерения сдвига фаз, подключать к приставкам-ха-
рактериографам и т. д. При измерении сдвига фаз необходимо учи-
тывать, что в канале вертикального отклонения имеется линия за-
держки, которая вносит дополнительное отставание фазы Дф, равное
Дф^360°т3/с,
где т3 — задержка; fc —частота входного сигнала.
Рис. 13. Применение задержан-
ной развертки для исследования
сигнала сложной формы.
а — режим А+Б; б — режим Б задерж.
22
ТРЕБОВАНИЯ К ТРАКТУ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТКЛОНЕНИЯ
Достоверность измерений зависит от многих факторов. В первую
очередь нужно четко представлять возможные искажения, возникаю-
щие от неправильной эксплуатации прибора. Ошибки, связанные с ра-
ботой коммутатора, уже обсуждались ранее.
Другой пример. На экране можно увидеть идеальный прямо-
угольный импульс в тех местах схемы, где его на самом деле нет.
Причиной является неправильный выбор уровней сигналов. Поэто-
му очень важно знать возможности осциллографа и уметь им поль-
зоваться.
При воспроизведении сигналов большое влияние на исследуемую
схему оказывают входные цепи осциллографа. Активная составляю-
щая входного сопротив-
ления для осциллографов
общего применения
обычно равна 1,0 МОм,
значение емкостной со-
ставляющей зависит от
типа прибора и состав-
ляет 30—60 пФ. Чем
полоса больше, тем, как
правило, меньше значе-
ние входной емкости.
При использовании вы-
носного делителя (см.
ниже) активная состав-
ляющая увеличивается
до 5,0 МОм и более, а
емкостная составляющая
уменьшается до 5—10 пФ.
Время нарастания и
Рис. 14. Измерение времени нараста-
ния переднего фронта ступенчатого
сигнала.
частотная характеристи-
ка. Одной из главных
качественных характери-
стик осциллографа явля-
ется время нарастания
переходной характеристики канала вертикального отклонения, кото-
рое связано с полосой пропускания соотношением
тн = 0,35//в,
где тн — время нарастания переходной характеристики, не; fB —
верхняя граничная частота полосы пропускания, МГц.
Время нарастания канала У определяет возможность воспроиз-
ведения прибором быстрых импульсных процессов. С точки зрения
экспериментатора время установления определяется как время, не-
обходимое для прочерчивания электронным лучом на экране ЭЛТ
фронта отклика на поданный на вход осциллографа идеальный пе-
репад напряжения с фронтом бесконечно малой длительности
(рис. 14).
Если применяемый осциллограф имеет канал вертикального от-
клонения со временем нарастания не более 1/5 от времени нарастания
самого быстрого исследуемого ступенчатого сигнала, то время нара-
стания исследуемого сигнала будет изображено на экране с погреш-
23
ностью менее 2% (без учета нелинейности развертки). Практически,
однако, часто приходится измерять время установления в условиях,
когда измеряемое время одного порядка с временем установления
прибора. В этом случае можно воспользоваться соотношением
2 2 | 2
^изм == туст I тф '
где Туст — время нарастания канала вертикального отклонения;
Тизм — время, измеренное по шкале ЭЛТ; Тф — время нарастания
входного импульса.
Пользуясь этим соотношением, можно найти туСт, если известно
Тф, и наоборот. Следует заметить, что точность такого измерения не-
высока.
Рис. 15. Изображение одного и того же
сигнала на экранах осциллографов с раз-
личной полосой пропускания.
а —20 МГц; 6—100 МГц; в — 1000 МГц.
Неидеальность частотной и фазовой характеристик усилителя
вертикального отклонения вызывает выбросы, звон и сколы при вос-
произведении быстро нарастающих сигналов. В паспортах осцилло-
графов указываются выброс, неравномерность вершины и спад пере-
ходной характеристики. К сожалению, как в ламповых, так и в тран-
зисторных устройствах переходная характеристика изменяется со
временем, что вызывает дополнительные погрешности. С этим особен-
но надо считаться в ламповых осциллографах (в частности, в С1-54),
где через несколько сотен часов работы на изображениях импульс-
ных сигналов иногда появляются дополнительные выбросы.
Частотная характеристика определяет качественную передачу
широкополосных сигналов. На рис. 15 приведена осциллограмма сиг-
нала на трех осциллографах: Cl-54, C1-31 и С7-10А, имеющих поло-
сы пропускания 20, 100 и 1000 МГц. Из осциллограмм видно, что
широкополосный прибор может обнаружить такие детали, которые
нельзя было увидеть при работе с осциллографом с малой полосой
пропускания.
Если нужно воспроизвести без искажений амплитуду прямо-
угольного импульса длительностью ти, а неискаженная передача
фронтов не требуется, то достаточно иметь полосу пропускания ос-
циллографа /в^0,7/ти.
24
Нижняя граничная частота, которая определяет неравномерность
вершины импульса hUm относительно его высоты Um, определяется
из выражения
АЦт
/и " ит.2лти #
Для исследования сигналов с крутым фронтом необходимо знать
не только время нарастания усилителя У, но и время нарастания
всего осциллографа, так как на данный параметр существенно влия-
ют входные цепи прибора и ЭЛТ.
Скорость записи. Во многих измерениях большое значение име-
ет скорость записи — это максимальная скорость перемещения луча
по экрану, при которой еще обеспечивается фотографирование изо-
бражения. При регистрации синусоидальных сигналов самая высокая
скорость наблюдается в момент перехода через ось времени. При
воспроизведении прямоугольных сигналов скорость записи макси-
мальна на фронте и спаде. Допустимая скорость записи при фото-
регистрации с экрана обычных осциллографов зависит от яркости,
степени уменьшения изображения, светосилы объектива, светочув-
ствительности пленки, диаметра светящегося пятна на экране, режи-
ма трубки и т д. Например, увеличение анодного напряжения в 5 раз
увеличивает скорость записи в 25—30 раз.
Скорость фоторегистрации для скоростного осциллографа С7-10А
составляет 1000 км/с. Скорость записи в запоминающих осциллогра-
фах определяет максимальную скорость движения электронного лу-
ча, при которой еще обеспечивается запоминание сигнала. В осцил-
лографе С8-12 скорость записи составляет 4000 км/с.
Подключение прибора к исследуемой цепи. При использовании
широкополосных и особенно высокочувствительных приборов нужно
всемерно уменьшать длины как сигнальных проводов, так и зазем-
ления, поскольку индуктивность провода длиной 20—25 см может
сильно исказить фронт быстро нарастающего сигнала. Это особенно
важно для источников сигнала с низким выходным сопротивлением.
Длинные проводники могут даже в низкочастотных цепях вызвать
появление емкостных и магнитных наводок.
В случае емкостной наводки следует выполнять входные цепи
экранированным проводом или коаксиальным кабелем. Магнитные
наводки также уменьшаются при экранировании, особенно в том слу-
чае, когда экран является единственным общим проводом между
источником сигнала и входом осциллографа. К сожалению, послед-
нее условие часто невозможно выполнить практически, и эффектив-
ность экранирования по отношению к магнитным наводкам обычно
невысока. Иногда удается уменьшить магнитную наводку, распола-
гая контуры входной и наводящей цепей в перпендикулярных плос-
костях.
Эффективными средствами уменьшения наводок всех видов яв-
ляются монтаж измерительной схемы на проводящей плоскости
(фольгированный диэлектрик), которая в этом случае используется
в качестве измерительной «земли», а также рациональное располо-
жение приборов и проверяемого устройства, позволяющее сократить
до минимума длину цепей.
При использовании осциллографа для проверки широкополос-
ных линий связи необходимо согласование распределенного сопро-
тивления подводящего кабеля со входным сопротивлением измери-
тельного прибора, в данном случае осциллографа.
25
Параметры входа. При любых измерениях нужно учитывать
влияние осциллографа как нагрузки на источник исследуемого сиг-
нала. Нагрузка (входная цепь прибора) представляет собой сопро-
тивление, шунтированное емкостью. Чаще всего это 1 МОм и 40—
50 пФ; с учетом соединительного кабеля входная емкость может
превысить 100 пФ.
Для того чтобы избежать искажения амплитуды или формы ис-
следуемого сигнала, реактивная составляющая сопротивления ис-
следуемой схемы должна представлять небольшую долю реактив-
ной составляющей входного сопротивления осциллографа, поскольку"
их отношение и составляет значение возможной ошибки. Например,
отношение 1 : 100 дает ошибку около 1%, а 1 : 10 — уже около 9%.
При этом нужно помнить, что с повышением частоты реактивная со-
ставляющая входа осциллографа падает вследствие влияния вход-
ной емкости, которая может сказаться даже на звуковых частотах,
если источник сигнала имеет высокое выходное сопротивление.
ПРОБНИКИ
Пассивные пробники-делители применяют щя уменьшения влия-
ния нагрузки. При этом уменьшение активной нагрузки будет про-
порционально коэффициенту деления пробника, однако емкостная на-
грузка уменьшается в меньшей степени в зависимости от частоты
сигнала.
Типичный делитель-пробник 10:1 уменьшает емкостную нагруз-
ку примерно в 4—5 раз, а пробник 50 : I —в 10 раз. Улучшить это
отношение чрезвычайно трудно, так как через наконечник пробника
в схему вводятся паразитные емкости. Пробники с катодными (или
катодно-анодными) повторителями имеют обычно лучшие высоко-
частотные переходные характеристики и не вызывают большой по-
тери амплитуды сигнала.
На рис. 16 дана схема выносного делителя 1 : 10, уменьшающе-
го емкостную и резистивную нагрузки и общую чувствительность,
что дает возможность измерять большие напряжения, пользуясь
только входным аттенюатором усилителя. При таких измерениях на-
до не забывать умножать значение, полученное по вертикальной шка-
ле ЭЛТ, на коэффициент деления, обозначенный на пробнике. Проб-
ник с коэффициентом деления 10:1 позволяет подавать на вход на-
пряжения до 500 В. Большие величины (постоянного или
переменного) напряжения могут вывести детали пробника из строя.
Верхнее плечо делителя образуется резистором Ri и конденса-
тором Ci; нижнее — входным сопротивлением и входной емкостью
осциллографа, емкостью кабеля и конденсатором С3. Между верх-
ним и нижним плечами делителя включен кабель длиной 1 м. Резис-
торы R2 и #3, конденсатор С2 и катушка индуктивности L подавля-
ют звон кабеля на высоких частотах.
Для повышения точности измерений делителя 1:10 нужна ком-
пенсация. Она производится подстройкой конденсатора С для полу-
чения изображения и прямоугольным сигналом длительностью около
10 мке, на котором не должно быть ни выбросов, ни сколов.
Высоковольтный емкостный делитель применяется для измере-
ния больших напряжений E00 В и выше), например, в цепях раз-
верток телевизора. Как показано на рис. 17, такой пробник имеет
два конденсатора: Cj — высоковольтный, но малой емкости, и С2 —
26
большой емкости, но с малым рабочим напряжением. Включенные
последовательно, они действуют как делитель напряжения, причем
основная часть напряжения падает на Сь Форму сигнала, возникаю-
щего к а С2, можно рассмотреть на осциллографе, так как напряже-
ние сигнала по отношению к «земле» не презышает допустимого для
входных цепей осциллографа. Конденсатор С2 полупеременный, что
позволяет подстраивать коэффициент деления. Чаще всего применя-
ется отношение 100 ; 1, упрощающее отсчет напряжения.
Несколько общих замечаний, касающихся работы с пробником:
длина выводов пробника должна быть минимальной, особенно выво-
Рис. 17. Высоковольтный емкостный делитель.
да заземления; частотную компенсацию пробника необходимо перио-
дически проверять; не следует подавать на вход пробника напряже.
ний, превышающих предельно допустимые; если при подключении
пробника возник звон, введите в сигнальную цепь резистор сопро-
тивлением несколько десятков ом.
Активные пробники применяют в условиях, когда внешние на-
водки становятся соизмеримыми с исследуемым сигналом. Они имеют
высокое входное сопротивление A МОм и более), малую входную
емкость (менее 10 пФ) и тщательную экранировку для предотвра-
щения электромагнитной внешней наводки. Применение активного
пробника позволяет исследовать сигналы с амплитудами от 10 мВ
до 1 В. Такой пробник может быть выполнен по схеме катодного
повторителя, нагрузкой которого является коаксиальный кабель.
В пробник входят также фильтры для сглаживания высокочастотных
и низкочастотных пульсаций и цепи компенсации.
Для наблюдения телевизионных, радиосигналов или сигналов
промежуточной частоты используют пробник-детектор. Его можно
применять для проверки прохождения сигнала, измерения общей или
покаскадной чувствительности. Применение такого пробника позво-
ляет наблюдать с довольно высокой точностью форму огибающей вы.
27
Рис. 16. Выносной делитель 1 : 10.
сокочастотных сигналов. Главными требованиями к такому проб-
нику являются минимальная входная емкость (чтобы не расстраи-
вать или не нагружать исследуемую схему) и наличие детектора
(демодулятора) для преобразования высокочастотного сигнала. Ча-
ще применяются германиевые диоды, так как они лучше передают
малые уровни сигнала. Выводы пробника должны быть короткими,
чтобы не увеличивать емкость.
На рис. 18 показана схема пробника-детектора. Входной разде-
лительный конденсатор С{ и выходной развязывающий резистор R2
используются для того, чтобы как можно меньше влиять на иссле-
дуемую цепь, Проверка формы огибающей радиосигналов с таким
пробником может производиться почти в любой цепи радио, или про-
межуточной частоты. Для подачи сигнала на исследуемую цепь при-
Рис. 18. Пробник-детектор.
меняется ГСС любого типа, а для оценки выходного сигнала исполь-
зуются пробник и осциллограф. Этот пробник особенно удобно ис-
пользовать и при наладке телевизора.
Токовые пробники применяются для наблюдения за изменением
гока. Для этого можно включить небольшое сопротивление последо-
вательно со схемой, изменения тока в которой необходимо рассмот-
реть. Форма напряжения на нем соответствует исходному току. Но
это неудобно и даже не всегда возможно. В таких случаях приме-
няют токовые пробники. Их выполняют на разъемном сердечнике из
магнитомягкого материала, чаще всего феррита. Такой сердечник
замыкается вокруг проводника, ток в котором надо измерить. Дей-
ствие замкнутой магнитной цепи подобно трансформатору, в кото-
ром исследуемая схема — одновитковая первичная обмотка, а сам
пробник — вторичная обмотка на сердечнике. Получающееся от дей-
ствия первичного тока вторичное напряжение подается на вход уси-
лителя вертикального отклонения осциллографа.
Токовые пробники удобны в пользовании, но все же применяют-
ся ограниченно, так как имеют очень высокие значения нижней гра-
ничной частоты, около сотен килогерц. Это означает, что с их помо-
щью можно исследовать процессы длительностью не более несколь
ких микросекунд.
Применение пробников любого типа вносит дополнительную
погрешность при измерениях. Эта погрешность должна учитываться
при оценке общей погрешности эксперимента. Дополнительные по-
грешности можно уменьшить, прокалибровав осциллограф с проб-
ником черед измерением.
28
ВЫБОР ОСЦИЛЛОГРАФА
В связи с появлением двух тенденций конструктивного выполне-
ния осциллографов —в виде моноблока и универсальной конструк-
ции со сменными блоками — возникает вопрос, какую же конструкцию
выбирать. В тех случаях, когда необходимые измерения сравни-
тельно просты и при этом желательно производить их при минималь-
ном количестве регулировок (например, при настройке приборов в це-
ховых условиях), оптимальным будет применение моноблочного
осциллографа (например, С1-35 для сравнительно низкочастотных
схем или С1-65 с полосой до 35 МГц для более широкополосных из-
мерений). Моноблочные конструкции малогабаритны и просты в экс-
плуатации. Для работы в лабораториях более подходит универсаль-
ный прибор со сменными блоками (например, С1-70). Он дает воз-
можность выбора самых различных видов измерений.
В последнее время возросла потребность в портативных перенос-
ных моделях, особенно удобных для работы с вычислительными
машинами, в машиностроении, в автомобильной и других отраслях
промышленности.
Важнейшим фактором при выборе осциллографа являются его
измерительные возможности: пределы измерений времени нараста-
ния, частоты следования, амплитуды и длительности сигналов, нали-
чие открытого входа, степень точности измерений, возможность за-
поминания сигналов и т. д. Сейчас появляются приборы, способные
преобразовать аналоговые сигналы в цифровую форму с выдачей на
табло, что резко сокращает время измерений и упрощает работу с
прибором. Эти осциллографы являются переходным звеном к авто-
матизированным измерительным системам.
Полоса и время нарастания осциллографа. Об этих характерис-
тиках упоминалось ранее. Надо иметь в виду, что при высокой чув-
ствительности B00 мкВ/см и выше) и широкой полосе пропускания
сильно растет уровень шумов, затрудняя изучение слабых сигналов.
Если время нарастания осциллографа будет не больше 7з вре-
мени нарастания рассматриваемого сигнала, то при измерении дли-
тельности фронтов импульсов это даст погрешность не более 5%.
Более широкая полоса обычно сочетается в осциллографах с боль-
шей скоростью записи, с возможностью синхронизации развертки на
более высоких частотах и лучшей импульсной переходной характе-
ристикой.
Выбор чувствительности. При работе с большими сигналами не-
обходимо использовать выносные делители. Особенно чувствитель-
ны к перегрузке туннельные диоды в преобразователях стробоскопи-
ческих осциллографов. При подаче на вход осциллографов G7-8,
С7-11 или блока 1У71 напряжения свыше 1 В прибор сразу выходит
из строя.
Верхний предел исследуемого напряжения зависит от переходной
емкости в приборах с закрытым входом и допустимого напряжения
на входе усилителя в транзисторных осциллографах с усилителями
постоянного тока. Со входными делителями — пробниками напряже-
ния до 500 В (вместе с постоянной составляющей) можно рассмат-
ривать почти на всех приборах. Напряжения до 1250 В — на при-
борах Cl-26, C7-10A и др.
Запуск осциллографа в обычных условиях должен осуществ-
ляться сигналом, при котором изображение занимает на экране ЭЛТ
половину деления шкалы — чаще всего 5 мм/Если прибор запуска-
29
ется очень слабым сигналом, то при плавном нарастании сигнала
удержать стабильность запуска трудно, и он может производиться
случайными сигналами, что вызовет дрожание и общую размытость
изображения. ^
Скорость развертки. При выборе осциллографа следует обратить
внимание на соотношение между ценой деления самой быстрой раз-
вертки и временем установления канала вертикального отклонения
ибычно цена деления самой быстрой развертки близка к Зт, где т —
время установления канала вертикального отклонения Например
для осциллографа с полосой пропускания 5 МГц, имеющего время
установления 35 не, макси-
мальная скорость развертки
обычно равна 0,2 мке/см, а
при полосе 20 МГц—0,05
мке/см и т. д. Такое соотно-
шение выбирается потому, что
при большей скорости канал
вертикального отклонения все
равно не позволит рассмот-
реть более мелкие детали сиг-
нала, а при меньшей скорости
возможности канала, верти-
кального отклонения нельзя
полностью использовать.
Существует, однако, вид
измерений, при котором жела-
тельно иметь скорость разверт-
ки, в 5—10 раз более высокую.
Рис. 19. Измерение величины
задержки между двумя вход-
ными сигналами.
?3 — время задержки.
Это измерение задержки меж-
ду двумя идентичными по фор-
ме сигналами с помощью
двухканального осциллографа.
Оно часто встречается в вычислительной технике. В этом случае бла,
годаря идентичности двух входных сигналов и двух каналов ком-
мутатора изображения сигналов также идентичны, но сдвинуты
вдоль оси времени на величину задержки между входными сигнала-
ми, Задержку эту можно отсчитать довольно точно, даже если она
меньше времени установления осциллографа в 2—3 раза (рис. 19),
для чего и нужна повышенная скорость развертки. Хорошим компро-
миссом является система, в которой основной переключатель скоро-
сти развертки обеспечивает наименьшую цену деления около Зт и,
кроме того, имеется переключатель для «растяжки» линии развертки
в 5—10 раз. Такая система и используется в большинстве современ-
ных осциллографов.
Из серийно выпускаемых нашей промышленностью осциллогра-
фов самые быстрые перепады напряжений и однократные короткие
импульсы до 10 не могут регистрироваться в реальном масштабе
времени прибором С7-10А; периодические сигналы — стробоскопиче-
скими приборами (С7-11 и С7-13). Импульсы 10—20 не регистри-
руются прибором С1-31 или С1-71. Импульсы длительностью 0,1 мке
и более могут изучаться на большинстве универсальных приборов.
Медленно изменяющиеся процессы длительностью 10 с и более
регистрируются на самых медленных развертках —5 с/дел, или
10 с/см — осциллографами типов С1-19, С1-48Б, С1-76, а еще более
медленные -^ запоминающими осциллографами.
30
Погрешности определения длительности процессов у большинст-
ва приборов составляют ±5%, у отдельных моделей ±2% (С 1-40).
Следует сказать, что если время нарастания изучаемого сигнала не
менее чем втрое превышает время нарастания усилителя верти-
кального отклонения, то точность измерения временного интервала
будет определяться практически только точностью временной раз-
вертки осциллографа.
Задержка сигнала в канале вертикального отклонения нужна в
тех случаях, когда исследуются быстрые процессы, и синхронизация
производится исследуемым сигналом.
Возможности запоминания. Запоминающие осциллографы одно-
временно сочетают возможности регистрации сигналов с очень низки-
ми частотами следования и большими длительностями и быстрых од-
нократных процессов; они позволяют исследовать форму сигнала да-
же после его окончания.
Кроме того, запоминание ряда последовательных реализаций сиг-
налов в режиме накопления позволяет определить их наиболее важ-
ные общие закономерности.
Запоминающие осциллографы новейших моделей включают в се-
бя цифровые системы с аналого-цифровыми преобразователями, циф-
ровую память и другие устройства, облегчающие процесс измерений.
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ С ОСЦИЛЛОГРАФОМ
ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ УСТРОЙСТВ
НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ
ОСОБЕННОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Полупроводниковые приборы имеют ряд преимуществ перед элек-
тронными лампами: малые габариты, отсутствие накаливаемого ка-
тода, немедленное начало работы после включения питания. Там, где
электронная лампа потребляет ватты, для нормальной работы тран-
зистора достаточно милливатт. Вместо источников анодного питания
150—200 В для работы транзисторного устройства достаточно 5—
10 В. Полупроводниковые диоды и транзисторы обладают отличны-
ми ключевыми свойствами. Надежность и долговечность работы
твердотельных приборов несравнимо выше предела надежности элек-
тронной лампы.
Кроме того, на основе технологии полупроводниковых приборов
можно изготавливать интегральные микросхемы. При этом в едином
технологическом процессе в кристалле полупроводника создаются де-
сятки, сотни и даже тысячи диодов, транзисторов и резисторов. В ре-
зультате получается законченный и исключительно миниатюрный
функциональный блок, в котором стоимость одного элемента (диода,
транзистора и т. д.) очень мала.
Однако полупроводниковые приборы обладают и рядом недос-
татков. В первую очередь это ограниченный температурный диапа-
зон, разброс параметров и зависимость их от температуры. Хотя час-
тотные свойства маломощных транзисторов лучше, чем у ламп, при
больших мощностях (сотни ватт) и при высоких напряжениях (сотни
вольт) их частотные свойства намного хуже, а для мощностей более
31
киловатта и рабочих напряжений более киловольт транзисторы еще
не созданы, В этом диапазоне рабочих параметров электронные лам-
пы предпочтительнее.
Наиболее распространенными полупроводниковыми приборами
являются биполярные, в которых используется взаимодействие
токов носителей двух видов: электронов и дырок. В таких приборах
имеются один, два или более
электронно - дырочных пере-
ходов, т. е. промежуточных пе-
реходных слоев между обла-
стями полупроводника, одна из
которых имеет электронную
проводимость (/г-типа), а дру-
гая — дырочную (р-типа).
К наиболее массовым типам
биполярных приборов относят-
ся диоды и биполярные тран-
зисторы.
Схематично устройство
диода показано на рис. 20.
Рис. 22. Вольт-амперная характе-
ристика диода с р-п переходом.
Диод содержит переход и два
невыпрямляющих (омических)
контакта, с помощью которых
он подключается ко внешней
цепи.
В биполярном транзисторе
(рис. 21) — два перехода. Транзистор может иметь структуру как
р-п-р, так и п-р-п. Переходы диодов и транзисторов могут сме-
щаться в прямом и в обратном направлениях. Прямым называется
смещение, при котором потенциал р-области положителен по отно-
шению к потенциалу /г-области.
Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода при-
ведена на рис. 22. Там же указаны порядки величин, характерные
для маломощных диодов. Как следует из ВАХ, диод обладает свой-
ствами выпрямителя переменного тока, управляемого сопротивления
и стабилизатора напряжения. Используя эти свойства, на диодах
можно выполнять выпрямители, детекторы (демодуляторы), ограни-
чители, управляемые аттенюаторы, смесители, амплитудные модуля-
32
Рис. 20. Полупроводниковый
ДИОД.
Рис. 21. Структурная схема
р-п-р транзистора.
торы, электрбнные ключи, стабилизаторы напряжения. Кроме этих
функций, диоды могут выполнять ряд других, не следующих из ви-
да ВАХ. Например, зависимость емкости запертого р-п перехода от
Рис. 23. Ключевые транзисторные каскады.
а — схема с общей базой; б — входная характеристика; в —•
передаточная характеристика; г — схема транзисторного кас-
када с общим эмиттером.
запирающего напряжения позволяет использовать диод в схемах
электронной настройки, умножителей частоты, параметрических ге-
нераторов; зависимость напряжения на прямо смещенном переходе
от температуры — в датчиках температуры и т. д.
В транзисторе каждый из двух р-п переходов обладает всеми
свойствами диода. Принципиальная особенность транзистора — воз-
можность переноса тока между двумя переходами. Если один из пе-
реходов (эмиттерный) сместить в прямом направлении, а другой
(коллекторный) — в обратном, то неосновные носители, инжектиро-
ванные в базу прямо смещенным переходом, частично достигнут за-
пертого перехода, будут подхвачены его полем и вызовут в нем ток.
Отношение тока коллектора к вызвавшему его току эмиттера назы-
вается коэффициентом передачи тока в схеме с общей базой и на-
ходится в пределах от 0,950 до 0,995.
Упрощенная схема транзисторного каскада с общей базой при-
ведена на рис. 23, а. На рис. 23,6 показана его входная характери-
33
стика, аналогичная характеристике диода. Зная входную характери-
стику, коэффициент передачи тока и сопротивление нагрузки, можно
построить передаточную характеристику (рис. 23, в). Участок 4 этой
кривой строится с учетом прямого тока коллекторного перехода. При
работе на участке 3 транзистор выполняет функцию линейного уси-
лителя напряжения (мощности). При заходе на участки 1, 2, 4 он
может выполнять функции одно- и двустороннего ограничителя, де-
модулятора, модулятора, смесителя, ключа и т. д. Выполнение этих
функций может сопровождаться усилением мощности.
Свойство усиления мощности позволяет строить на транзисторах
усилители и генераторы. Обратим внимание на то, что в схеме рис. 23
ток базы много меньше тока эмиттера. В самом деле, по закону
Кирхгофа ток базы равен алгебраической сумме токов эмиттера и
коллектора. Если принять указанные на схеме рис. 23, а направления
токов за положительные, то ток базы /Б равен:
7Б = 7К ~ 7Э = А21Б 7Э — 73 = 7Э (Л21Б ~ 1) = 7К
^21Б— *
^21Б
где /э—ток эмиттера; /к — ток коллектора; Л2ш —коэффициент
передачи тока в схеме с общей базой.
Из полученной формулы следует, что ток коллектора пропорцио-
нален току базы с коэффициентом пропорциональности к2 \э ~
=Л21Б/1—Л21Э.
Параметр Л21Э называется коэффициентом передачи тока в схе-
ме с общим эмиттером и лежит в пределах от 20 до 200. Таким об-
разом, схема с общим эмиттером (рис. 23, г) обеспечивает усиление
не только по напряжению, но и по току. Усиление по мощности в этом
случае больше, чем в схеме с общей базой.
Для тех, кто имеет большой опыт работы с ламповыми схемами,
может оказаться полезной внешняя аналогия между транзистором
и вакуумным триодом с «правыми» характеристиками. В этой анало-
гии эмиттер соответствует катоду, база — сетке, коллектор — аноду.
При напряжении на сетке лампы, равном нулю, анодный ток сравни-
тельно мал. Сопротивление лампы постоянному току между анодом
и катодом будет велико, так как в промежутке сетка—анод мало
электронов. Но если подать на сетку положительное напряжение, то
в этот промежуток попадет значительно большее количество элек-
тронов из объемного заряда, окружающего катод; сопротивление по-
стоянному току между анодом и катодом уменьшится, анодный ток
возрастет. Это явление аналогично уменьшению сопротивления кол-
лекторного перехода и увеличению тока коллектора при подаче пря-
мого напряжения на эмиттерный переход.
Применение электронно-лучевых осциллографов при работе с
транзисторными схемами во многих отношениях аналогично приме-
нению их в схемах на электронных лампах. Однако не следует забы-
вать, что, несмотря на некоторую внешнюю аналогию, сущность фи-
зических процессов в лампе и транзисторе совершенно разная, что
не может не сказаться на внешних свойствах. Вот некоторые разли-
чия: лампа, даже с «правыми» характеристиками, никогда не может
быть заперта при нулевом смещении, тогда как транзистор при ну-
левом смещении эмиттерного перехода всегда заперт; работа тран-
зистора без тока базы невозможна, тогда как в лампе ток сетки
34
может практически отсутствовать; выходные характеристики полу-
проводникового триода имеют вид, характерный скорее для пентода,
чем для вакуумного триода; в транзисторах существуют явления на-
копления заряда, теплового и токового пробоя, аналогии которым
в лампах нет, и т. д.
ОТКАЗЫ УСТРОЙСТВ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ
Отказы цепей питания. Транзисторные устройства часто выходят
из строя из-за отказов в источниках питания, например разряда
батареи, или других дефектов. Напряжение питания проверяют ос-
циллографом или обычным вольтметром. Полезно также измерить по-
требляемый устройством ток. Если тестер показывает нулевое зна-
чение тока, то можно предположить обрыв цепи питания. Чрезмер-
ный ток свидетельствует о наличии в схеме коротких замыканий или
утечек.
Иногда для того, чтобы вернуть прибору работоспособность,
достаточно сменить батарею или предохранитель или зачистить вы-
воды, подсоединенные к батарее.
Отказы в результате перегрева. Ток через переход, смещенный
в обратном направлении, возникает из-за неосновных носителей в
прилегающих к переходу областях и равен току неосновных носите-
лей, умноженному на коэффициент размножения носителей в пере-
ходе. В диодах при обратном смещении неосновные носители появ-
ляются только за счет процесса тепловой генерации электронно-ды-
рочных пар. Их число при нормальной температуре мало, но при
повышенной температуре ток неосновных носителей возрастает
и, следовательно, растет ток через переход. При этом увеличиваются
рассеиваемая в приборе мощность и разогрев перехода.
В некоторых случаях может развиться процесс лавинообразно-
го нарастания тока, приводящий к разрушению прибора. Это явление
носит название теплового пробоя. Его развитию благоприятствуют
плохой теплоотвод, высокая температура окружающей среды, напря-
жения на переходе, близкие к предельным, и работа при большом
уровне рассеиваемой мощности. Германиевые приборы, имеющие
большие начальные значения тепловых токов, сильнее подвержены
вторичному пробою, чем кремниевые.
В транзисторах явление теплового пробоя происходит так же,
как и в диодах, усугубляясь эффектом усиления тока транзисторной
структурой. Для предотвращения теплового пробоя в транзисторных
каскадах предусматривают стабилизацию режима по постоянному
току либо включают в коллекторную цепь резисторы, ограничиваю-
щие ток через переход.
Отказы по вине конденсатора связи. В транзисторных усилите-
лях низкой частоты используются электролитические конденсаторы
большой емкости, в которых могут возникнуть значительные токи
утечки, изменяющие значения напряжений смещения. Такую неис-
правность обычно довольно трудно отыскать.
Для проверки утечки в конденсаторах связи осциллограф или
Другой измерительный прибор подсоединяется таким образом, чтобы
он показывал коллекторный ток транзисторного каскада, ко входу
которого подключен «подозрительный» конденсатор связи. Один из
выводов конденсатора отъединяют от схемы и наблюдают, изменит-
35
ся ли при этом коллекторный ток. Если при подключении и отклю-
чении конденсатора ток коллектора изменяется, то это свидетель-
ствует об утечке. Скачки тока в моменты включения из-за заряда
конденсатора не учитываются.
Замыкания или разрывы в цепях переходов. Если обнаружено
отсутствие тока коллектора или эмиттера, то нужно измерить на-
пряжение на выводе базы. При пайке иногда нарушаются контакты
между припаиваемой деталью и выводом транзистора. Если такая
«холодная» пайка попадает в цепь базы, то токи базы, коллектора
и эмиттера будут отсутствовать.
Разрыв в цепи коллекторного перехода можно обнаружить, изме-
ряя ток в цепи эмиттера. В этом случае вольтметр покажет очень
небольшое напряжение на эмиттерном резисторе, вызванное проте-
канием только тока базы.
Разрушения транзистора из-за неправильного проведения изме-
рений. Транзисторы плохо переносят перегрузки по току и напря-
жению даже в течение коротких промежутков времени. Броски то-
ков могут привести к разрушению перехода или к значительному из-
менению характеристик транзистора. Особенно чувствительны к пе-
регрузкам СВЧ приборы.
При подключении контрольно-измерительных приборов, если их
щупы недостаточно хорошо изолированы, случайное короткое замы-
кание может вызвать бросок тока.
Транзистор также можно разрушить при подключении щупов
включенного лампового вольтметра, если в цепях сетевого питания
этого вольтметра есть утечки. Поэтому тщательно проверяйте изме-
рительные приборы с сетевым питанием на отсутствие утечек. Нуж-
но сначала подключить щупы измерительного прибора к проверяе-
мой цепи, а затем включать питание.
Паяльник, предназначенный для работы с транзисторными
устройствами, должен иметь хорошую изоляцию от сети. Лучше все-
го использовать низковольтные паяльники с напряжением питания
от 6 до 36 В, используя для этого трансформатор с хорошей изоля-
цией обмоток. Вторичную обмотку трансформатора следует зазем-
лить или «занулить». В крайнем случае можно применить паяльник
с напряжением питания 127 или 220 В, надежно соединив его корпус
с нулевым проводом.
Скачки напряжения или тока могут возникать и при отъедине-
нии деталей от схемы, находящейся под напряжением. Поэтому во
всех случаях нужно сначала обесточить схему и лишь после этого
отпаивать или припаивать какие-либо детали.
Паразитная генерация. Некоторые транзисторы, особенно из
предназначенных для работы в высокочастотных схемах, при их
проверке могут возбуждаться. Если режим каскада по постоянному
току меняется при прикосновении пальцем или отверткой к коллек-
торному выводу, значит, имеет место самовозбуждение. Пара-
зитная генерация может возникать, когда проверяемый транзистор
подключается к измерительному прибору с помощью длинных про-
водников. Если транзистор возбуждается, то можно попробовать
сорвать возбуждение, введя в цепь коллектора резистор в несколько
десятков или сотен ом.
Паразитная генерация не только искажает результаты измерений,
но и может повлечь за собой разрушение транзистора, поскольку при
генерации коллекторный и эмиттерный токи могут превысить допу-
стимые значения.
36
ОБЩИЙ ПОДХОД ПРИ НАСТРОЙКЕ И ОТЫСКАНИИ
НЕИСПРАВНОСТЕЙ
Полное представление об исправности радиотехнического устрой-
ства можно получить после внешнего осмотра, сравнения измерен-
ных сопротивлений, напряжений, а также осциллограмм в наиболее
характерных точках с данными, указанными в соответствующих ин-
струкциях.
Внешний осмотр наружного вида и внутреннего состояния узлов
и блоков радиотехнического устройства производится с целью вы-
явления очевидных неисправностей электрического или механическо-
го характера: сгоревших резисторов и участков монтажа, замыка-
ний токоведущих проводников, замыканий пластин переменных и по-
лупеременных конденсаторов и т. д. Необходимо проверить плавность
хода и исправность потенциометров. Неисправность потенциометра
обнаруживают омметром, но кратковременные скачки сопротивления
И разрывы цепи движка не всегда им обнаруживаются. Их можно
выявить с помощью осциллографа. Для этого на потенциометр по-
дают напряжение (несколько вольт), а вход осциллографа подклю-
чают к движку. Перемещение движка потенциометра не должно вы-
зывать скачков и разрывов линии развертки. Внешний осмотр по-
могает обнаружить такие неисправности трансформаторов в источ-
никах питания, как обрывы концов обмотки, прогорание контактных
панелей, потемнение обмоток, механические повреждения.
Снятие карты сопротивлений производится для определения
электрической исправности схемы и сопротивления изоляции цепей.
При этих измерениях питание устройства должно быть выключено,
все электролитические конденсаторы разряжены, внешние соедине-
ния отъединены, ручки управления установлены в положения, ука-
занные в инструкции.
Карта напряжений снимается в том случае, если при снятии кар-
ты сопротивлений неисправность не была обнаружена. Проверяемое
устройство включается и прогревается установленное время; при
этом необходимо следить, не возникли ли в схеме искрение, чрез-
мерный нагрев или другое явление, требующее немедленного отклю-
чения устройства. Карта напряжений снимается вольтметром с воз-
можно большим внутренним сопротивлением.
Однако в ряде случаев и измерение напряжений не позволяет
определить место возникновения дефекта. Тогда появляется необ-
ходимость проверить форму сигналов в определенных точках схемы
с помощью осциллографа и сравнить формы с образцами, которые
приводятся в калибрационных картах импульсных или периодиче-
ских сигналов устройства. При этом желательно пользоваться осцил-
лографом того же типа, что и при снятии образцовых осциллограмм.
Некоторые замечания по технике безопасности. При ремонте
транзисторной аппаратуры следует придерживаться следующих
правил:
не производить пайку в схеме прибора, находящегося под на-
пряжением, так как при этом легко замкнуть накоротко какую-либо
цепь;
не пользоваться незаземленным паяльником, поскольку изоля-
ция между жалом паяльника и нагревательным элементом может
нарушиться, и жало паяльника окажется под напряжением сети;
не заменять детали во включенном приборе;
не производить пайку без теплоотвода.
37
АНАЛИЗ СИГНАЛОВ
Проверяя сигналы в транзисторных устройствах, оператор стал-
кивается с сигналами синусоидальной формы различной частоты,
а также с импульсными сигналами различной длительности, формы
и частоты следования. Предметами измерения могут быть напряже-
ние сигнала в определенный момент времени, длительность какой-
либо фазы процесса, период или частота следования, гармонический
состав или ширина спектра сигнала.
Измерение напряжений. При анализе сигналов приходится
встречаться с различными видами измерения напряжения. Так, при
измерении напряжения синусоидального сигнала (рис. 24) тестером
мы обычно определяем его
эффективное значение, равное
0,707 амплитудного. Пиковое
напряжение синусоидального
сигнала равно удвоенному
амплитудному. Эффективное
значение синусоидального сиг-
нала равно его пиковому на-
пряжению, деленному на 2,83.
Соотношения между эф-
фективным и амплитудным
значениями напряжений, кото-
рые были справедливы для си-
нусоиды, не будут верны для
других форм сигналов, напри-
мер для прямоугольного. По-
этому обычно сравнивают на-
пряжения сигналов различных
форм по их пиковому напря-
жению. Пиковые значения напряжений наиболее удобны при анали-
зе работы схем с помощью осциллографа, и поэтому осциллограф ка-
либруется по ним.
После того как осциллограф будет откалиброван в пиковых
значениях, напряжение в любой точке сигнала сложной формы мо-
жет быть определено непосредственно по экрану. Калибровать ос-
циллограф с открытым входом можно от источника постоянного на-
пряжения.
Измерение длительности производится на калиброванных раз-
вертках. Скорость развертки следует установить такой, чтобы изме-
ряемый фрагмент процесса занял четыре — десять делений горизон-
тальной шкалы. Чтобы гарантировать точность измерения во всех
случаях, желательно иметь время установления осциллографа на
порядок меньше измеряемой длительности. Однако это не всегда
возможно. Если измеряется длительность фронта или спада (т. е.
время установления) трапецеидального импульса либо длительность
самого этого импульса, то влияние времени установления осцилло-
графа легко учесть.
Длительность трапецеидального (прямоугольного) импульса,
отсчитанная по шкале осциллографа на уровне 0,5 амплитудного
значения, равна истинной длительности входного импульса, отсчи-
танной также на уровне 0,5. Истинная длительность вершины им-
пульса на уровне 0,9 амплитудного значения больше кажущейся
Рис. 24. Основной синусоидаль-
ный сигнал.
38
(видимой на экране) на значение
Где ^у — время установления осциллографа; ^ф — кажущаяся дли-
тельность фронта. Длительность по основанию на уровне (Ц меньше
кажущейся на такое же значение, только вместо кажущейся дли-
тельности фронта t$ нужно подставить длительность спада tc. Пра-
вила эти справедливы, если изображение импульса на экране имеет
плоскую вершину.
Измерение периода. Можно, конечно, просто измерить длитель-
ность одного периода, как и при измерении длительности импульса.
Но лучше измерить длительность пять — десять периодов, развернув
Рис. 26. Синтез формы прямо-
угольного сигнала из синусои-
дальных гармонических состав-
ляющих (показаны ^гармоники
3,5 и 7).
их на весь экран, и разделить измеренную длительность на число
периодов. Такой способ измерения точнее. Заметим, что измерение
периода возможно даже в тех случаях, когда частота входного сиг-
нала выше частоты среза полосы пропускания осциллографа, так
как точность передачи формы и амплитуды при этом совершенно
несущественна. На современных осциллографах, имеющих плавный
спад за пределами полосы пропускания, умножение развертки и за-
пас по частоте синхронизации, иногда удается измерить период ча-
стоты в 2—5 раз выше частоты среза.
Измерение частоты можно производить с помощью осциллогра-
фа и генератора по фигурам Лиссажу, если сигнал имеет простую
форму. При этом максимальная измеряемая частота ограничена по-
лосой пропускания усилителей осциллографа.
39
Рис. 25. Одна из схем измерения
частоты исследуемого сигнала.
Другой способ свободен от этого ограничения. Он заключается
в том, что сигнал измеряемой частоты и сигнал генератора подво-
дятся к простейшему смесителю (рис. 25), а осциллограф использу-
ется как индикатор нулевых биений. Обычно нулевые биения на-
блюдаются на нескольких частотах. Биения максимальной амплиту-
ды соответствуют совпадению частот, а остальные — совпадению
гармоник. При этом способе измерения возможно затягивание изме-
ряемой частоты, если сигнал измерительного генератора проникает
в задающий каскад измеряемого. Уменьшить явление затягивания
можно, работая при минимально возможной амплитуде сигнала ге-
нератора эталонной частоты.
Наиболее простой, но не очень точный способ измерения часто-
ты — по экрану ЭЛТ измерить период и найти обратную величину.
Гармонический состав сигнала может быть определен по его
форме с помощью одного из ме-
Bbifipoc Звон™ тодов гармонического анализа
- " , (разбор этих методов выходит за
~1 "Urtitd Рамки Данной книги). Здесь мы
" *"- лишь приведем для иллюстрации
разложение на гармонические со-
ставляющие прямоугольного сиг-
нала (рис. 26). Из рисунка видно,
что уже вопроизведение седьмой
гармоники позволяет получить
_ о_ т, . форму, относительно близкую к
Рис. 27. Искажения формы исходной
прямоугольного и импульсного ' Обратите внимание на волни-
сигналов. стость вершины импульсов. Может
создаться впечатление, что осцил-
лограф с частотой среза, равной
частоте седьмой гармоники, воспроизводит импульсы с волнистой
вершиной, однако это не так, вершина будет плоской. Объясняется
это тем, что синтез сигнала из конечного числа гармоник соответ-
ствует пропусканию его через усилитель с бесконечно большой кру-
тизной спада частотной характеристики, тогда как частотная харак-
теристика осциллографа имеет плавный спад.
Характерные искажения прямоугольного импульса при воспро-
изведении его на экране осциллографа показаны на рис. 27. Рас-
смотрим в самых общих чертах источники этих искажений.
Выбросы в нижней части импульса могут возникнуть в линиях
задержки и в некоторых схемах видеоусилителей, особенно в цвет-
ных телевизорах. Скругление углов возникает потому, что все цепи
имеют остаточные индуктивности и емкости, которые препятствуют
мгновенному возникновению тока при подаче напряжения. Поэтому
нужен небольшой промежуток времени, чтобы цепь вышла из со-
стояния покоя и на экране осциллографа возник нарастающий уча-
сток сигнала.
Выбросы и звон на вершине вызываются индуктивностями и па-
разитными емкостями усилителя: корректирующая катушка в ви-
деоусилителе вместе с паразитной емкостью образует резонансный
контур, который может «звенеть» при подаче прямоугольного сигна-
ла или импульса, что проявляется в виде затухающей синусоидаль-
ной кривой. Спад вершины происходит вследствие дифференцирую-
щего действия /?С-цепей межкаскадной связи. Выбросы и звон, воз-
никающие за задним фронтом импульса, также обусловлены пара-
40
зитными индуктивностями и емкостями. Время затухания звона
определяется, как показано на осциллограмме рис. 27. Оно измеря-
ется в микро- или миллисекундах с помощью осциллографа со
ждущей и калиброванной разверткой.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИГНАЛОВ В ПЕРЕХОДНЫХ
И ФОРМИРУЮЩИХ ЦЕПЯХ
ЛИНЕЙНЫЕ ФОРМИРУЮЩИЕ ЦЕПИ
Интегрирование сигналов — это преобразование формы сигнала,
при котором выходной сигнал пропорционален интегралу входного
сигнала. Интегрирование импульсов применяется в устройствах фор-
мирования линейно-изменяющихся напряжений, в вычислительной
технике, в схемах расширения импульсов, в телевидении и т. д.
На рис. 28 показан результат прохождения разнополярных пря-
моугольных импульсов через идеальное интегрирующее устройство.
При интегрировании сигнала (рис. 28, а) на выходе цепи получается
сигнал (рис. 28,6) в виде последовательности трапециевидных им-
Рис. 28. Форма интег-
рированного прямоуголь- Рис. 29. Интегрирую-
ного сигнала. щая #С-цепь.
пульсов. Постоянная составляющая входного сигнала равна нулю,
поэтому площади положительной и отрицательной частей периода
равны. Постоянная составляющая сигнала на выходе не определена,
т. е. может быть любой. Если бы на входе идеального интегратора
постоянная составляющая не равнялась нулю, сигнал на выходе
нарастал бы неограниченно.
Интегрирующая цепь представляет собой RC-цепь с достаточно
большой постоянной времени (рис. 29). Преобразование импульса
происходит следующим образом: при поступлении на вход интегри-
рующей цепи прямоугольного импульса начинается заряд конден-
сатора, продолжающийся все время действия импульса. В момент
окончания импульса начинается разряд конденсатора. Таким обра-
зом, напряжение на конденсаторе имеет вид треугольного импульса.
Амплитуда выходного сигнала интегрирующей цепи при воздействии
короткого импульса обратно пропорциональна постоянной времени
#С, и при допустимой погрешности интегрирования 6 = 0,1 произ-
ведение НС должно быть по меньшей мере в 5 раз больше длитель-
ности подаваемого импульса. В этих условиях амплитуда интегри-
рованного сигнала будет равна 0,2 амплитуды входного импульса
или менее.
41
Если интегрирующая цепь нагружена на сопротивление Rn, то
ее постоянная времени и коэффициент передачи уменьшатся в
Ra/(R+R*) раз.
Интегрирующая /?С-цепь в качестве интегратора обладает ря-
дом существенных недостатков: коэффициент передачи всегда замет-
но меньше единицы, особенно если требуется повышенная точность
интегрирования; ее выходное сопротивление велико. Поэтому ин-
тегрирующие #С-цепи применяются в тех случаях, когда к точности
операции интегрирования не предъявляется особых требований, на-
пример для разделения импульсов по длительности. В частности,
они включаются между амплитудным селектором и генератором
кадровой развертки телевизора для выделения кадровых синхроим-
пульсов. Постоянная времени та-
кой цепи должна быть около сотни
микросекунд. Строчной синхроим-
пульс длительностью около 5 мкс
и импульсные помехи не успе-
вают зарядить конденсатор интег-
рирующей цепи до напряжения
срабатывания генератора кадро-
вой развертки; это может
осуществить кадровый синх-
Рис 30. Пример схемы ин- Роимпульс, имеющий длительность
тематической операции интегриро-
вания при длительностях, больших
длительности RC, не означает, что в этих случаях она не может
использоваться вообще: часто необходимо отделить короткие им-
пульсы от длинных или сгладить быстрые пульсации сигнала. Одна-
ко в этом случае ее правильнее называть сглаживающей цепью, или
фильтром низших частот, в зависимости от того, что хотят подчерк-
нуть—влияние на форму сигналов или на их спектр.
Интегрирующий усилитель. На рис. 30 приведена более совер-
шенная схема интегрирования, выполненная на базе усилителя
с большим коэффициентом усиления, который в этом случае назы-
вается интегрирующим операционным усилителем. Обычно в каче-
стве операционного применяется дифференциальный усилитель по-
стоянного тока.
Принцип действия интегрирующего усилителя следующий. Как
видно из рисунка, конденсатор подключен к инвертирующему вхо-
ду усилителя, т. е. представляет собой цепь отрицательной обратной
связи. Поэтому изменения выходного напряжения будут такими,
чтобы компенсировать входной сигнал. Так как усилитель балансный
и имеет большой коэффициент усиления, он будет поддерживать
разность напряжений между входами близкой к нулю. Если при
этом пренебречь входным током самого усилителя, то ток обратной
связи через конденсатор равен току через входной резистор, а на-
пряжение на конденсаторе пропорционально протекшему заряду,
т. е. интегралу от входного сигнала. Операция интегрирования вы-
полняется при любой амплитуде выходного сигнала, при которой не
наступает ограничение в усилителе.
Если входной ток / усилителя не равен нулю, то он эквивален-
тен постоянному входному сигналу напряжением U = RI. Для ком-
42
пенсации его влияния можно включить компенсирующий резистор
#K=JR) как это показано на рис. 30. Однако компенсация никогда
не бывает идеальной, так же как и балансировка входного каскада.
Поэтому при нулевом входном сигнале сигнал на выходе будет
медленно нарастать, вызывая ошибку интегрирования. Чем лучше
усилитель, тем медленнее нарастает ошибка. Самые высококачест-
венные усилители используются в аналоговой вычислительной техни-
ке; в них для уменьшения ошибок применяются специальные меры,
которые мы здесь не рассматриваем.
Интегрирующие усилители применяются также в системах ав-
томатического регулирования (в схемах автоматической подстройки
частоты) и в генераторах линейно-изменяющихся напряжений.
Рис. 31. Дифференци-
рующая RC-цепъ.
Рис. 32. Влияние диффе-
ренцирующей цепи на
прямоугольный сигнал.
Здесь требования к ним менее жесткие, их обычно удовлетворяют
интегральные микросхемы операционных усилителей типов ЮУТ401,
ЮУТ531 и им подобные. В тех случаях, когда не требуется переда-
ча постоянной составляющей, можно применять и усилители пере-
менного напряжения.
Схема интегратора на усилителе любого вида представляет со-
бой устройство с глубокой обратной связью и предъявляет опреде-
ленные требования к фазовой и частотной характеристикам усилите-
ля. Для того чтобы не возникло возбуждение, сдвиг фазы в усили-
теле должен лежать в пределах ±150° во всей полосе частот, где
коэффициент передачи усилителя больше единицы. Если сам усили-
тель таким свойством не обладает, в него вводят цепи частотной
коррекции; в интегральных микросхемах операционных усилителей
для этой цели имеются специальные выводы.
Дифференцирующие и укорачивающие цепи. Напряжение на
выходе идеальной дифференцирующей цепи пропорционально ско-
рости изменения напряжения на входе. Например, входной трапе-
цеидальный импульс с конечной крутизной фронта и среза создает
на выходе два разнополярных прямоугольных импульса напряже-
ния; плоская вершина импульса соответствует нулевой скорости из-
менения, и поэтому во время ее длительности выходное напряжение
равно нулю.
Схема реальной дифференцирующей цепи приведена на рис. 31.
Она выполняет функцию дифференцирования сигнала с ошибкой не
43
более 10%, если время нарастания входного сигнала по крайней
мере в 5 раз больше произведения численных значений RC. Если
время установления входного сигнала одного порядка с величиной
RC или меньше ее, то такая цепь не выполняет математической
операции дифференцирования, а просто выделяет перепады входно-
го сигнала (рис. 32). В этом случае ее правильнее называть укора-
чивающей цепью, или фильтром высших частот, смотря что хотят
подчеркнуть — влияние на форму импульса или на спектр сигнала.
Некоторые применения формирующих цепей. На рис. 33 пока-
зано влияние постоянной времени интегрирующей и дифференцирую-
щей /?С-цепей на форму прямоугольного и пилообразного сигнала.
Рис. 33. Передача прямоугольного и пилообразного сигналов диф-
ференцирующими и интегрирующими #С-цепями при различных по-
стоянных времени.
С помощью дифференцирующих цепей в телевизорах осуществ-
ляется выделение и сокращение (укорочение) строчных синхроим-
пульсов. Постоянная времени RC такой цепи может быть около
1 мкс. По стандарту на параметры телевизионного сигнала длитель-
ность строчного синхроимпульса равна 8% длительности строки, т. е.
5,1 мкс. Длительность фронта такого импульса должна быть не бо-
лее ОД мкс.
В цветных телевизорах интегрирование пилообразных сигналов
позволяет получать приближенно параболические сигналы для схем
сведения.
Известно, что при дифференцировании прямоугольного сигнала
амплитуды основной частоты и низших гармоник уменьшаются по
отношению к гармоникам высших частот, и чем импульс уже, тем
сравнительно больше в нем амплитуды высокочастотных составляю-
щих. Поэтому дифференцирующие цепи могут применяться для под-
черкивания высших частот спектра, например, в цепях формирова-
ния тембров. Аналогично интегрирующие цепи применяются для под-
черкивания низших частот.
Другие линейные цепи. В качестве интегрирующих и дифферен-
цирующих звеньев могут применяться не только RC-, но и L^-цепи.
Так как индуктивности, как правило, дороже конденсаторов, специ-
альные LR-uquh применяются редко. Гораздо чаще встречается ис-
пользование для этой цели индуктивностей обмоток трансформато-
44
ров либо их паразитное влияние на форму сигналов. Другой важ-
ный случай — использование индуктийно^тй отклоняющих катушек
телевизора для формирования пилообразных токов. К линейным це-
пям относятся также полосовые фильтры: мост Вина, JLC-контур,
многозвенные LC- и /?С-фильтры и т. д. Эти цепи мы рассмотрим
вместе с теми схемами, где они применяются.
ИМПУЛЬСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Импульсные трансформаторы (ИТ) используются для трансфор-
мации импульсов напряжения с целью изменения напряжения (тока)
и формы импульсов, для развязки цепей по постоянному току, для
одновременной подачи в различные цепи импульсов напряжения раз-
ной полярности и амплитуды, но одинаковой формы, и т. д.
Необходимым измерительным прибором для проверки формы
сигналов в цепях с ИТ является осциллограф, так как основное
требование к ИТ—передача транс-
форматорных импульсов с наи-
меньшими искажениями формы.
Искажения передаваемых
трансформатором импульсов обу-
словлены влиянием его паразит-
ных параметров: емкостей обмо-
ток, индуктивностей рассеяния,
вихревых токов, индуктивности на-
магничивания, сопротивления об-
моток. На рис. 34 показана осцил- Рис. 34. Форма выходного им-
лограмма импульса с завалом пульса на выходе импульсного
фронтов, сколом вершины, колеба- трансформатора,
ниями. Причина завала фрон-
тов — индуктивность рассея-
ния, скола вершины —шунтирующее влияние индуктивности намаг-
ничивания, колебания возникают из-за резонансов индуктивности
рассеяния и паразитной емкости. В некоторых случаях импульсный
трансформатор используют как дифференцирующий элемент для вы-
деления перепадов тока. В этом случае скол вершины не будет не-
желательным искажением.
Для изготовления сердечников ИТ применяют холоднокатаную
текстурованную кремнистую сталь, отличающуюся высокими магнит-
ными свойствами в направлении проката, или пермаллой; для широ-
кополосных ИТ малой и средней мощности — ферритовые сердечни-
ки из марганцево-цинковых ферритов.
ТРАНЗИСТОРНЫЕ ФОРМИРУЮЩИЕ ЦЕПИ
Ограничивающие цепи являются наиболее распространенными
формирующими цепями. Их можно классифицировать на ограничи-
тели с насыщением, с отсечкой или с их комбинацией. Ограничение
уровня может сочетаться с усилением сигнала.
На рис. 35, а показана упрощенная схема транзисторного огра-
ничителя с усилением. На рис. 35,6 приведена статическая переход-
ная характеристика транзисторного усилительного каскада с общим
эмиттером (см. рис. 23, г).
46
Ограничение насыщением. Для работы в режиме ограничения на-
сыщением смещение должно соответствовать точке А характеристи-
ки рис. 35, б. Во время положительного полупериода входного на-
пряжения работа присходит на линейном участке АБ кривой
рис. 35,6, ограничения не происходит. Во время отрицательного по-
лупериода входной сигнал увеличивает прямое смещение перехода
Рис. 35. Транзисторный ограничитель.
а — схема; б — статическая переходная характеристика; в — выходной сигнал
при ограничении насыщением; г — выходной сигнал при ограничении отсечкой.
эмиттер — база, увеличивая ток эмиттера. Транзистор работает, на
участке АВ характеристики рис. 35, б (участок насыщения) происхо-
дит ограничение сигнала. Форма выходного напряжения при сину-
соидальном напряжении на входе показана на рис. 35, в.
Ограничение отсечкой происходит, если рабочая точка транзи-
стора в отсутствие сигнала соответствует точке Б характеристики
рис. 35, б. В этом случае при положительной полуволне транзистор
работает на участке БГ характеристики, и происходит ограничение.
При отрицательной полуволне, если сигнал не выводит транзистор за
пределы участка БА, сигнал усиливается линейно. Форма выходного
напряжения показана на рис. 35, г.
Двустороннее ограничение происходит, если входной сигнал име-
ет достаточный размах, обеспечивающий заход на участки АВ и БГ
характеристики. Ограничение будет симметричным, если рабочая точ.
ка при нулевом сигнале попадает на середину линейного участка АБ
(точка Г на рис. 35,6). Когда прямоугольный сигнал формируется
из слабого синусоидального, для качественного ограничения нужно
предварительное усиление.
Ограничители применяются в радиоприемниках частотно-моду-
лированных сигналов, в звуковом канале телевизора для устранения
паразитной амплитудной модуляции. На рис. 36 показан один из
каскадов тракта усиления сигналов звукового сопровождения теле-
визора. Рабочая точка транзистора Тп выбрана так, чтобы при нор-
мальной амплитуде сигнала на базе транзистора происходило ам-
плитудное ограничение выходного сигнала сверху (за счет захода
в область насыщения коллекторного тока) и снизу (за счет захода
в область отсечки транзистора). С этой целью в эмиттерную цепь
транзистора Тп включен резистор сравнительно небольшого сопро-
тивления.
Транзисторные селекторы представляют собой разновидность
ограничителей. Их назначение — пропускать и ограничивать положи-
46
тельные (или отрицательные) пики и отбрасывать оставшуюся часть-
сигнала.
На рис. 37 изображен селектор-ограничитель отрицательных пи-
ков. Переход база — эмиттер транзистора (в отсутствие сигнала)
имеет нулевое смещение. Однако при поступлении отрицательного
полупериода сигнала появляется базовый ток, который заставляет
Рис. 36. Ограничивающий каскад в канале звукового сопровождения
телевизора.
конденсатор связи заряжаться, увеличивая запирающее смещение на
базе. Между отрицательными пиками входного сигнала некоторая
часть смещения «стекает» на землю. Величина этой утечки зависит
от постоянной времени RC в цепи базы.
Входной сигнал (рис. 37) будет открывать переход база — эмит-
тер в течение каждого отрицательного пика, чтобы возместить утеч-
ку заряда. Амплитуда ограниченного пикового сигнала в коллектор-
ной цепи и степень органичения за-
висят от постоянной времени в цепи
базы, а также от уровня входного
сигнала. При малых входных сигна-
лах в коллекторную цепь проходит
почти половина периода входного
сигнала, а при больших сигналах —
только небольшая часть вершины.
Этот принцип широко использу-
ется в телевидении для выделения
синхронизирующих импульсов. На
рис. 38 изображена схема амплитуд-
ного селектора, выделяющего из
полного сигнала импульсы синх-
Рис. 37. Ограничитель-се-
лектор отрицательных пи-
ков.
47
ронизации для строчной и кедровой разверток. Схема содержит
амплитудный селектор (на транзисторе Тщ) и парафазный усилитель
(на транзисторе Т2ь). Входной сигнал отрицательной полярности сни-
мается с части коллекторной нагрузки видеоусилителя. Уровень при-
вязки обеспечивается конденсатором Сц3 и резистором /?i34- Коллек-
торный резистор i?i35 относительно большого сопротивления обеспе-
чивает надежное ограничение синхроимпульсов в режиме насыщения
при минимальном размахе входного видеосигнала. Синхросмесь, со-
стоящая из строчных и кадровых синхроимпульсов положительной
полярности, через разделительный конденсатор CUs подается в ба-
зовую цепь парафазного усилителя.
Рис. 38. Двухкаскадный селектор канала синхронизации телевизора.
Для того чтобы на выходе строчные импульсы имели одинако-
вую амплитуду, но разную полярность, в коллекторы и эмиттер тран-
зистора Т2в включены резисторы Rm и /?i38- К эмиттеру Г25 подклю-
чена двухзвенная интегрирующая цепь, выделяющая кадровые син-
хроимпульсы.
Транзисторные ключи. Переключающие схемы (ключи) отлича-
ются от других транзисторных схем тем, что транзистор в них может
находиться только в двух состояниях, в одном из которых он про-
водит ток, а в другом — не проводит. Все транзисторные ключи под-
разделяются на два класса: насыщенные и ненасыщенные — в зави-
симости от того, соответствует ли состояние проводимости области
насыщения либо активной области характеристик транзистора.
Физические основы работы ключа. Упрощенная схема транзис-
торного ключа, в котором транзистор включен по схеме с общим
эмиттером, приведена на рис. 39, а; эпюры входных и выходных то-
ков — на рис. 39, б.
Рассмотрим, какие процессы происходят в транзисторе при пе-
реключении. До момента t\ (рис. 39, б) переключатель П находится
в состоянии «Выкл», переход база — эмиттер транзистора заперт, кол-
лекторный ток отсутствует. В момент t[ переключатель П перево-
дится в состояние «Вкл», и появляется ток базы /Б. Время нара-
стания тока базы будем считать пренебрежимо малым, как это по-
казано на рис. 39,6, так как время включения перехода база —
48
эмиттер в большинстве случае^ намного меньше других интервалов
времени, характеризующих работу транзисторного ключа. Однакх?
ток коллектора появляется не сразу, а с задержкой т-з, вызванной
конечным временем пролета носителей через базу. При прохожде-
нии через базу фронт носителей «размывается» тепловыми процес-
сами, и ток эмиттера нарастает за счет увеличения тока коллектора
(до установления равновесия). Поэтому от момента t2 появления
тока коллектора до момента ^з пройдет еще некоторое время т8.
Дальнейшие процессы в схеме зависят от соотношения 5==
=Л21э^б (^н+гк) /^К ' котоРое носит название коэффициента насы-
Рис. 39. Транзисторный ключ.
а — принципиальная схема; б — формы сигналов.
щения, где /"к— сопротивление коллекторной области транзистора.
Если 5<1, то установившееся значение тока коллектора будет рав-
но /*21Э/Б, а коллекторный переход останется смещенным в обрат-
ном направлении (ненасыщенный ключ). Если S>1, то установив-
шееся значение коллекторного тока будет равно ^кУ(^н~ггк^ кол"
лекторный переход сместится в прямом направлении (насыщенный
ключ). В интервале между моментами /3 и /4 число носителей в базе
постоянно.
В ненасыщенном ключе носители, инжектируемые в базу эмит-
терным переходом, пролетают через базу и поглощаются коллектор-
ным переходом, поэтому заряд носителей в базе пропорционален
xw, где xw — время пролета носителей через базу. В насыщенном
транзисторе прямосмещенный коллекторный переход не может эф-
фективно поглощать носители, поэтому заряд носителей в базе про-
порционален хь — времени жизни неосновных носителей в базе.
В транзисторах при изготовлении обеспечивают xL^xw, это
необходимо для получения высокого значения Н2\^. Поэтому заряд,
накапливаемый в базе насыщенного транзистора, много больше, чем
в ненасыщенном. Накопление заряда возможно также в области
коллектора (конечно, это будут носители противоположного типа по
сравнению с базой), если время жизни носителей в коллекторе до-
статочно велико.
49
Рассмотрим теперь процесс выключения, который на рис. 39, б
начинается с момента t4, когда переключатель Я переводится в поло-
жение «Выкл». При этом ток базы меняется по направлению и ста-
новится запирающим для эмиттерного перехода. Как и при включе-
нии, будем считать, что ток базы меняется мгновенно. Ток коллек-
тора и на этот раз не изменится мгновенно, причем задержка
выключения %s будет разной для насыщенного и для ненасыщен-
ного ключей. В ненасыщенном ключе задержка, как и при включе-
нии, будет определяться временем пролета носителей через базу.
В насыщенном ключе спад коллекторного тока (момент h) начнется
только тогда, когда рассосутся или рекомбинируют все носители, на-
копленные в базе и коллекторе. Задержка %s в этом случае пропор-
циональна логарифму степени насыщения 5 и сильно зависит от па-
раметров транзистора. Длительность спада коллекторного тока тс
близка к тн.
Влияние параметров транзистора. Время задержки т3 включе-
ния коллекторного тока определяется параметром /т транзистора
(обычно приводится в справочниках) и технологией его изготовле-
ния. Для бездрейфовых транзисторов Тз«0,15/2я/т, а для дрейфо-
вых т3 «0,4/2л/т.
К дрейфовым относятся транзисторы, в которых база создается
путем диффузии: планарные и планарно-эпитаксиальные с диффузи-
онной базой (часто называемые просто планарными), диффузионно-
сплавные, сплавно-диффузионные и конверсионные.
К бездрейфовым относятся сплавные транзисторы, а также пла-
нарные с эпитаксиальной базой (КТ201, КТ203, КТ208). Фактически
значение т3 очень мало для всех транзисторов и составляет неболь-
шую долю длительности фронта включения тн, которое определяется
параметром /т и относительным значением тока базы. Оно может
находиться в пределах от 1/2л/т до h2ld/2nfj, причем меньшие зна-
чения соответствуют большим токам базы. Поэтому для уменьшения
времени тн выгодно увеличивать ток базы. Однако при этом растет
мощность управления, а также увеличивается время рассасывания.
Компромиссным вариантом является форсированное включение,
при котором ток базы увеличивается (форсируется) только на время
переходного процесса включения. Это можно сделать с помощью спе.
циальной /?С-цепи.
Время задержки выключения is для ненасыщенных схем мало
и примерно равно т3. Для насыщенных схем это время определя-
ется рассасыванием и меняется в широких пределах в зависимости
от типа транзистора. Важно отметить, что оно не обязательно свя-
зано с предельной частотой /т.
В справочных данных транзисторов, предназначенных для рабо-
ты в ключевых схемах с насыщением, обычно оговаривается время
рассасывания т3 , измеренное в определенном стандартном режиме.
Если режим в рассчитываемой схеме отличается от стандартного, то
время рассасывания %s для нее легко рассчитать по формуле
\nSf
%s = Ts inS '
50
где ts —время рассасывания в стандартном режиме; 5 —коэффи-
циент насыщения в стандартном режиме; S' — коэффициент насы-
щения в рассчитываемой схеме.
Время рассасывания зависит также от тока базы (в процессе
рассасывания), уменьшаясь с его увеличением. В разных транзисто-
рах это влияние не одинаково. Если зйряд в транзисторе накапли-
вается в области базы (как это имеет место в сплавных транзисто-
рах), то форсирование выключающего тока является эффективной
мерой увеличения быстродействия. Если же накопление заряда про-
исходит в основном в коллекторной области, то форсирование тока
базы при выключении слабее сказывается на времени рассасывания.
Время спада тс (по порядку значения) равно длительности
фронта тн и находится в тех же пределах. Так же как и длитель-
ность фронта, оно может быть уменьшено форсированием тока ба-
зы при выключении.
Влияние схемы включения. Обычно быстродействие транзистора
в схеме ключа выше, если он включен по схеме с общей базой, так
как использование транзисторов в таком включении эквивалентно
сильному форсированию тока базы. Однако в этом случае отсут-
ствует усиление тока, поэтому мощность управляющего сигнала
должна быть больше. Кроме того, и в схеме с общим эмиттером
можно получить быстродействие, не уступающее быстродействию в
схеме с общей, базой, если форсировать ток базы в моменты переклю-
чения (с помощью, например #С-цепи). Поэтому схема с общей ба-
зой редко используется в качестве ключевой.
Транзистор, включенный по схеме с общим коллектором, также
может выполнять функции ключа. В этом случае отсутствует усиле-
ние по напряжению, а усиление по току равно /г21э- Особенностью
такого ключа является то, что он работает в ненасыщенном режиме,
если напряжение входного сигнала меньше напряжения источника
питания.
АНАЛИЗ ФОРМЫ СИГНАЛОВ В СХЕМАХ
ТРАНЗИСТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
РЕЛАКСАЦИОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
Генераторы сигналов можно разделить на два класса: генерато-
ры сигналов синусоидальной формы и релаксационные генераторы.
Релаксационные транзисторные генераторы представляют собой
нелинейные системы, генерирующие колебания с крутыми перепада-
ми токов и напряжений. Они выполняются на усилителях с широко-
полосной положительной обратной связью. Обычный резистивный
усилитель с общим эмиттером создает на выходе напряжение, сдви-
нутое по фазе на 180° по отношению ко входному. Поэтому если на
выходе применить в качестве устройства обратной связи трансфор-
матор, который также сдвигает на 180° входные колебания, то можно
получить генерирующее импульсное устройство (рис. 40, а), обычно
называемое блокинг-генератором.
Если в качестве устройства обратной связи применить еще один
усилитель (рис. 40, б) (выход первого усилителя замыкается на вход
51
второго, а выход второго — на вход первого), то получим триггер
или мультивибратор.
В мультивибраторах после прекращения регенеративного про*
цесса, в течение которого формируется фронт импульса, наступает
стадия формирования рабочей части импульса. Длительность этой
стадии обычно определяется параметрами RC-цепп, имеющейся в
схеме мультивибратора. После этого снова возникают условия реге-
неративного процесса, протекающего в обратном направлении и оп-
ределяющего срез генерируемого импульса. В моностабильном муль-
тивибраторе процесс на этом заканчивается.
В нестабильном (автоколебательном) мультивибраторе начинает
протекать другой релаксационный процесс, определяющий длитель-
ность интервала между генерируемыми импульсами. Поскольку дли-
тельность релаксационных процессов во времязадающих цепях ге-
нератора обусловливает временные параметры формируемых им-
пульсов, то такие генераторы и называются релаксационными.
Период (частота повторения) импульсов определяется времязадаю-
щими элементами (резисторами и конденсаторами). Генератор им-
пульсов (как блокинг-генератор, так и мультивибратор) может ра-
Рис. 40. Структурные схемы генераторов несинусои-
дальных колебаний.
а — блокинг-генератора; б — мультивибратора.
ботать в режимах автоколебаний, синхронизации (деления частоты),
а также в ждущем (заторможенном). В последнем случае он, как
уже указывалось, называется ждущим.
При работе в режиме автоколебаний частота генератора опре-
деляется цепями RC\ при работе в режиме синхронизации частота
повторения генерируемых импульсов равна частоте внешнего син-
хронизирующего напряжения либо в целое число раз меньше ее. Ес-
ли прекратить внешнее воздействие, генератор импульсов продолжа-
ет работать в режиме автоколебаний.
Ждущий режим релаксационных генераторов применяется осо-
бенно широко. В этом режиме без подачи внешнего импульса коле-
бания отсутствуют. При поступлении запускающего сигнала генера-
тор вырабатывает один импульс и вновь возвращается в состояние
покоя.
Релаксационные генераторы можно строить также и на других
элементах, позволяющих обеспечить скачкообразные изменения тока
или напряжения. Это нелинейные элементы, обладающие так назы-
ваемыми S- или N-образными вольт-амперными характеристиками.
52
На падающих участках таких характеристик дифференциальное со-
противление элемента отрицательно, что позволяет при определен-
ных условиях получать скачкообразные изменения тока или напря-
жения.
Общая методика проверки релаксационных генераторов состоит
в том, что сигнал с выхода генератора подается на вход осциллогра-
фа (обычно через делитель 1 : 10). Скорость развертки устанавлива-
ется такой, чтобы получить на экране изображение двух-трех перио-
дов. Затем проверяют период, форму и амплитуду напряжения ге-
нератора.
АНАЛИЗ ФОРМ СИГНАЛОВ В БЛОКИНГ-ГЕНЕРАТОРАХ
Блокинг-генератор — это релаксационный генератор импульсов,
представляющий собой однокаскадный усилитель с трансформатор-
ной обратной связью. Блокинг-генератор может вырабатывать им-
пульсы длительностью от нескольких десятков наносекунд до десят-
ков микросекунд, следующие с довольно высокой скважностью.
Рис. 41. Схема блокинг-генератор а (а) и формы сигна-
лов (б).
Типичная принципиальная схема блокинг-генератора приведена
на рис. 41, а, а на рис. 41,6 показаны диаграммы токов и напряже-
ний в схеме. ^
Пусть в некоторый момент времени транзистор Т заперт. 1ок
через резистор Ri будет заряжать конденсатор С{ до тех пор, пока
не откроется переход эмиттер —база транзистора. В этот момент,
условно взятый на рис. 41,6 за начало отсчета, транзистор откроется
и появится ток коллектора, Появление тока в первичной обмотке
трансформатора Тр вызовет индуцированное напряжение во вто-
ричной обмотке, которое через С* окажется приложенным к перехо-
ду база —эмиттер в прямом направлении, что вызовет дополнитель-
ное увеличение тока коллектора, и т. д. В результате разовьется ла-
винообразный процесс нарастания коллекторного тока, продолжаю-
щийся до тех пор, пока Т не войдет в насыщение. В этот момент
(t{ на рис. 41,6) заканчивается формирование фронта импульса и
начинается формирование вершины.
53
В первые моменты после завершения формирования фронта ток
коллектора определяется в основном трансформированным из вто-
ричной обмотки током базы и может быть довольно велик, если со-
противление цепи базы транзистора мало. Эта составляющая тока
коллектора быстро спадает во времени, так же, как и ток базы, так
как происходит заряд С\. Однако ток коллектора имеет вторую со-
ставляющую— ток намагничивания первичной обмотки Тр. Эта со-
ставляющая равна нулю в момент t\ и линейно нарастает со време-
нем. Сумма этих двух составляющих и дает характерную «седлооб-
разную» форму импульса коллекторного тока.
Так как ток базы спадает со временем, а ток коллектора нарас-
тает, в какой-то момент h перестанет выполняться условие насыще-
ния транзистора /^ <^2!Э^Б- При этом напряжение на первичной об-
мотке Тр начнет падать, и, следовательно, начнет па-
дать и напряжение на вторичной обмотке. Это измене-
ние напряжения через С\ будет приложено к переходу
база — эмиттер Т в направлении его запирания, в результате
чего разовьется лавинообразный процесс запирания транзистора и
будет сформирован спад импульса в цепи коллектора. Отрицатель-
ный выброс напряжения на коллекторе, сопровождающий спад им-
пульса, обязан своим происхождением магнитной энергии, накоплен-
ной в сердечнике трансформатора. Если добротность обмоток транс-
форматора превышает несколько единиц, что характерно для
трансформаторов на феррите, то вместо одного выброса могут поя-
виться колебания, которые в некоторых случаях могут вызывать пов-
торный— преждевременный запуск генератора. Для устранения это-
го явления одну из обмоток трансформатора шунтируют диодом или
резистором.
В течение формирования импульса ток базы транзистора заря-
жает Ci так, что к моменту окончания импульса напряжение на
нижней по схеме обкладке С\ будет запирающим для перехода ба-
за — эмиттер Т. Потребуется некоторый интервал времени t2—^5 для
того, чтобы С{ перезарядился током резистора R\ до напряжения
отпирания транзистора. Процесс перезаряда определяет паузу между
двумя импульсами при свободных колебаниях генератора.
На рис. 41,6 проиллюстрирован также принцип синхронизации
блокинг-генератора. Для этого на базу транзистора Т нужно подать,
например, через конденсатор С2 короткие импульсы небольшой ам-
плитуды (моменты /3 и tA на рис. 41,6). Из рисунка видно, что им-
пульс, поступивший в конце периода формирования паузы, может
при некоторой амплитуде вызвать запуск, тогда как тот же импульс,
поступивший в первой половине периода, не сможет открыть тран-
зистор и запустить генератор. Описанное свойство позволяет бло-
кинг-генератору выполнять функции синхронизированного генератора
и делителя частоты. Для нормальной работы в режиме синхрониза-
ции (деления частоты) собственная частота генератора должна быть
несколько ниже его частоты в режиме синхронизации (деления).
В блокинг-генераторе рис. 42, схема которого взята из телевизо-
ра, собственная частота задается несколько другим способом. Вре-
мязадающая цепь R7C4 включена в эмиттер транзистора. Особенность
такой схемы состоит в том, что напряжение на /?С-цепи не содержит
импульсной составляющей и может подаваться непосредственно на
усилитель вертикального отклонения. Период собственных колебаний
определяется" постоянной RC. а также положением движка резис-
тора R2.
64
Диоды применяются в схемах блокинг-генераторов для ограни-
чения пиковых напряжений в коллекторных цепях. В частности, ди-
од Д]. на рис. 42 шунтирует вторичную обмотку трансформатора
после выключения Т\, рассеивая избыточную энергию, накопленную
в сердечнике трансформатора, и предотвращая появление чрезмерно
больших импульсов напряжения, которые могли бы вывести из строя
транзистор или вызвать повторный самопроизвольный запуск.
При указанных на схеме параметрах i^C-цепи ее постоянная
времени близка к периоду следования полукадров, поэтому напря-
жение на выходе будет иметь заметную нелинейность, легко разли-
чимую на экране осциллографа. Эта нелинейность должна компен-
сироваться в усилителе вертикального отклонения телевизора.
Рис. 42. Одна из схем блокинг-генератора кадровой развертки по-
лупроводникового телевизора.
Кадровые синхроимпульсы отрицательной полярности поступа-
ют на базу Т\ через конденсатор Сь Потенциометром R2 устанавли-
вают частоту собственных колебаний несколько ниже частоты при-
ходящих синхроимпульсов. Амплитуда выходного напряжения (и,
следовательно, тока в кадровых катушках отклоняющей системы)
регулируется переменным резистором Rs-
Если при проверке осциллографом частота колебаний блокинг-
генератора отличается от требуемой или наблюдаются произвольные
ее изменения, следует проверить исправность деталей, определяю-
щих постоянную времени и зарядных резисторов. Изменения часто-
ты, которые сопровождаются падением амплитуды импульсов, что
сразу видно на экране осциллографа, могут быть вызваны дефектами
трансформатора.
Блокинг-генераторы часто применяют в схемах делителей часто-
ты, обеспечивая в одном каскаде коэффициент деления до 10—20.
55
Если частота синхроимпульсов меняется в широком диапазоне, а ко-
эффициент деления частоты должен оставаться неизменным, то
блокинг-генератор использовать нельзя. В таких случаях применяют
ступенчатые (дискретные) делители частоты на основе триггеров.
АНАЛИЗ ФОРМ СИГНАЛОВ В МУЛЬТИВИБРАТОРАХ И ТРИГГЕРАХ
Мультивибратор со свободными колебаниями — это двухкаскад-
ный усилитель, выход которого подключен ко входу. Положитель-
ная обратная связь позволяет получить генерацию. Чаще всего в
мультивибраторах применяются RC-связи.
Рис. 43. Схемы мультивибраторов.
а —типовая схема; 6 — формы сигналов типовой схемы; в — схема мультивиб-
ратора с устойчивым запуском.
На рис. 43, а представлена типичная схема мультивибратора;
формы сигналов в цепях мультивибратора на транзисторах типа
п-р-п показаны на рис. 43, б.
Допустим, что в момент to транзистор Т{ проводит, а Ь-нет.
В течение времени от U До h ток коллектора и напряжение на нем
остаются постоянными! конденсатор С2 разряжается через резис-
тор R3 по экспоненциальному закону.
По мере разряда С2 через #3 падение напряжения на нем, явля-
ющееся также напряжением базы Г2, уменьшается, это уменьшаем
56
обратное смещение на Г2 до тех пор, пока 7*2 не начнет проводить
(момент t2).
Как только коллекторный ток /^2 начнет увеличиваться, напря-
жение на коллекторе U^2 станет уменьшаться. Разница потенциалов
передастся через конденсатор d на базу Т\, сделает ее более отри-
цательной, уменьшая таким образом коллекторный ток через 7\.
Увеличивающийся положительный потенциал на коллекторе Т\ через
конденсатор Сг передается на базу Гг. Ток коллектора /к через Га
увеличивается. Таким образом, начальная причина — приоткрывание
Т2 током резистора R$, усилившись двумя транзисторными каскада-
ми, вызвала дальнейшее нарастание тока коллектора Гг. Это озна-
чает, что возникнет лавинообразный процесс, в результате которого
Т\ закроется, а Г2 полностью откроется. В момент ^3 произойдет про-
цесс, аналогичный описанному выше, но Т\ и Г2 поменяются полями.
Резисторы R\ и /?4 на рис. 43, а являются коллекторными на-
грузками для транзисторов Т\ и Г2. Частота следования мультивиб-
ратора зависит от постоянных времени /?С-цепей связи C\R2 и C2R3,
а также от отношения напряжения открывания перехода база —
эмиттер транзисторов к напряжению питания. Это отношение опре-
деляет точку на экспоненте, в которой транзистор выводится из
режима отсечки.
Период колебаний Г складывается из двух составляющих и вы-
числяется по формуле
где и0 — напряжение открывания перехода база — эмиттер транзис-
торов; Е^—напряжение источника питания.
Эта формула справедлива при следующих условиях: открытый
транзистор не выходит из насыщения в течение всего полу период а,
т. е. #3<«21Э#1 (Для транзистора ГО и R2<h2x3R2 (для транзисто-
ра Г2), конденсатор, соединенный с базой открытого транзистора,
успевает к моменту его закрывания полностью зарядиться через
коллекторный резистор закрытого транзистора, т. е. RiCi<R3C2,
RiC2<R2Ci.
Мультивибратор (рис. 43, а) обладает недостатком: при вклю-
чении питания оба транзистора могут оказаться открыты и насыше-
ны; при высокой степени насыщения транзисторов такое состояние
устойчиво и мультивибратор из него не выйдет без внешнего толчка.
Обычно достаточно выключить и вновь включить питание или при-
коснуться пинцетом к какой-либо точке схемы, чтобы мультивибра-
тор заработал. В тех же случаях, когда подобные «отказы» совер-
шенно недопустимы, следует применять специальные схемы, свобод-
ные от такого недостатка (рис. 43, в).
На рис. 44 показано применение мультивибратора в качестве
генератора в схеме коммутатора двухканального осциллографа (см.
рис. 7).
Электронный переключатель, управляющий выходами усилите-
ля, собран на автоколебательном мультивибраторе (транзисторы Т\
и Г?), Переключателем П\ устанавливаются различные частоты ком-
мутации. Для получения хорошего, четкого переключения на выходе
мультивибратора имеется формирующий каскад. Сигналы со входов
57
А и Б попеременно поступают на эмиттерные повторители и на око-
нечный усилительный каскад.
Схема одновибратора или моностабильного мультивибратора по-
казана на рис. 45, а. Если схему запустить, она делает один цикл
Рис. 44. Структурная схема усилителя-коммутатора с генерато-
ром частоты коммутации.
колебаний, а затем возвращается в первоначальное состояние. Внеш-
ний запускающий импульс смещает рабочую точку с начального ста-
бильного состояния, и она находится в новом положении в течение
времени, определяемого цепочкой RzC2.
На рис. 45,6 приведены формы сигналов в схеме одновибрато-
ра. При поступлении следующего запускающего импульса цикл пов-
торяется. Выходной сигнал прямоугольной формы снимается с кол-
лектора Т2. Длительность выходного импульса от t\ до t2 определя-
ется главным образом постоянной времени цепи разряда C2R3',
частота следования выходных сигналов определяется частотой при-
хода запускающих импульсов.
Триггер представляет собой устройство с двумя устойчивыми
состояниями. На рис. 46, а показана схема одного из наиболее рас-
пространенных транзисторных триггеров со счетным входом, содер-
жащих два транзисторных усилителя постоянного тока R^TiRi и
R2T2R2. В одном из устойчивых состояний Г] заперт, а Т2-~открыт
и насыщен, а в другом, наоборот, Т2 заперт, а Т\ насыщен. Назовем
первое состоярие «нулевым», а второе «единичным». Если на входы
Уст. О и Уст. I T не подавать импульсов, то триггер сохраняет свое
состояние сколько угодно долго. Подавая импульсы отрицательной
58
полярности на входы Уст. О или Уст. 1, можно установить триггер
в нулевое или единичное состояния соответственно.
Режим счета обеспечивается цепями C\R$J1\ и C^R^Hi; работа
триггера в этом режиме проиллюстрирована диаграммами рис. 46,6.
Рис. 45. Одновибратор на транзисторах.
а — схема; б — формы сигналов.
Рис. 46. Счетный триггер.
а — схема; б — формы сигналов в схеме триггера.
59
На этом рисунке напряжение на счетном входе Т обозначено К&к
UT. Через UA и 1/Б обозначено напряжение в точках А и В схемы.
Как видно из рис. 46,6, при каждом спаде напряжения на входе Г
состояние триггера меняется на противоположное, так как импульс
со входа Т проходит только через тот диод (Mi либо Д2), катод ко-
торого через резистор (R5 либо R6 соответственно) соединен с кол-
лектором транзистора, включенного до воздействия импульса.
Триггеры, выполненные по указанной схеме, устойчиво работа-
ют в широком диапазоне длительностей и скважностей входных
импульсов. Для устойчивой работы необходимо, чтобы длительность
импульса (интервалы t\t2 и t$tA) была достаточной для опрокиды-
вания триггера, а пауза (интервалы t2t9 и ^s) по крайней мере
вдвое превышала постоянные времени R5C1, RqC%. Схема также
мало критична к амплитуде напряжения на входе Г, которая долж-
на удовлетворять условию
где Uо — напряжение на коллекторе включенного транзистора;
Д?/т—перепад напряжения на входе Т; Ui — напряжение на кол-
лекторе выключенного транзистора.
Ввиду малой критичности к амплитуде и длительности запуска-
ющих импульсов триггеры такого типа для достижения больших
коэффициентов пересчета можно соединять в цепочки без дополни-
тельных формирующих каскадов.
Иногда в схему вводят «ускоряющие» конденсаторы (Сз и С\
на рис. 46,а), однако они мало сказываются на работе схемы.
Если транзисторы Т\ и Т2 кремниевые, то источник смещения и
резисторы Rj, Rs могут отсутствовать, тогда вид диаграммы ?/Б1 ( + )
и С/Б2 ( + ) изменится так, как это показано на рис. 46,6 пунктиром.
ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
LC-генераторы встречаются в приемниках, магнитофонах и дру-
гих устройствах. В радиоприемнике LC-генератор выполняет функ-
ции гетеродина, а в магнитофоне создает переменное напряжение
подмапшчивания при записи и стирании.
На рис. 47, а показана схема LC-генератора на транзисторе
п-р-п по схеме трехточки. Отвод катушки подключен к общему
эмиттеру. Резистор RB обеспечивает подачу смещения на переход
база — эмиттер. Значения L и С контура определяют частоту коле-
баний. Конденсатор СБ разделяет по переменному току катушку кон-
тура н базу транзистора, а Сэ устраняет отрицательную обратную
связь через R9. Катушка с отводами определяет коэффициент свя-
зи транзистора с контуром и коэффициент трансформации между
эмиттером и базой. Частота колебаний определяется по формуле
2nVw
60
форма колебаний в установившемся режиме приведена на
рис. 47,6. Напряжение на базе и эмиттере близки к синусоидаль-
ным, ток эмиттера и коллектора имеет вид коротких импульсов.
Непосредственное наблюдение формы эмиттерного тока невозмож-
но без токового пробника, но ток коллектора легко наблюдать,
включив в цепь коллектора резистор небольшого сопротивления
(около сотни ом для маломощных генераторов). Введение этого
резистора полезно и по другой причине: он предотвращает возмож-
ное возбуждение транзистора на сверхвысокой частоте за счет па-
разитной индуктивности коллекторной цепи.
Рис. 47. LC-генератор.
а — схема; б — формы сигналов.
Наблюдение за формой коллекторного тока позволяет сделать
вывод о запасе возбуждения: при большом запасе возбуждения
импульсы коллекторного тока короткие, при малом— составляют
значительную долю периода. Большой запас возбуждения означает,
что генератор будет надежно возбуждаться, несмотря на воздей-
ствие неблагоприятных факторов (ухудшение добротности контура,
понижение напряжения питания, изменение параметров транзисто-
ров и т. д.).
Однако излишний запас возбуждения не всегда желателен, так
как вызывает повышенный коэффициент гармоник (искажения си-
нусоидальной формы) и снижает стабильность частоты. Понизить
запас возбуждения можно, уменьшая коэффициент включения базы
транзистора в контур. При этом коэффициент трансформации меж-
ду эмиттером и базой &ЭБ нужно подобрать заново. Оптимальное
значение коэффициента &ЭБ лежит обычно в пределах 1,5—5, но
иногда можно полагать кэъ = 2.
Для более точного определения кэъ его определяют экспери-
ментально, выбрав такое значение, при котором запас возбужде-
ния максимален. Если в процессе подбора запас возбуждения уве-
личится до нежелательного значения, следует уменьшить коэффи-
циент включения в контур и снова подобрать &Эб и т . д. В некоторых
случаях, когда исходные коэффициенты далеки от оптималь-
ных, может потребоваться несколько последовательных прибли-
жений.
Рассмотренная методика может быть применена и при на-
стройке генераторов, собранных по другим схемам. Следует заме-
61
тить, что для оценки длительности импульсов коллекторного тока
требуется осциллограф с полосой пропускания по крайней мере на
порядок выше частоты генератора.
Длительность импульсов коллекторного тока можно также
оценить, рассматривая на двухканальном осциллографе напряже-
ния базы и эмиттера и определив долю периода, в течение которой
напряжение базы больше напряжения эмиттера на значение напря-
жения отпирания эмиттерного перехода. В этом случае требования
к полосе пропускания осциллографа существенно ниже, но точность
такого измерения мала.
Рис. 48. Схема транзисторного генератора
стирания с двухтактным выходом.
С помощью осциллографа легко выявляется нежелательное яв-
ление, которое иногда наблюдается в генераторах, — прерывистая
генерация. При этом явлении амплитуда колебаний генератора са-
мопроизвольно модулируется частотой на два — три порядка ниже
основной. Иногда частота эта настолько нестабильна, что изобра-
жение ее периода не удается остановить на экране. Обычно это яв-
ление возникает при сочетании очень большого запаса возбуждения
и больших постоянных времени R^b* ^э^э*
На рис. 48 приведена схема генератора стирания магнитофона,
построенная по двухтактной схеме для получения симметричной
формы колебаний и достаточной выходной мощности. Положитель-
ная обратная связь образуется благодаря перекрестному включе-
нию между коллекторными и базовыми цепями транзисторов двух
ЯС-цепочек.
В процессе работы генератора в течение одного полупериода
один транзистор отпирается, а другой запирается. От вторичной
обмотки трансформатора Тр\ питается стирающаяся головка. Эта
цепь настраивается на максимальную отдачу конденсатора ем-
костью 0,08 мкФ. От этой же обмотки через конденсатор емкостью
27 пФ снимается ток подмагничивания в записывающую головку.
При налаживании генераторов стирания — подмагничивания
нужно иметь в виду, что, кроме отдачи необходимой мощности, они
62
должны удовлетворять еще одному требованию, а именно: напря-
жение подмагничивания должно быть как можно более симметрич-
ным. Даже небольшое отклонение от симметрии (несколько процен-
тов) вызывает заметное повышение шума ленты. Обычным методом
(по форме синусоиды на экране осциллографа) обнаружить такое
отклонение невозможно.
В подобном случае можно воспользоваться усилителем-комму-
татором, имеющим переключатель полярности изображения на од-
ном из входов (С 1-15/3). Для контроля симметрии следует подать
сигнал на оба канала и как можно точнее совместить в них изобра-
Рис. 49. Транзисторный ЯС-генератор звуковых ча-
стот.
жения сигналов. Затем, заменив полярность в одном из каналов,
снова совместить изображения с помощью ручки «Смещение по X»,
не трогая других органов управления. Асимметрия синусоиды выя-
вится на экране в виде размытия или двоения линии. Возможной
причиной искажения формы сигнала может служить нарушение
симметрии двухтактного каскада, которое может быть вызвано
выходом из строя одного из транзисторов или коротким замыкани-
ем в катушке.
Гармонические RC-генераторы. Существует класс транзисторных
гармонических генераторов, у которых обратная связь с выхода на
вход задается с помощью многозвенной фазосдвигающей цепочки.
Их часто применяют, если нужно получить колебания звуковых
частот, так как LC-контуры на такие частоты громоздки.
Один из генераторов звуковой частоты показан на рис. 49. Он
представляет собой двухкаскадный усилитель с частотно-зависимой
обратной связью через цепь из конденсаторов и резисторов. Цепь
обратной связи обеспечивает необходимый для самовозбуждения
колебаний сдвиг фаз только на одной определенной частоте, зави-
сящей от емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов, об-
разующих эту цепь. При соответствующем выборе элементов схемы
и режима работы генератора можно получить практически синусо-
идальные колебания. Частотно-зависимая обратная связь вводится
в цепь базы транзистора Т\ из цепи его коллектора через фазо-
сдвигающую цепочку, образуемую конденсаторами Ci—С3 и ре-
63
Таблица 1
Основные неисправности генераторов
Признак
неисправности
Колебания от-
сутствуют
Мал выходной
сигнал
Прерывистая
генерация (LC-
генераторы)
Искажения
(RC- генераторы)
Неправильная
частота
Возможная причина
1. Неисправен транзи-
стор
2. Неправильные режи-
мы по постоянному
току
3. Мал коэффициент уси-
ления в контуре об-
ратной связи
4. Замыкание в нагрузке
5. Разрыв цепи или ко-
роткое замыкание в
контуре
1. Мал коэффициент
усиления в контуре
обратной связи
2. Мало напряжение пи-
тания
3. Неисправны цепи сме-
щения
Большой коэффициент
усиления в контуре об-
ратной связи; большая
постоянная времени в
цепях базы или эмитте-
ра
Насыщение или отсечка
транзистора
1. Короткое замыкание
в катушке
2. Обрыв или короткое
замыкание одного из
конденсаторов конту-
ра LC
Что следует проверить
1. Транзистор
2. Резисторы в цепях
электродов и источ-
ник питания
3. Конденсаторы в эмит-
терных цепях; элемен-
ты обратной связи
4. Сопротивление на-
грузки
5. Конденсаторы и ка-
тушки контуров
1. Блокинг-трансформа-
тор. Цепь обратной
связи. Конденсатор
эмиттерной цепи. Це-
пи развязки
2. Напряжение источни-
ка питания; развязы-»
вающие цепи
3. Элементы цепей сме-
щения
Элементы цепи обрат-
ной связи. Конденсатор
эмиттерной (базовой)
цепи
Цепи смещения. Ис-
правность термистора
(или других элементов
цепи стабилизации амп-
литуды)
1. Индуктивность ка-
тушки
2. Конденсаторы конту-
ра
64
Продолжение табл. I
Признак
неисправности
Возможная причина
Что следует проверить
3. Неисправна /?С-цепь
(в /?С-генераторах,
мультивибраторах,
блокинг-генерато-
рах)
4. Неисправен блокинг-
трансформатор
5. Неправильное сме-
щение в блокинг-гене-
раторе или мульти-
вибраторе
3. RC-i&ub
4. Блокинг-трансфор-
матор
5. Элементы цепи сме-
щения
зисторами Hi—/?з, а также входным сопротивлением Гь Частота
генерируемых колебаний равна:
65-Ю3
;~ RC '
где f — частота в герцах; R—Ri — R2—R3— в омах; С=С1 = С2=Сз —
в микрофарадах.
Амплитуда установившихся колебаний в описанном генераторе,
как и в LC-генераторах, ограничивается заходом транзисторов в
область отсечки или насыщения. Однако в LC-генераторах это не
приводит к сильным искажениям формы колебаний в LC-контуре,
так как последний, имея высокую добротность, подавляет амплиту-
ду высших гармоник. В #С-генераторе такое подавление практиче-
ски отсутствует, так как эквивалентная добротность /?С-цепи мала.
Поэтому хорошая синусоидальная форма колебаний в генераторе
рис. 49. может получиться только при очень небольшом запасе воз-
буждения.
Переменный резистор Rs служит для точной регулировки запаса
возбуждения. Регулировку следует производить, контролируя форму
колебания на экране осциллографа.
В ответственных случаях, когда даже небольшие искажения
формы недопустимы или нельзя установить малый запас возбуж-
дения из соображений надежности, применяются схемы с автома-
тической стабилизацией амплитуды (например, на термисторах с
саморазогревом).
Общий подход при проверке генераторов. Подключая осцилло-
граф к генератору, нужно учитывать влияние его входной емкости
и сопротивления. Для уменьшения этого влияния применяют дели-
тели-пробники. В некоторых случаях, когда этого недостаточно,
приходится подключать осциллограф через конденсатор емкостью
несколько пикофарад.
Неисправности, встречающиеся в генераторах разных видов,
систематизированы в табл. 1.
65
АНАЛИЗ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
В [9] приведена общая методика отыскания неисправностей
в транзисторных усилителях. Она может быть полностью примене-
на и при использовании осциллографа в качестве основного изме-
рительного прибора. При этом необходимо придерживаться неко-
торых общих правил.
Если для отыскания неисправностей в транзисторных усилите-
лях используется аппаратура, питаемая от сети, то следует пре-
дусмотреть защиту проверяемого устройства от сетевых токов
утечки на корпус измерительной аппаратуры. Нужно учитывать, что
цепи питания некоторых измерительных приборов снабжены высо-
Рис. 50. Пульсирующее напряжение в схемах транзисторного
усилителя с заземленным эмиттером.
а — транзистор типа р-п-р; б — типа п-р-п.
кочастотными емкостными фильтрами, через которые часть напря-
жения сети может передаться на металлический корпус прибора, в
котором возможны такие нарушения изоляции. Поэтому отсутствие
защиты может привести к разрушению транзисторов в проверяемом
устройстве. Обычно для предотвращения этого корпус прибора со-
единяют с нулевым проводом питающей сети.
Неисправности, встречающиеся в усилителях, их причины и спо-
собы устранения систематизированы в табл. 2.
Для всех измерений в качестве измерительного прибора может
быть применен осциллограф с усилителем постоянного тока.
Формы сигналов в схемах транзисторных усилителей с RC-
связью. Большинство сигналов в транзисторных усилителях можно
отнести к пульсирующим сигналам постоянного тока, так как на
базе и на коллекторе кроме сигнала, присутствуют постоянные на-
пряжения смещения.
Так, на рис. 50, а на базе и на коллекторе р-п-р транзистора
присутствует напряжение одной полярности — отрицательной. При
подаче на базу синусоидального напряжения оно накладывается на
постоянное напряжение смещения и образует пульсирующее напря-
жение, находящееся в отрицательной области.
66
Таблица 2
Возможные неисправности усилителей
Признак
неисправностей
Усилитель
полностью не
работоспособен
Плохая час-
тотная характе-
ристика
Нелинейные
искажения
Шумы
Неустойчи-
вость (генера-
ция)
Возможная причина
1. Неправильные режи-
мы по постоянному
току
2. Разрыв цепи прохож-
дения сигнала
1. Неисправность цепи
межкаскадной связи
2. Обрыв или уменьше-
ние емкости блокиро-
вочного конденсатора
эмиттерной цепи
3. Неисправность в схе-
ме коррекции частот-
ной характеристики
1. Нелинейные искаже-
ния в выходном кас-
каде
2. Искажения в предва-
рительных каскадах
1. Слабый входной сиг-
нал
2. Неисправен тран-
зистор
1. Большое внутреннее
сопротивление источ-
ника питания
2. Неисправность в це-
пях развязки
3. Неисправность цепи
! отрицательной об-
ратной связи
1.
2.
1.
2.
1.
2.
1.
2.
I
2.
3.
Что следует проверить
Цепи питания и сме-
щения; транзисторы
Цепи межкаскадных
связей. Громкоговори-
тель и его подключе-
ние
Конденсаторы связи
и переходные транс-
форматоры
Блокировочный кон-
денсатор эмиттерной
связи
Ток коллектора вы-
ходного каскада. На-
пряжение питания.
Транзисторы выходно-
го каскада. Цепь от-
рицательной обратной
связи
Режимы по постоян-
ному току. Базовые
смещения. Транзисто-
ры. Конденсаторы
связи. Блокировочные
конденсаторы
Амплитуда входного
сигнала. Входная цепь
и ее детали
Транзисторы
Батарею
Электролитические
конденсаторы цепей
развязки
Детали цепи отрица-
тельной обратной свя-
зи
67
Пульсирующее напряжение сигнала в цепи базы (рис. 51, а)
проходит в цепь коллектора усиленным. Форма выходного сигнала
в цепи коллектора, как и в цепи базы, является пульсирующим на-
Вход
Т Вход
4^1 1
пряжением, находящимся в отрицательной области, но переменная
составляющая выходного сигнала имеет противоположную поляр-
ность по сравнению со входным сигналом. Если применить п-р-п
транзистор (рис. 51,6), то полярности напряжений будут обратными.
Конденсатор связи Ссв устраняет постоянную составляющую
пульсирующего сигнала, поэтому на выходе появляется только пе-
ременная составляющая. Подобное же действие на пульсирующий
сигнал оказывает трансформатор: он блокирует путь постоянному
току, и когда в первичную обмотку подается пульсирующий ток,
то на выходе во вторичной обмотке появляется только его перемен-
ная составляющая.
В схеме с общей базой (рис. 51, а) изменения фазы сигнала
не происходит; на эмиттер р-п-р транзистора подано положительное
напряжение, а на коллектор — отрицательное постоянное напря-
жение.
В схеме транзисторного усилителя с общим коллектором (рис.
52, а) выходной и входной сигналы находятся в одинаковой фазе,
на базе — отрицательное смещение. Ток, протекая через нагрузку
эмиттера, создает падение напряжения, отрицательное по отноше-
нию к земле. Входной и выходной сигналы имеют форму пульсирую-
щего постоянного напряжения отрицательной полярности. На рис.
52, б в схеме использован п-р-п транзистор, поэтому полярности
здесь обратные — входной и выходной сигналы будут пульсирую-
щими напряжениями положительной полярности.
Типичные значения коэффициентов усиления для разных схем
включения при нагрузке 1 кОм и токе эмиттера 1 мА приведены
в табл. 3.
Если для наблюдения форм сигналов в транзисторном усилите-
ле постоянного тока будет применен осциллограф постоянного на-
пряжения, то из-за постоянной составляющей изображение на экра-
не трубки будет смещено вверх или вниз в зависимости от поляр-
68
Рис. 51. Формы сигналов.
в —в схеме с общей базой (транзистор р-п-р типа); б — то же с трай-
зистором п-р-п.
ности сигнала. При использовании осциллографа переменного напря-
жения (или осциллографа постоянного напряжения с закрытым вхо-
дом) синусоида расположится в центре экрана.
Рис. 52. Формы сигналов.
а —в схеме с общим коллектором (транзистор р-п-р типа); б — то же
с транзистором п-р-п.
ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСИЛИТЕЛЯ С RC-СВЯЗЬЮ
Простой усилитель с /?С-связью имеет максимальное усиление
в среднечастотном диапазоне. Усиление на нижних частотах огра-
ничивается из-за увеличения реактивного сопротивления конденса-
тора связи, усиление высших частот уменьшается вследствие дей-
ствия паразитных емкостей схемы и переходов транзистора а также
из-за ухудшения его параметров с частотой. Независимо от кон-
кретных значений R и С и типа транзистора частотная характерна
тика любого усилителя с #С-связью будет сходна с универсальной
частотной характеристикой, показанной на рис. 53, а (низкочастот-
ная часть) и рис. 53, б (высокочастотная часть). Частотные харак-
теристики на рис. 53 изображены в полулогарифмической системе
координат.
Когда два каскада с RC-связью соединяются последовательно,
то напряжение на выходе первого каскада умножается на коэффи-
циент усиления второго. Если частотные характеристики первого и
второго каскадов одинаковы, то второй каскад как бы «возводит
в квадрат» характеристику первого. На рис. 53, б показана характе-
ристика такого двухкаскадного /?С-усилителя.
Схема включения осциллографа для снятия частотной характе-
ристики с помощью низкочастотного генератора качающейся часто-
ты приведена на рис. 54. При снятии частотной характеристики
сигнал должен быть таким, чтобы заведомо исключить воз-
можность перегрузки усилителя во всем диапазоне качания частоты.
С другой стороны, сигнал должен быть по крайней мере в 20 раз
больше уровня шума, а нагрузочное сопротивление усилителя дол*
жно соответствовать номиналу.
Рис. 53. Частотная характеристика каскада с RC-связъю
(в единицах произведения со/?С).
а — низкочастотная часть; б — высокочастотная часть (пунктиром
обозначена характеристика для двух одинаковых каскадов).
Рис. 54. Схема проверки частотной характеристики усилителя
генератором качающейся частоты.
70
Генератор качающейся частоты позволяет снимать самые
сложные характеристики и дает наглядный результат, однако он
сравнительно дорог и не всегда имеется в распоряжении.
Проверка частотной характеристики усилителя с /?С-связью
сигналами прямоугольной формы. Качество воспроизведения сигна-
ла прямоугольной формы транзисторным усилителем позволяет
свидетельствовать о частотной, фазоамплитудной и о переходной
характеристиках. Схема включения осциллографа для такого изме-
рения показана на рис. 55. При любых проверках усилитель должен
быть нагружен на сопротивление, равное номинальному сопротив-
лению нагрузки. Время нарастания прямоугольных сигналов гене-
ратора и осциллографа должно быть значительно меньше ожидае-
мого времени нарастания усилителя.
Рис. 55. Схема проверки усилителя генератором прямоугольных сиг-
налов.
Как и при измерениях частотной характеристики с помощью
генератора качающейся частоты, работу надо вести при пиковой вы-
ходной мощности заведомо меньше максимальной. Мощность опре-
деляем следующим образом: измеряем пиковое значение напряжения
изображенного на экране прямоугольного сигнала, после чего вы-
ч сляем мощность по формуле
p=/f/«H.
Затем измеряем время нарастания выходного сигнала между
уровнями 0,1 и 0,9 амплитудного значения. Верхнюю граничную
частоту характеристики определяем по времени нарастания сигнала
от 0,1 до 0,9 по формуле
/верх = 0,35/тнар.
Если время нарастания измерено в миллисекундах, то fBepx бу-
дет в килогерцах. Эта формула приближенная, но определенная по
ней /верх очень близка к полученной при снятии частотной харак-
теристики с помощью звукового генератора, но только определи*
ется в этом случае намного быстрее.
При определении частотной характеристики усилителя в области
низших частот время нарастания генератора не играет большой роли,
осциллограф также может быть не очень широкополосным, доста-
точно, если он будет пропускать без искажений прямоугольный сим-
метричный сигнал с частотой 20 Гц. Схема подключения та же
(рис. 55). Уменьшаем частоту следования сигнала, пока на изобра-
жении его вершины не появится спад 30—40% (рис. 56).
Определяем непосредственно по делениям шкалы на экране
71
(рис. 56,6) значения ?i и Ег и отмечаем частоту следования вход-
ного прямоугольного сигнала /с. Нижнюю предельную частоту уси-
лителя определяем по формуле
/н=^с1п-| •
Частота /н— та, на которой происходит уменьшение коэффи-
циента усиления на 3 дБ.
Задержка сигнала во времени в усилителях звуковой частоты
практически ^не сказывается на качестве воспроизведения звука.
Однако в видеоусилителях цветных телевизоров задержка сигнала
сказывается на правильности воспроизведения цвета. Поэтому нуж-
Рис. 56. Определение низкочастотных характери-
стик усилителя.
а — форма сигналов на экране ЭЛТ; б —• завал вершины
прямоугольного сигнала при малых частотах следования.
но уметь ее измерять и при необходимости уравнивать задержки
времени усилительных систем, включая последовательно с усили-
телем, имеющим меньшую задержку, линии с необходимой допол-
нительной задержкой. Измерение времени задержки производится
для прямоугольных импульсных сигналов на уровне 0,5 амплитуды.
Пробник, подключаемый к видеоусилителю, должен иметь малую
емкость.
Коррекция усилителя в области низких частот. Для неисГкажен-
иой передачи прямоугольного сигнала низшей частоты видеоуси-
лителем с /?С-связями между каскадами иногда применяют схе-
му коррекции, частотной характеристики в области низших частот,
как показано на рис. 57, а.
Схема состоит из резистора Ru включенного последовательно
с сопротивлением нагрузки, и конденсатора Сх. Соответствующим
их подбором можно несколько улучшить форму сигнала, но сущест-
вует предел, дальше которого расширить характеристику в области
низших частот такими средствами нельзя.
На рис. 57, б можно видеть, что при отсутствии компенсации
50 Гц прямоугольный сигнал воспроизводится со значительным
дифференцированием. Изменяя значения R и С, корректируют фор-
му сигнала.
Искажения импульсов и частотная характеристика. На рис. 59
изображены основные виды искажений прямоугольного сигнала в
усилителе. Рассмотрим их связь с искажениями частотной характе-
ристики.
а — завал вершины (опережающий фазовый сдвиг на низших
частотах), недостаточная компенсация воспроизведения низших
частот;
72
б — вогнутая вершина, уменьшение усиления на средних часто-
тах, уменьшение усиления на низших частотах без фазового сдви-
га (этот вид искажений может быть вызван, в частности, неправиль*
ным подбором С и R в цепи низкочастотной компенсации);
в — вогнутая вершина со спадом, уменьшение усиления на низ-
ших частотах с опережающим фазовым сдвигом (обычная ситуация
для дифференцирующих /?С-цепей);
г — выпуклая вершина, повышенное усиление на средних часто-
тах;
д — скругление углов (такое явление наблюдается при умень-
шении усиления на высших частотах без сдвига фазы, при пропус-
кании сигнала через линии задержки с недостаточной полосой);
Рис. 57. Коррекция низкочастотных искажений.
а — схема коррекции; б — примеры форм передачи сигнала при различных
параметрах элементов корректирующей цепи.
а)
HjHj^
НЧ
ВЧ,
ВЧ
}>
Рис. 58. Различные виды искажений прямоугольного
сигнала.
73
е — скругление углов по диагонали имеет место при уменьшен
нии усиления на высших частотах, сопровождающемся отставанием
фазы;
ж — выбросы (могут сопровождаться звоном), усилитель
имеет подъем характеристики на высших частотах и крутой спад;
з — показано, какая часть прямоугольного сигнала несет ин-
формацию о воспроизведении низкочастотных (НЧ) и высокочастот-
ных (ВЧ) составляющих.
Рис. 59. Измерение времени нарастания с помощью дифференци-
рующей цепи,
а — схема; б — виды импульсов.
Если нет осциллографа с калиброванной разверткой, то измерить
время нарастания можно простой дифференцирующей цепью, как
показано на рис. 59. Нужно только, чтобы осциллограф имел до-
статочную полосу. Измерение производится следующим образом: С
при R около 100 Ом подбирается таким, чтобы получить дифферен-
цированный импульс. Затем R изменяется до получения амплитуды
импульса, равной 65% амплитуды недифференцированного прямо-
угольного сигнала. В этом случае постоянная времени дифференци-
рующей цепи будет равна времени нарастания прямоугольного сиг-
нала.
Для более точного измерения необходимо свести до минимума
действие входной емкости осциллографа, но если R имеет сравни-
тельно малое сопротивление, например 75 Ом, то влиянием паразит-
ной емкости можно пренебречь.
ФОРМЫ СИГНАЛОВ В ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ
Межкаскадная трансформаторная связь. Трансформатор как
элемент связи в каскадах предварительного усиления используется
редко вследствие сложности изготовления, размеров и массы, но
широко применяется в качестве входного устройства, а также на
выходе оконечного усилителя для связи с нагрузкой. Простейшая
межкаскадная трансформаторная связь (без цепей питания) приве-
дена на рис. 60, а, Первичная обмотка / трансформатора Тсв (вклю-
чая вносимую нагрузку по переменному току из вторичной цепи)
является коллекторной нагрузкой первого каскада. Вторичная об-
мотка // трансформатора передает индуктированный сигнал пере-
менного напряжения на базу следующего каскада.
74
Трансформаторная связь обладает рядом достоинств. Низкое
сопротивление в цепи базы облегчает температурную стабилизацию
рабочей точки по постоянному току. Поскольку в цепи коллектора
нагрузка по постоянному току отсутствует, то эффективность ис-
пользования напряжения питания высокая, а к. п. д. приближается
к теоретическому E0%). По этой причине транзисторные усилители
с трансформаторной связью широко используются в портативных
приемниках и других радиоустройствах, питающихся от батарей.
Рис. 60. Трансформаторная межкаскадная связь.
а — схема; б — эквивалентная схема (Lx — индуктивность первичной
обмотки; L2 — вторичной; LM—значение взаимоиндукции).
Трансформаторы согласуют выходное реактивное сопротивление за-
дающего транзистора со входным реактивным сопротивлением ба-
зы возбуждаемого. Это согласование позволяет получить максималь-
ный коэффициент усиления каскада. Однако трансформаторный
каскад имеет и недостатки. Частотная характеристика каскада с
трансформаторной связью хуже, чем правильно рассчитанного RC-
каскада, потому что шунтирующая индуктивность первичной об-
мотки вызывает большое падение усиления на низших частотах.
В области высших частот падение усиления вызывается паразитны-
ми емкостями и индуктивностями рассеяния обмоток.
На рис. 60, б приведена эквивалентная схема ненастраиваемого
трансформатора (выходного низкочастотного).
В идеальном трансформаторе все магнитное поле первичной
обмотки должно полностью проходить через вторичную, но факти-
чески сконструировать трансформатор со 100%-ной связью между
первичной и вторичной обмотками невозможно. Часть силовых линий
неизбежно замыкается в окружающем пространстве и не пересека-
ет вторичную обмотку, а некоторые линии пересекают только часть
вторичных витков. Из-за неполной связи реактивности рассеяния
L\—LM и L%—LM, как бы включенные последовательно со взаимной
индуктивностью, создают падение напряжения, что уменьшает вы-
ходное напряжение трансформатора, когда он нагружен входным
сопротивлением транзистора.
Кроме того, трансформатор имеет распределенную емкость, со-
стоящую из емкостей между витками. Эта емкость шунтирует
индуктивности обмотки, вызывая резонансы и, следовательно, не-
равномерности в широкой полосе частот. В результате резонансов
«ненастроенного» трансформатора получается частотная характери-
стика, которая может иметь подъем в области высших частот, как
75
доказано на рис. 61. Такой подъем характеристики иногда может
улучшить воспроизведение в какой-то полосе частот, в данном
случае от 1000 до 7500 Гц. Но обычно эта неравномерность вызы-
вает искажения. Изменение сопротивления нагрузки трансформато-
ра изменяет вид его частотной характеристики. Если вторичную
обмотку шунтировать достаточно малым сопротивлением, то дей-
ствие распределенных емкостей будет резко уменьшено, и частот-
ная характеристика станет сравнительно плоской, но это одновре-
менно вызовет понижение верхней частоты пропускания.
Рис. 61. Частотная характеристика транзисторного усилителя
с трансформаторной связью.
R,Wk
Генератор
прямоуголь-
ного
сигнала
Рис. 62. Испытание выходного трансформатора УНЧ с помощью
генератора прямоугольного сигнала.
а — схема; б — воспроизведение сигнала частотой 2,5 кГц.
Осциллограф может оказать помощь в определении переходной
характеристики низкочастотного трансформатора.
Типичная схема для испытания НЧ трансформатора показана
на рис. 62, а. Первичная обмотка демпфирована сопротивлением
около 10 кОм; вторичная — шунтирована емкостью около 10 пФ
(емкостью пробника). Как видно из рис. 62,6, форма сигнала силь-
но искажена. Если вторичную обмотку шунтировать сопротивлени-
ем в 100 Ом, то вершина воспроизводимого прямоугольного сигна-
ла становится значительно более плоской. Однако на ней появляют-
ся «пички» из-за «звона» на высших частотах.
Увеличение демпфирующего сопротивления первичной обмотки
вызывает заметное интегрирование воспроизведенного на экране
прямоугольного сигнала, уменьшение его способствует увеличению
амплитуды «звона». В этой же измерительной схеме трансформатор
другого типа может дать совершенно иные изображения. Поэтому
76
трансформаторы цепей связи должны рассчитываться исходя из
конкретной схемы усилителя. Трансформатор, обеспечивающий хо-
рошую частотную и переходную характеристики в одном усилителе,
может вызвать чрезмерные искажения в другом.
На рис. 63 показана схема простого усилителя НЧ с двухтакт-
ным выходом. Выходной каскад связан с динамической головкой
трансформатором Тр% трансформаторной связью. Межкаскадный
понижающий трансформатор Тр\ использован для согласования
высокого коллекторного реактивного сопротивления Т\ с низким
Телефон
Рис. 63.
связью.
Схема усилителя НЧ с трансформаторной
реактивным сопротивлением базы Т2 и Гз. Транзистор Г, работает
в классе А, Г2 и Г3 —в классе АВ. Уменьшить смещение Т2 и Тъ до
отсечки коллекторного тока, т. е. перевести их в класс В, нельзя,
так как возникнут большие перекрестные искажения вследствие
сильной нелинейности характеристики перехода база —эмиттер
вблизи точки отсечки. Другим недостатком транзистора при работе
в классе В с трансформаторной связью является большая зависимость
реактивного сопротивления базы от амплитуды усиливаемых сигна-
лов. В связи с тем, что вторичная обмотка Трх будет слабо нагру-
жена при слабых сигналах и сильно нагружена при сильных, до-
вольно трудно рассчитать трансформатор с достаточной верностью
воспроизведения, а поэтому лучше потерять несколько в мощности
и работать в классе АВ. Возникающие нелинейные искажения по
второй гармонике при работе в этом классе от каждого транзистора
компенсируются, если характеристики Т2 и Г3 идентичны. Искаже-
ния по третьим гармоникам понижаются отрицательной обратной
связью через резистор /?5> который также обеспечивает температур-
ную стабилизацию.
п
Осциллографом легко проследить прохождение сигнала через
усилитель и определить места возникновения искажений, не трудно
выявить обрыв одного из транзисторов выходного каскада или
резкую асимметрию их характеристик по асимметрии выходного
сигнала, тогда как с помощью других приборов сделать это зна-
чительно труднее.
НАСТРОЙКА РЕЗОНАНСНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Контуры с последовательным или параллельным резонансом.
Резонансные контуры используются в вещательных и телевизион-
ных приемниках, а также в других радиотехнических устройствах.
Действие резонансного контура основано на реактивных характе-
ристиках последовательной и параллельной LC^-цепей.
10
Рис. 64. Снятие частотной характеристики цепи с последовательным
резонансом.
а — схема («вх = 1 В, 1=0,1 Гн, С=2,0 мФ); б — резонансная характеристика.
Контур с последовательным резонансом имеет частотную харак-
теристику, показанную на рис. 64 На экране осциллографа изобра-
жена зависимость напряжения на контуре от частоты. Резонансная
частота, на которой напряжение максимально, определяется по
формуле
2л У 1С
Поскольку индуктивное и емкостное реактивные сопротивления
на резонансной частоте взаимно уничтожаются, сопротивление со сто-
роны входа будет чисто активным.
Полоса пропускания цепи определяется как
А/ = /в-/н.
где fв и /н — частоты, на которых напряжение падает до 0,707
максимального (т.е мощность умньшается вдвое).
Добротность последовательного резонансного контура равна
индуктивному реактивному сопротивлению, деленному на активное
78
сопротивление контура, т. е.
Q = XL/R, где XL = 2nfL.
Добротность Q изменяется с частотой; на резонансной частоте
/о она равна Qo, т. е.
Ширина полосы контура LRC при больших Q определяется вы-
ражением
А/ « /o/Qo-
Значения R в формуле для Q больше, чем сопротивление цепи
постоянному току, так как на высших частотах сопротивление про-
вода растет из-за скин-эффекта.
Рис. 65. Схема проверки контура LCR с парал-
лельным резонансом.
а —схема («вх=100 В, Явх=20 К, С = 160 пФ, L = 150 мкГн,
RH =50 Ом); б — резонансная характеристика.
Контур с параллельным резонансом (рис. 65, а) имеет частот-
ную характеристику, сходную с приведенной на рис. 65, б. Частота
резонанса приближенно определяется вышеприведенной формулой
для /о- Неактивное сопротивление цепи с параллельным резонансом
приближенно равно:
ZQ - LlRCt
где z<t — реактивное сопротивление на резонансной частоте, Ом;
L — индуктивность, Гн; С— емкость, Ф; # —определяет эффектив-
ное активное сопротивление цепи на высшей частоте, Ом.
Как видно на экране осциллографа (рис. 65,6), характеристи-
ки прохождения тока через индуктивности, конденсатор, а также
форма напряжения на конденсаторе примерно одинаковы. Ток ге-
нератора /вХ имеет «перевернутую» характеристику. На рис. 65, а
резистор R 20 кОм представляет сопротивление источника, эквива-
лентное выходному сопротивлению коллектора транзистора в реаль-
ной схеме. В момент резонанса ток, проходящий между L и С, в
Q раз больше тока генератора, т. е.
/C = /L-Q/.
вх'
Рис. 66. Частотные характеристики двух связанных контуров,
а— схема; б — эквивалентная схема; в — характеристики.
Это свойство контура называется усилением по току и анало-
гично свойству усиления напряжения последовательно-резонансно-
го контура, в котором напряжение генератора увеличивается в Q
раз индуктивностью и емкостью:
Е, = QE
вх'
обладают свойством
Иными словами, резонансные контуры
преобразования реактивных сопротивлений.
Если в резонансный контур подать прямоугольный сигнал, то
на экране осциллографа увидим затухающий сигнал (см. рис. 67,6).
80
Системы связанных контуров представляют собой контуры с
взаимной индуктивностью (рис. 66,а). Первичный контур работает,
как цепь с параллельным резонансом, вторичный —с последователь-
ным. Таким же свойством обладает схема рис. 66,6. Поскольку
первичный и вторичный контуры связаны, то цепь параллельного
резонанса оказывает влияние на реактивное сопротивление цепи
параллельного, которое меняется с частотой. Если и первичный и
вторичный контуры имеют одинаковую добротность (как это обыч-
но бывает) и настроены на одну частоту, то выходное напряжение
вторичной обмотки будет иметь частотную характеристику, пока-
занную на рис. 66, в.
Рис. 67. Измерение добротности LC-контура.
а— схема; б — примерный вид на экране ЭЛТ (Q«*3l).
Как видно (рис. 66, в), ширина частотной характеристики зави-
сит от степени связи. В обычной паре связанных контуров (резо-
нансном трансформаторе) первичная и вторичная обмотки имеют
одинаковую индуктивность (L = Li = L2) и добротность и настроены
на одну и ту же частоту. В этом случае максимально возможное
значение взаимной индукции может достигать:
'М(макс)
= 0,8Li
Такая связь резонансных контуров применяется для обеспече-
ния большой полосы пропускания усилителя (в широкополосных
УПЧ). Иногда для получения широкой полосы контура расстраи-
ваются относительно частоты f0- С увеличением коэффициента свя-
зи &ов увеличивается коэффициент передачи контуров.
81
Коэффициент связи — отношение существующей взаимоиндук-
ции к максимальной:
При критической или более слабой связи частотная характе-
ристика имеет один горб. При любом другом, большем значении
характеристика становится двугорбой, Критическая связь опреде-
ляется так:
&св Qo — &св — 1 •
Г и нер cimop
прямоуголь-
ных
сигналов
Рис. 68. Проверка двух связанных контуров (резонансного транс-
форматора).
а — схема включения; б — биения между резонансными частотами.
При ней имеет место равенство
<^M = *i = *a-
Из рис. 66, в следует, что система связанных контуров при
/гсз>1 имеет две резонансные частоты, соответствующие двум гор-
бам. Частоты горбов определяются по формуле
где fa — частоты горбов; /о — центральная частота; /гсв — определя-
ет коэффициент связи (знак ± перед &св обеспечивает два ответа).
Поскольку существуют две резонансные частоты, то при испытании
прямоугольным сигналом (рис. 68, а) они дают биения, как пока-
зано на рис. 68,6. Если первичная и вторичная обмотки настроены
на одну частоту, то сигнал. биений периодически проходит через
нуль. Биения экспоненциально затухают из-за потерь в обмотках.
Контуры с высокой добротностью и слабой связью имеют много пе-
риодов между интервалами нулевых биений. Частота высокочастот-
ного заполнения биения fo равна среднему значению из частот ре-
зонансов (центральной частоте), а частота биений fa — разности
частот двух резонансов:
82
Коррекция в видеоусилителях. На рис. 69 показана схема ти-
пового транзисторного телевизионного видеоусилителя с дроссель-
ной связью. Нагрузочное реактивное сопротивление включает в се-
бя индуктивности (корректирующие катушки): параллельной кор-
рекции L\ и Z,2 и последовательной — L3 и Ц. Эти катушки обеспе-
чивают высокочастотную компенсацию и плоскую характеристику
от 50 Гц до 5,0 МГц (рис. 70).
¦/#
Рис. 69. Схема транзисторного видеоусилителя.
На рис. 71, а показана простая резистивная нагрузка, как в
обычном усилителе с ^С-связью. На рис. 71,6 дроссель L\ обеспе-
чивает параллельную коррекцию; на рис. 71, в L2 обеспечивает пос-
ледовательную коррекцию. Эти два вида коррекции могут исполь-
зоваться и совместно, как показано на рис. 71, г.
Невозможно сконструировать широкополосный усилитель без
какого-либо вида коррекции, так как в этом случае резистивная
нагрузка должна быть настолько мала, что усиления фактически
не будет. Если использовать параллельный корректирующий дрос-
сель, то нагрузочное сопротив-
ление можно увеличить, обес-
печив большее усиление в ши-
рокой полосе частот. Если при-
менить последовательный кор-
ректирующий дроссель вместо
параллельного, то можно по-
130 V,
лучить усиление примерно
больше на 50%, а если приме-
нить оба, то получим усиление
примерно на 80% больше, чем
только с одной шунтирующей
катушкой.
6,5 МГц
Рис. 70. Частотная характери-
стика транзисторного видео-
усилителя.
83
Усилитель (рис. 70) слегка перекомпенсирован, вследствие чего
характеристика имеет подъем на высших частотах.
Усиление на низших частотах определяется нагрузочным со-
противлением. Усиление на высших частотах — паразитными ем-
костями и индуктивностью корректирующих катушек, без которых
(в схеме рис. 69) характеристика начнет падать с частоты около
700 кГц.
Так как в схеме рис. 69 применяются оба вида коррекции, то
после частоты 5 МГц начинается очень крутое падение усиления,
что приводит к ухудшению передачи прямоугольного сигнала и
Рис. 71. Виды коррекции в усилителе.
о — с активной нагрузкой; б — параллельная коррекция; в — последова-
тельная коррекция; г — комбинированная коррекция.
Рис. 72. Трехкаскадный усилитель с непосредствен-
ной связью между каскадами.
сильной нелинейности фазовой характеристики. В телевизионных
видеоусилителях это допустимо, но в некоторых других устройст-
вах (в том числе и осциллографах) желательно использовать толь-
ко последовательную коррекцию, так как при воспроизведении пря-
моугольного сигнала она вызывает меньшие выбросы, чем парал-
лельная. Осциллограф, в котором применены оба вида коррекции
при одном и том же количестве транзисторов, обеспечит большую
полосу пропускания, но будет иметь худшую передачу прямоуголь-
ного сигнала.
84
Усилители с непосредственной связью широко используются в
транзисторных устройствах и предназначены для усиления как по-
стоянного тока и низкочастотных сигналов, так и высокочастотных
Сигналов. В схемах таких усилителей отсутствуют конденсаторы и
трансформаторы связи. Однако для них серьезную проблему соста-
вляет температурная стабилизация.
На рис. 72 приведена схема трехкаскадного усилителя с не-
посредственной связью. Использованы транзисторы п-р-п типа, ра-
ботающие в классе А. Для получения хорошей стабильности сме-
щения R5 работает, как резистор отрицательной обратной связи
эмиттера в выходном каскаде. Кроме того, глубокая обратная
связь по постоянному току обеспечивается связью между эмитте-
ром Г3 и базой Т\ через резисторы R2 и RA. 7\ и Г3 включены по
схеме с общим эмиттером, Т% — эмиттерный повторитель, который
согласовывает высокое сопротивление выхода Tt со вхо-
дом Г3, поскольку выходное сопротивление Т\ высокое, а входное
Гз — сравнительно низкое. Между Г3 и громкоговорителем постав-
лен трансформатор для согласования реактивных сопротивлений;
так как частотная характеристика усилителя с непосредственной
связью очень хорошая, то сквозная характеристика устройства оп-
ределяется в основном характеристикой трансформатора.
ФОРМЫ СИГНАЛОВ И НЕИСПРАВНОСТИ В
НИЗКОЧАСТОТНЫХ КАСКАДАХ
Общие замечания. Как уже упоминалось, для налаживания или
проверки низкочастотных схем можно использовать три метода:
проводить работу с помощью генератора синусоидальных сигналов,
генератора прямоугольных сигналов, или, что наиболее удобно, с
помощью генераторов качающейся частоты.
Осциллографы, используемые в настоящее время для проверки
систем высококачественного воспроизведения звука, должны обла-
дать частотной характеристикой с верхней граничной частотой око-
ло 500 кГц, так как граничные частоты самих систем доходят до
50 и; даже 200 кГц. Применяемые для этих целей генераторы сину-
соидальных сигналов также должны быть широкодиапазонными и
иметь индикатор выхода, как, например, ГЗ-18 или ГЗ-102; генера-
торы прямоугольного сигнала должны иметь диапазон частот сле-
дования по крайней мере от 50 Гц до 2 кГц.
Применение осциллографа и генератора сигналов низкой час-
тоты позволяет быстро получить общую оценку работоспособности
усилителя НЧ, а также произвести количественное определение не-
которых его характеристик. Ранее описывалось применение генера-
тора прямоугольных сигналов для общей проверки усилителей с
различными видами связи. Следует заметить, что испытание пря-
моугольными сигналами, позволяя быстро оценить частотные свой-
ства усилителя низкой частоты, не дает никакой информации о его
линейности, т е. о вносимых этим усилителем нелинейных и пере-
крестных искажениях. Поэтому для высококачественных УНЧ такая
проверка не может быть исчерпывающей.
Согласование входных и выходных сопротивлений. Входные со-
противления усилителей низкой частоты могут в значительной сте-
85
пени отличаться: например, каскад, к которому подключен пьезо-
электрический звукосниматель, должен иметь входное сопротивле-
ние около 2 МОм, в то время как входное сопротивление каскада,
рассчитанного на подключение магнитного звукоснимателя, — не-
сколько килоом.
Сопротивление входных каскадов радиоприемников имеет поря-
док сотен килоом, в то время как у микрофонных усилителей вход-
ные сопротивления от 15 до 600 Ом.
Для согласования входных и выходных сопротивлений прове-
ряемых приборов и подключаемых к ним измерительных приборов
применяется метод параллельного или последовательного подклю-
чения активных и реактивных сопротивлений. Такая схема всегда
представляет собой аттенюатор, т. е. уровень сигнала поступающе-
го на вход усилителя, будет меньше уровня сигнала на выходе ге-
нератора.
Однако при правильном согласовании достигается уменьшение
уровня шумов и наибольший коэффициент передачи по мощности.
Неправильное согласование влечет за собой изменение характерис-
тик схемы и может вызвать перегрузку или неустойчивую работу
усилителя.
Если требуется выход генератора сопротивлением 75 Ом сое-
динить со входом каскада, рассчитанного на сопротивление генера-
тора 5 кОм, то для того, чтобы режим испытаний был близок к
реальному, между генератором и входом каскада надо включить
последовательно резистор в 5 кОм и, кроме того, соответствующий
нагрузочный резистор на выход генератора.
Естественно, что при таком включении происходит потеря не-
которой доли входного сигнала и подобный метод соединения при-
годен лишь для тех случаев, когда генератор способен вырабаты-
вать сигнал больше того, который должен быть подан на вход
схемы.
Работа с осциллографом при анализе в усилителях низкой час-
тоты. Рассмотрим применение осциллографа для определения ко-
эффициента усиления каскада. Для этого напряжение от генерато-
ра сигналов подается на его вход, вход У осциллографа присоеди-
няется к точке / (рис. 63) — коллектору Т\ и корпусу усилителя.
Ручками управления осциллографа на экране получают четкое не-
подвижное изображение сигнала, размах которого измеряют по
сетке шкалы, При искажении синусоиды на изображении надо
уменьшить напряжение генератора. Затем, не изменяя положения
регулировки «усиление плавно», вход У переключают на точку 2
(база Т\) и снова измеряют размах изображения.
Коэффициент усиления K=UbuJ^bx будет равен отношению
первого измеренного размера изображения сигнала ко второму.
Для проверки общего коэффициента усиления осциллограф
подключается к точке 3. При слишком большой разнице между
выходным и входным сигналами необходимо воспользоваться вход-
ным аттенюатором осциллографа, коэффициент деления которого
следует учесть в расчете. Точность таких измерений вполне доста-
точна для практических целей.
В высококачественных усилителях необходимо измерять уро-
вень фона и внутренних шумов. Для этого применяют осциллограф
высокой чувствительности (С1-15 с блоком С1-15/4, С1-19Б, С1-68
и др.), подключенный к выходу усилителя с разомкнутым входом и
максимальным усилением.
Усиление осциллографа увеличивается до тех пор, пока на экране
не возникает хаотическая картина шумов (рис. 73).
Для отделения из общей совокупности помех составляющей фона
надо перевести переключатель запуска развертки в положение' «от
сети».
В ряде случаев необходимо провести проверку потенциометров,
так как возникающий треск в высококачественных приборах совер-
шенно недопустим. Для проверки (рис. 74) на испытываемый по-
тенциометр подается небольшое напряжение около 1—5 В, выход
потенциометра подключается ко входу У осциллографа. Если по-
тенциометр плохой, при вращении его оси на экране ЭЛТ вместо
ровной линии развертки появляется характерное изображение «лес»
шумов, возникающее при каком-либо определенном положении
движка или только при его движении. Частота развертки осцилло-
графа не критична —она может быть 200—1000 Гц. Так как при
Рис. 73. Хаотический вид внутренних
шумов усилителя.
Рис. 74. Схема проверки уровня шу-
мов потенциометра.
вращении движка потенциометра будет меняться уровень входно-
го напряжения, то осциллограф нужен с «закрытым» входом, иначе
изображение будет смещаться в вертикальном направлении по эк-
рану.
Помимо потенциометров и транзисторов, источником шума мо-
гут оказаться и резисторы, используемые в схемах первых кас-
кадов.
Шумовой сигнал может также попасть в первые каскады и от
источников питания. Лучший способ проверки в таком случае — это
отъединить первые каскады от общей цепи питания и проверить их
на свежей батарее.
Рассмотрим некоторые возможные неисправности в усилителе,
который может входить и в состав радиоприемника и телевизора,
а также работать с проигрывателем грампластинок (рис. 75).
Как обычно, сигнал от генератора подается на вход, и пробни-
ком осциллографа покаскадно проходится вся схема. Место исчез-
новения сигнала — это место повреждения. Если усилитель плохо
воспроизводит низшие частоты и в то же время перегружается на
высших, то причиной такого явления может быть неисправность в
цепях межкаскадной связи, например частичная потеря емкости пе-
реходного конденсатора С5о- Чтобы убедиться в этом, достаточно
измерить сигнал на низшей частоте до и после «подозрительного»
конденсатора.
В выходном каскаде усилителя (рис. 75) транзисторы Г3 и Г4
работают в режиме В, т. е. подбором резисторов делителя напря-
жения в базовой цепи (#38 и #зэ) базовые смещения их выбирают-
ся так, чтобы транзистор работал на границе отсечки.
87
Рис. 75. Одна из схем усилителя низких частот с трансфор-
маторной связью.
Вторичная обмотка трансформатора имеет среднюю точку, так
что напряжение, действующее в этой обмотке, в течение одного по-
лупериода отпирает Т$ и запирает Т*, а в течение второго полупе-
риода—запирается Тг и отпирается 7Y В результате на первичной
обмотке Tpi получаются два им-
пульса тока: положительный и
отрицательный. Если каскад ра-
ботает правильно, то в сумхме эти
два импульса образуют правиль-
ную синусоиду (рис. 76,а). Если
режим по постоянному току тран-
зисторов оконечного каскада вы-
бран так, что при отсутствии сиг-
нала их коллекторные токи малы,
то два импульса уже не совпадают
друг с другом, и форма напряже-
ния в выходном трансформаторе
оказывается искаженной (рио.
76,6); звук получается неприят-
ный, хриплый. Чтобы избавиться
Рис. 76. Осциллограммы фор-
мы напряжения в обмотках
выходного трансформатора.
а — без искажений; б — с нелиней-
ными искажениями.
88
от этого явления, надо изменить смещение на базах, так чтобы кол-
лекторные токи существенно отличались от нуля.
В результате изменения режима по постоянному току могут
возникнуть искажения на малых уровнях. Искажения такого типа
на экране осциллографа проявляются в том, что вершина одного из
полупериодов синусоидального сигнала генератора звуковой часто-
ты становится скругленной или даже плоской.
Для определения места возникновения дефекта следует прове-
рить прохождение сигнала покаскадно.
При подаче контрольного сигнала на вход транзисторного уси-
лителя нужно иметь в виду, что здесь важна форма тока, а не
напряжения, так как вольт-амперной характеристике эмиттерного
Рис. 77. Подключение приборов для проверки стереоусилителя.
перехода свойственна нелинейность. Поэтому источник контрольно-
го сигнала следует подключить к схеме через резистор сопротивле-
нием несколько килоом или больше.
Иногда усилители начинают работать неустойчиво из-за появ-
ления общего сопротивления связи между каскадами. Причиной
этого является увеличение внутреннего сопротивления батареи пи-
тания, увеличивающееся к концу срока службы батареи, особенно
когда батарея не зашунтирована электролитическим конденсатором
большой емкости.
Это проявляется в виде низкочастотной генерации. Иногда в
усилителях возникают колебания на высших частотах, за звуковы-
ми диапазонами из-за дополнительного фазового сдвига в цепи об-
ратной связи или паразитных связей. Все эти дефекты легко обна-
руживаются с помощью осциллографа.
Отыскание неисправностей в стереофонических усилителях.
Проверка стереоусилителей намного упрощается, если использовать
двухлучевой либо двухканальный осциллограф.
Подключив на входы осциллографа выходы каналов, можно
определить, какой канал не работает, а затем покаскадно сравнить
схему нормально работающего канала с вышедшим из строя. Для
более быстрого определения причины неисправности удобно исполь-
зовать генератор прямоугольных сигналов, подсоединив его по вхо-
ду через согласующее сопротивление, как показано на рис. 77.
Предварительно надо убедиться, что в неработающем канале нет
чрезмерного тока потребления, перегрева транзисторов, сгоревших
89
резисторов, трещин или поломок в печатных платах, обрывов вы-
водов.
При проверке усилителя каскадов как правого, так и левого
плеча при калиброванном входе двухлучевого осциллографа легко
обнаружить не только неисправные каскады, но и детали. Напри-
мер, подключаем осциллограф к коллектору транзистора. Если на
изображении наблюдается шум (рис. 78), в то время как на базе
транзистора помех не обнаружено, то указанный транзистор сле-
дует заменить, так как он имеет большой уровень внутренних
шумов.
Рис. 78. Пример иска-
жения еигнала в кана-
лах стереоусилителя.
Рис. 79. Синусоидальный
сигнал, воспроизводимый
на экране осциллографа.
а — при дефектном ходе иглы;
б — при нормальном.
Для проверки разделения каналов надо отключить правый
вход усилителя и подать сигнал 1000 Гц на вход левого канала.
При нормальных условиях на выходе правого канала напряжение
должно быть по крайней мере в 30 раз меньше, чем левого. Теперь
нужно подать 1000 Гц на вход правого канала при отключен-
ном входе усилителя левого канала. Малая амплитуда на выходе
левого канала будет свидетельствовать о нормальной работе уси-
лителя.
Использование осциллографа и тест-пластинок для проверок зву-
коснимателей. Правильность хода иглы по канавке, частотную и
амплитудную характеристики звукоснимателя и разделение каналов
можно проверить с помощью двухканального осциллографа и тест-
пластинки.
При проверке хода иглы начинают с дорожек с малой ско-
ростью записи, затем переходят на большую.
Пример изображения при неправильном ходе иглы показан на
рис. 79, а.
При проверке звукоснимателя сначала надо отбалансировать
усилитель так, чтобы усиление каналов было одинаковым. Затем
выбрать на пластинке частоту в 1000 Гц для правого и левого
каналов и проанализировать изображения на экране. Если форма
или амплитуда их разная, то игла либо звукосниматель имеют де-
фекты.
ПРОВЕРКА ЦЕПЕЙ И АНАЛИЗ ФОРМ СИГНАЛОВ
В ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРИЕМНИКАХ
ПРИЕМНИКИ ЧЕРНО-БЕЛОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Классификация сигналов. Сигналы в цепях телевизионного при-
емника можно классифицировать по ряду признаков на несколько
основных групп.
Если рассматривать структурную схему обычного черно-белого
телевизора, то можно отметить группу сигналов, порождаемых ав-
токолебательными системами: в цепях гетеродина селектора кана-
лов, в схемах отклонения по кадрам и строкам. Эти узлы являются
источниками сигналов, от них сигналы проходят по формообразую-
щим цепям и возбуждают другие узлы. Многие из сигналов, таких,
как сигналы в цепях строчных и кадровых разверток и сигналы
синхронизации, могут быть непосредственно исследованы с по-
мощью осциллографа. Но в телевизионном приемнике имеются сиг-
налы, частоты которых находятся за пределами полосы пропуска-
ния массовых осциллографов, и поэтому они должны анализиро-
ваться косвенными методами. По этому признаку можно разделить
сигналы на те, которые можно наблюдать непосредственно по экра-
ну осциллографа, и те, которые наблюдаются с помощью преобра-
зователей.
Существуют внешние сигналы, без которых работа телевизора
невозможна. Это сигналы, приходящие из телецентра, и напряже-
ние питания. Сигналы в каналах синхронизации, видео- и звуковых
каналах можно разделить на испытательные и рабочие. Например,
сложный, модулированный по высокой частоте видеосигнал, посту-
пающий от антенны, является рабочим. Сигналы же, поступающие
при настройке телевизора от генераторов сигналов, звуковых гене-
раторов и других контрольных устойств, являются испытательными
сигналами.
Сигналы можно также разделить на основные и производные.
Радиочастотные колебания являются основным сигналом, т. е.
именно тем сигналом, который действует в определенной точке
транзисторной схемы, а биения, которые получаются при смешении
этих сигналов с близкими по частоте сигналами от вспомогатель-
ного генератора, — это производный сигнал. Другой пример: если
подать частотно-модулированный сигнал от генератора качающейся
частоты на вход селектора каналов, то в результате детектирования
сигнала в некоторой точке тракта получим кривую, новый сигнал,
отражающий частотную характеристику. Продетектированный сиг-
нал является производным. Предварительная проверка телевизора
ограничивается только контролем наличия или отсутствия сигналов.
Более подробный анализ включает в себя измерение частот, ампли-
туд и наблюдение искажений формы сигнала.
Проверка блоков телевизора и необходимые меры предосто-
рожности. В основном проверка прохождения сигналов в телевизо-
ре заключается в контроле прохождения полного телевизионного
сигнала через каналы изображения, звука, синхронизации и раз-
верток.
Для наблюдения сигналов в высокочастотных цепях телевизора
(селектор каналов, У ПЧ) следует воспользоваться пробником-де-
тектором, о котором говорилось ранее. При подсоединении его к
91
цепям промежуточной частоты при входном сопротивлении проб-
ника более 15 кОм и емкости менее 2,5 пФ он будет иметь доста-
точно высокое реактивное сопротивление и не внесет заметной на-
грузки в исследуемую схему.
Подключать пробник к точке схемы, находящейся под напря-
жением, нужно осторожно, так как короткое замыкание в работа-
ющей схеме может привести к выходу из строя одного или даже
нескольких транзисторов; перед любой перепайкой следует обяза-
тельно отключать питание. Надо помнить, что транзисторы всегда
выходят из строя мгновенно в отличие от ламп, которые в течение
некоторого времени могут выдерживать перегрузки.
Нельзя пользоваться при измерениях приборами, плохо изоли-
рованными от сети переменного тока. Использование такого при-
бора с большой вероятностью выведет проверяемую схему из строя,
не говоря уже о неприятности для оператора.
Нельзя припаивать выводы транзисторов и других полупро-
водниковых приборов, не пользуясь теплоотводом (им могут слу-
жить плоскогубцы). При проверке высоковольтных преобразова-
телей телевизоров ни в коем случае нельзя пробовать их «на иск-
ру». Всплеск переходного процесса может сразу же вывести из
строя транзистор выходного каскада строчной развертки. Очень
часто исправность конденсаторов проверяют «на искру» закорачи-
ванием на корпус. Если конденсатор имеет большую емкость, то
не исключено, что при таком методе проверки будет выведен из
строя какой-либо транзистор.
Проверка блоков телевизора при отключенной отклоняющей
системе недопустима, так как вызывает избыточные токи и пере-
напряжения В выходных каскадах отклонения и резко искажает
формы сигналов. Для проверки сопротивления резисторов в тран-
зисторных схемах нельзя пользоваться любым омметром, исполь-
зуемый для этой цели омметр должен развивать на разомкнутых
щупах напряжение не более 3 В, а при их замыкании ток не более
нескольких десятков миллиампер, в противном случае также воз-
можен выход из строя транзисторов.
При работе с осциллографом, при использовании пробника не-
обходимо перед подключением подсоединить «земли» проверяемой
схемы и пробника к сигнальной цепи
Измерение амплитудных значений сигнала на контуре пробни
ком-детектором ненадежно, так как пробник расстраивает контур,
к которому его подключают, и вносит паразитные связи. При под-
соединении пробника к выходу УПЧ создаются возможности для
генерации и возникшие колебания блокируют прохождение сигнала
через УПЧ. Такое явление иногда ошибочно принимают за отказ
в УПЧ, так как колебания не всегда можно обнаружить по сигналу
на выходе пробника: этот сигнал в случае возбуждения представ-
ляет собой постоянное напряжение, а осциллографы приборов типа
ПНТ имеют закрытый вход. Выявить возбуждение при подключе-
нии пробника можно, воспользовавшись вольтметром или широко-
полосным осциллографом. Конечно, проблема отпадает, если ос-
циллограф, используемый вместе с пробником, имеет открытый
вход.
Еще одним следствием генерации УПЧ является значительное
увеличение постоянного напряжения на выходе видеодетектора,
отчего может нарушаться работа видеоусилителе^ цепей АРУ и
других каскадов.
92
Для проверки прохождения сигналов разностной несущей зву-
ка и ПЧ сигнала от точки, с которой снимается разностная частота
в видеоусилителе, до ЧМ-детектора используется осциллограф с де-
лителем-пробником и полосой пропускания не менее 10 мГц. По-
скольку полоса усилителя ПЧ звука сравнительно узкая, входная
емкость делителя-пробника заметно расстраивает его по отношению
к центральной частоте 6,5 МГц. При этом виде проверки часто
нужно только определить наличие или отсутствие в каждом каскаде
несущей разностной частоты 6,5 МГц и ориентировочно оценить
амплитуду.
Рис. 80. Упрощенная схема предварительного и оконеч-
ного каскадов генератора строчной развертки.
Генератор качающейся частоты дает возможность проверить
прохождение сигнала через канал изображения до выхода видео-
усилителя. Однако сигнал этого генератора, поданный на антенный
вход, не дает разностной несущей звуковой частоты. Для полной
проверки канала звукового сопровождения сигнал должен быть
подан на выход видеодетектора, а генератор настроен на централь-
ную частоту 6,5 МГц при девиации около 500 кГц.
Для проверки видеоусилителя при подключении его каскадов
к осциллографу применяется пробник с малой входной емкостью.
На рис. 69 была приведена схема типового видеоусилителя. Первый
каскад работает как эмиттерный повторитель и не дает усиления
напряжения. Однако он обеспечивает необходимое усиление по то-
ку для «раскачки» выходного транзистора. В данном примере
общее усиление канала примерно равно 125. Проверка прохожде-
ния сигнала по каскадам не только показывает усиление каскада,
но и дает возможность обнаружить искажения сигнала, которые
в этом каскаде могут произойти.
Для анализа прохождения сигналов через звуковой канал и
схему синхронизации можно использовать сигналы телевизионной
станции, однако генератор сигналов позволяет создать более ста-
бильные условия для проверки. Если подавать сигналы с промежу-
точной частотой звука 6,5 МГц, то на выходе У ПЧ канала звуково-
93
го сопровождения должна наблюдаться синусоида. Работа УНЧ
проверяется обычным способом.
Анализ форм сигналов в схемах разверток. Анализ сигналов
в схеме телевизора предполагает измерение амплитуды, частоты
повторения, длительности и формы импульса, а также длительности
его фронтов. Как уже указывалось ранее, для измерения амплиту-
ды необходимо осциллограф прокалибровать в амплитудных значе-
ниях. Наблюдаемые в различных точках осциллограммы необходи-
мо сравнить с теми, которые приведены в технической документа-
ции телевизора.
Рис. 81. Формы напряжений
и токов выходного каскада.
Рис. 82. Схема последова-
тельного включения транзи-
сторов в выходном каскаде.
Анализ сигналов в цепях генераторов строчной развертки. На
рис, 80 приведена упрощенная схема предварительного и оконеч-
ного каскадов генератора строчной развертки. Входной сигнал по-
дается на базу Т\ от блокинг-генератора. Транзистор Т\ работает
в ключевом режиме и усиливает мощность управляющих импуль-
сов, которые затем подаются на базу выходного транзистора Т2.
На рис. 81 показаны формы напряжений и токов выходного
каскада. Цикл работы начинается в момент t\, когда на базу Т2
поступает запирающий импульс; к этому моменту ток в катушках
отклоняющей системы 1ОС достиг максимального отрицательного
значения. В момент t\ транзистор Т2 запирается и в контуре, обра-
зованном индуктивностью отклоняющих катушек ОС и конденсато-
рами Си С2, начинается колебательный процесс, благодаря чему
на коллекторе Т2 образуется синусоидальный импульс напряжения,
а в катушках ОС ток изменяется по косинусоидальному закону
от максимального отрицательного значения до максимального по-
ложительного. Так формируется обратный ход развертки.
Дальнейшее развитие колебательного процесса останавливается
в момент t2, так как напряжение на коллекторе Т2 переходит через
нуль и открывается диод Д\\ начинается формирование прямого
хода развертки. В течение первой половины прямого хода (до мо-
мента t3) /Остечет в направлении, указанном на рис. 80 стрелкой,
замыкаясь через открытый диод Дь и напряжение на строчных от-
94
клоняющих катушках близко к напряжению источника питания.
Так как в интервале между моментами t2 и /3 напряжение на ка-
тушках постоянно, ток в катушках будет меняться по линейному
закону, как это показано на рис. 81.
В момент /3 ток в катушках меняет направление, диод запира-
ется; к этому моменту запирающий импульс на базе Т2 уже окон-
чился, и ток потечет через транзистор в направлении, противопо-
ложном указанному стрелкой. Транзистор находится в состоянии
насыщения, и напряжение между его коллектором и эмиттером ма-
ло. Напряжение на отклоняющих катушках по-прежнему близко
к напряжению питания; продолжается формирование прямого хода.
В момент ti опрять начинается обратный ход, г. е. новый период
развертки.
Осциллограф позволяет сравнительно легко найти неисправ-
ность в схеме строчной развертки. Полезно знать следующие соотно-
шения, которые должны выдерживаться в исправной схеме: дли-
тельность запирающего импульса на базе транзистора выходного
каскада должна быть больше длительности обратного хода, но
меньше половины длительности прямого хода; длительность об-
ратного хода должна лежать в пределах 11—15 мкс, причем в те-
левизорах с отношением сторон экрана 4 :5 она ближе к большей
цифре, а при отношении 3:4 — к меньшей; амплитуда импульса на-
пряжения на коллекторе выходного транзистора должна быть в
7—10 раз больше напряжения питания выходного каскада (мень-
шие значения соответствуют отношению сторон 4 : 5, а большие —
отношению 3:4).
Отклонение длительности запускающего импульса от нормы
указывает на неисправность задающего генератора, слишком малая
длительность обратного хода — на короткие замыкания в строчных
отклоняющих катушках (или строчном трансформаторе) либо на
обрыв (потерю емкости) конденсатора С2. В первом случае будет
наблюдаться пониженная амплитуда импульса напряжения
на коллекторе выходного транзистора, во втором — повы-
шенная.
Максимальное напряжение на диоде ?/д} (рис. 81) не должно
превышать 1,5 В; большее значение (несколько вольт) указывает
на обрыв цепи диода Д\. При этой неисправности работа разверт-
ки может внешне не нарушаться, так как функции диода берет на
себя коллекторный переход транзистора Т2. Однако такой режим
недопустим, так как при этом к. п. д. и линейность развертки ухуд-
шаются, амплитудное значение тока базы транзистора резко воз-
растает и обычно становится больше предельно допустимого. Воз-
растает также мощность, рассеиваемая в транзисторе.
Требования, предъявляемые к транзистору Т2, довольно жест-
кие. Он должен иметь высокое быстродействие (время рассасыва-
ния около 1—2 мкс, время выключения — доли микросекунды),
большие значения предельно допустимых токов и напряжений кол-
лектора. Например, для черно-белого кинескопа с диагональю
51 см он должен выдерживать разрывную мощность 1000 В-А
(т. е. допускать предельные значения тока коллектора 5 А при
200 В или 1 А при 1000 В). Для кинескопов большего размера и
цветных, эти значения еще больше. Поэтому в выходном каскаде
иногда применяется последовательное включение транзисторов
(рис. 82), при этом каждый транзистор управляется от своей об-
95
мотки трансформатора предоконечного каскада, а конденсатор С\
разбивается на два.
При проверке работы такого каскада с помощью осциллографа
полезно убедиться в том, что во время обратного хода импульсное
напряжение распределяется между транзисторами равномерно.
Рис. 83. Практическая схема генератора кадровой развертки порта-
тивного телевизора.
Рис. 84. Формы напряжений в контрольных точках схемы гене-
ратора кадровой развертки.
Равномерность распределения может нарушаться сильной утечкой
в одном из выходных транзисторов, а также из-за изменения ем-
кости одного из конденсаторов. Такая неисправность каскада не
всегда заметно сказывается на изображении на экране телевизо
ра, но каскад при этом потенциально ненадежен.
Резкие искажения формы напряжений в выходном каскаде
строчной развертки могут свидетельствовать о междувитковых за-
96
мыканиях в строчном выходном трансформаторе, в отклоняющих
катушках и в регуляторе линейности строк.
Формы сигналов в цепях кадровой развертки. На рис. 83
приведена схема генератора кадровой развертки портативного те-
левизора, а на рис. 84 — формы сигналов в контрольных точках.
При проверке необходимо сравнение осциллограмм с эталонны-
ми, приводимыми в описании, по форме, амплитуде и частоте сле-
дования. Надо учитывать, что изменение частоты следования влияет
на амплитуду.
В приведенной на рис. 83 схеме в определенной степени умень-
шается взаимосвязь регулировок частоты, размера и линейности,
снижается температурная зависимость, что уменьшает трудоемкость
настройки и повышает надежность при эксплуатации.
В качестве задающего генератора используется блокинг-генера-
тор (на транзисторе Г)). Транзисторы Т2 и Г3 образуют двухкаскад-
ный промежуточный усилитель. Введение этого усилителя с эмит-
терным повторителем на входе (Г2) ослабляет взаимовлияние регу-
ляторов линейности и размера изображения и улучшает согласо-
вание с задающим каскадом. Пилообразное напряжение получает-
ся благодаря включению на выходе интегрирующей цепи: R6, R8,
Rg, C4. Диод JXi исключает влияние интегрирующей цепи на режим
работы блокинг-генератора. В результате регулятор частоты R*
практически не влияет на регулятор размера R8. Обратная связь
через С3 улучшает линейность пилообразного напряжения
Второе звено интегрирующей цепи (Rl2, C5) создает искажение
пилообразного напряжения таким образом, чтобы компенсировать
экспоненциальные искажения. Резисторы Rn и ^12 регулируют ли-
нейность изображения в верхней части растра.
В схемах кадровых разверток могут возникать типовые де-
фекты. Например, наличие на экране телевизора светлой горизон-
тальной полосы свидетельствует об отсутствии вертикальной раз-
вертки. Место возникновения неисправности легче всего найти
при наличии звукового генератора. Подавая от него небольшое
напряжение частотой 50 Гц на отклоняющие катушки, затем на
первичную обмотку выходного трансформатора и т. д. до выхода
блокинг-генератора, можно найти точку, при подаче напряжения
на которую изображение не появляется В ламповых телевизорах
через конденсатор в 0,1 мкФ можно подавать напряжение из цепи
накала ламп.
Уменьшение размера изображения по вертикали может проис-
ходить при уменьшении емкости входящих в схему электролитичес-
ких конденсаторов, неисп-
равности выходного транс-
форматора или отклоняю-
щей системы.
На рис. 85,6 показана
форма тока в отклоняющих
катушках при сжатом сни-
зу изображении, а на рис.
85, в — при «завернутом» рис §5. форма напряжения на
снизу. Причиной заворота отклоняющих катушках кадровой
нижней части изображения развертки,
может быть обрыв или по-
теря емкости конденсатора аре7 \и?73Лоб^ГЮ?7то™Гш%\
В ВЫХОДНОМ каскаде, а в — изображение «завернуто» снизу.
97
также замыкание витков первичной обмотки трансформатора. Если,
кроме того, растянут верх изображения, то причиной может
явиться уменьшение постоянной времени зарядной цепи. Подерги-
вание строк в вертикальном направлении может вызываться пе-
риодическим пробоем между витками первичной обмотки выходно-
го трансформатора, подгоранием сопротивления или пробоями кон-
денсатора, шунтирующих обмотку выходного трансформатора.
Проверка видеоусилителя с помощью прямоугольных сигналов.
Для настройки видеокаскадов можно применить простой генератор
прямоугольных сигналов с частотой 100 кГц. Форма воспроизве-
Рис. 86. Проверка видеоусилителя с помощью прямоугольного
сигнала.
а — схема проверки; б — изображение на экране при частоте следования
генератора 100 кГц; в — при частоте \ МГц.
денного сигнала в основном зависит от корректирующей индуктив-
ности и от гасящего и нагрузочного сопротивлений. Схема провер-
ки видеоусилителя с помощью генератора прямоугольных сигналов
представлена на рис. 86, а.
Искажения, появляющиеся на экране телевизора, вызываются
чрезмерными выбросами, сопровождающимися звоном, видимым
на экране осциллографа. Допускается выброс не более 10%-Скруг-
ление углов, как показано на рис. 86, б, также должно быть от-
корректировано. Выбросы и звон связаны с чрезмерным усилением
на высших частотах, которое определяется слишком большой ин-
дуктивностью корректирующего дросселя. Скругление углов, напро-
тив, указывает на недостаточное усиление высших частот, вызван-
ное малой индуктивностью или повышенным сопротивлением на-
грузочного резистора.
При этих проверках осциллограф должен иметь значительно
большую полосу пропускания, чем проверяемый видеоусилитель'
(при проверке частотных характеристик с помощью генератора ка-
чающейся частоты необходимо только, чтобы осциллограф имел хо-
рошую низкочастотную характеристику).
98
ПРИЕМНИКИ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Цветной телевизор имеет все те же блоки, что и черно-белый,
плюс дополнительные, связанные с воспроизведением цветного
изображения.
После усиления принятого радиосигнала видеосигнал посту-
пает в канал яркости и канал цветности. В канале яркости имеется
линия задержки, которая компенсирует некоторую задержку сиг-
нала в канале цветности, так что видеосигналы поступают на като-
ды и модуляторы кинескопа с одинаковыми задержками. Яркостный
сигнал поступает на три катода кинескопа. При этом с помощью
двух потенциометров обеспечивается возможность установки необ-
ходимой пропорции между контрастностью по отдельным основным
цветам. Обычно в канале красного цвета регулировка не производится.
Видеосигнал с выхода детектора поступает на фильтр, в кото-
ром производится коррекция частотной характеристики телевизион-
ного канала,. Затем следует ограничитель, срезающий паразитную
¦амплитудную модуляцию частотно-модулированного цветного сигна-
ла помехами и яркостным видеосигналом. Выход ограничителя под-
ключен к линии задержки, время задержки которой равно длитель-
ности одной строки.
Далее следует каскад, характерный для телевизора, работающе
го по системе СЕКАМ, — цветовой коммутатор на диодах, управ-
ляемый триггером. Переключающий триггер управляется импульса-
ми обратного хода строчной развертки. Каждый из диодов нахо-
дится в течение одной строки в одном положении, в течение дру-
гой строки —в другом.
На оба частотных дискриминатора цветовые сигналы R—У
и В—У поступают во времени каждой строки (один сигнал — неза-
держанный, второй—задержанный на период строки). Выходные
видеосигналы дискриминаторов после соответствующих усилителей
следуют на модуляторы красного и синего лучей трехцветного ки-
нескопа и, кроме того, используются для формирования цветораз-
ностного сигнала G—У, который подается на модулятор зелено-
го луча. Выделение сигнала трех основных цветов R, G, В про-
исходит на участках катод — модулятор кинескопа (на катоды
подается яркостный сигнал У).
Устройство цветовой синхронизации управляет работой комму-
татора цветовых сигналов. При правильной работе коммутатора
при передаче с телецентра сигнала красного цвета коммутатор
должен подключить незадержанный выходной сигнал ограничителя
к дискриминатору красного цвета, а дискриминатор синего —полу-
чить сигнал предыдущей строки.
Полный видеосигнал цветного изображения содержит сигна-
лы опознавания, предназначенные для обеспечения синфазной ра-
боты коммутаторов приемного и передающего устройств, а
также для автоматического переключения приемника цветного те
левидения с режима приема черно-белых передач в режим прие-
ма цветных и обратно. Сигналы опознавания передаются в течение
девяти строк во время обратного хода кадровой развертки.
В схеме совпадения происходит обработка импульсов опозна-
вания, снимаемых с выхода зеленого канала, и в случае сбоев
цветовой синхронизации производится корректировка фазы импуль-
сов коммутации. Одновременно производится запирание канала
99
цветности на время всего «испорченного» кадра, т. е. при нарушении
цветовой синхронизации изображение становится черно-белым.
Кадровая развертка отличается повышенными требованиями
к линейности; кроме того, пилообразные токи кадрового отклоне-
ния используются в схеме динамического сведения лучей и при
коррекции искажений растра.
Строчное отклонение также должно быть линейным, а ускоря-
ющее напряжение повышенным B5 кВ) при значительном токе ки-
нескопа, так как теневая маска пропускает лишь 10—20% тока лу-
ча. С помощью специального стабилизатора ускоряющее напряже-
ние поддерживается постоянным с высокой степенью стабильности.
Особенности масочного кинескопа требуют целого ряда устройств
для коррекции движения лучей: устройства статического и
динамического сведения лучей, коррекции положения синего луча,
регулировки чистоты белого цвета и т. д.
Промежуточные частоты и частотные характеристики УПЧ
цветных телевизоров такие же, как и черно-белых. Для ослабления
помех от звукового сигнала разделение каналов проводится до ви-
деодетектора. Сигнал со звуковой поднесущей 6,5 МГц получают
на специальном смесительном диоде, который работает, как обыч-
ный диод видеодетектора, но имеет нагрузку в виде контура, на-
строенного на 6,5 МГц.
Видеоусилители цветного телевизора сложнее по схеме, чем
черно-белого. Это объясняется более жесткими требованиями к
частотной характеристике и необходимостью обеспечивать видео-
сигналами три катода цветного кинескопа, а также блок цветности.
Схемы кадровой и строчной развертки значительно сложнее и тре-
буют стабилизации.
Сведение всех трех лучей в одну и ту же точку экрана произ-
водится с помощью трех электромагнитов, обмотки которых пита-
ются токами параболической формы, образуемыми из пилообраз-
ных токов кадровой и строчной разверток. Кроме магнитов, откло-
няющих лучи по радиальным направлениям, требуется еще магнит
для поперечного сведения — обычно голубого луча и кольцевой магнит
чистоты белого. Его задача — переместить точки исхода трех лучей
так, чтобы обеспечить наиболее чистый белый цвет. Работа схем
цветного телевизора, правила его эксплуатации и ремонта описаны
во многих источниках. Здесь будет рассказано о некоторых приме-
нениях осциллографа для просмотра сигналов в цепях ЦВТ.
Для отыскания неисправностей в черно-белом тракте ЦВТ
пригодны те же методы, которые используются в обычном черно-
белом телевизоре. \
Новыми в телевизоре цветного изображения, как уже указы-
валось ранее, являются кинескоп, каскады цветности и блок сведе-
ния. Поэтому прежде всего необходимо четкое и полное представ-
ление о процессах, определяющих происхождение и формирование
цветовых сигналов. Здесь будет очень полезен осциллограф.
Наиболее пригодны для работы с приемниками цветного теле-
видения специальные телевизионные осциллографы (С 1-52, С1-55,
С1-57), имеющие полосу пропускания 10—15 МГц. С их помощью
измеряются амплитудно-частотные характеристики, девиация часто-
ты, глубина амплитудной модуляции и т. д. Но для выполнения
обычных ремонтных и настроечных работ пригодны и обычные ос-
циллографы с полосой не менее 6 МГц и ждущей разверткой.
100
Неисправности, возникающие в телевизоре, разделяют обычно
на три категории: неисправности, связанные с отсутствием свече-
ния экрана, яркостью и фокусировкой; неисправности, приводящие
к отсутствию или неправильному воспроизведению черно-белого
изображения; неисправности, вызывающие пропадание или искаже-
ния цветного изображения (отсутствие цвета, нарушение цветовой
синхронизации, плохое воспроизведение цвета).
Универсальные осциллографы применяются главным образом
для проверки схемы синхронизации, блоков строчной и кадровой
развертки, гашения, коррекции подушкообразных искажений; регу-
лировки канала цветности и АРУ.
Осциллограф вместе с сигналом цветных полос испытательной
таблицы, которая систематически передается телевизионными цент-
рами, можно использовать для выполнения следующих операций:
проверки прохождения поднесущих сигналов цветности, модулиро-
ванных цветоразностными сигналами ER — EY и Еу—Ев через
канал цветности; выравнивания уровней поднесущих прямого и
задержанного каналов; настройки и проверки обратной коррекции
высокочастотных и низкочастотных предыскажений, установки ну-
лей частотных дискриминаторов; регулировки и проверки уровней
цветоразностных сигналов; регулировки и проверки цветовой син-
хронизации. При этом сигнал цветных полос может поступать
вместе с высокочастотным сигналом на антенный вход телевизора
(от телецентра) или как видеосигнал на вход яркостного канала
(от специального генератора).
Применение осциллографа при нарушении цветовоспроизведения.
Внешними признаками дефектного цветовоспроизведения могут быть
пропадание или отсутствие цветового изображения, нарушение пра-
вильности цветовоспроизведения и нарушение синхронизации.
При пропадании или отсутствии цветного изображения, которое
может произойти из-за неисправностей в радиоканале, в яркостном
канале и канале цветности, осциллограф может помочь в уточнении
места неисправности, например в измерении размаха сигнала на на-
грузке видеодетектора, который не должен быть менее указанного в
инструкции.
При появлении цветных помех (цветной «снег» на черно-белом
изображении) дефекты можно искать в канале яркости, откуда сни-
мается сигнал в блок цветности, и в самом блоке цветности. При по-
мощи осциллографа следует убедиться в присутствии видеосигнала
на входе блока цветности, на выходе каскадов предварительного
ограничения и усиления сигналов, на входах и выходах электронно-
го коммутатора. Если сигналы цветности на выходе усилителей пря-
мого и задержанного сигнала имеются, а на выходе электронного
коммутатора отсутствуют, то причиной дефекта может быть не-
исправность коммутатора либо отсутствие отпирающих положитель-
ных и отрицательных импульсов, поступающих с симметричного
триггера.
Амплитуда импульсов триггеров и правильность его регулировки
также проверяются осциллографом.
Проверку схемы опознавания цвета начинают с точки схемы, ку-
да должны поступать импульсы опознавания и где происходит их
сложение с кадровым импульсом. Если в этой точке импульсы опоз-
навания отсутствуют, то необходимо при помощи осциллографа
проследить за их прохождением, начиная от интегрирующей цепоч-
ки на входе.
10*
При резком нарушении правильности цветовоспроизведения, ког-
да при передаче черно-белого изображения поле экрана остается
окрашенным в какой-либо цвет, причиной нарушения может быть
выход из строя одной из пушек кинескопа. Если имеется неисправ-
ность в одном из цветоразностных каналов, то будут резко наруше-
ны цвета в цветном изображении. В последнем случае следует
осциллографом проверить форму и размах цветоразностных сигна-
лов на выходах оконеч-
ных видеоусилителей,
установить неисправный
канал, проследить за
прохождением сигнала и
по форме импульсов
уточнить, где произошло
нарушение.
Применение осцилло-
графа при настройке и
регулировке блока цвет-
ности. Осциллографом
легко проверить правиль-
п)
6)
Рис. 87. Осциллограммы сигнала
цветных полос.
а — до коррекции высокочастотных преды-
скажений; б — после коррекции.
ность настройки контура
предыскажений путем
наблюдения на экране
Рис. 89. Форма цветораз-
ностных сигналов при на-
Рис. 88. Установка нулевой точки стройке блока цветности:
дискриминаторов по сигналу цвет- , , ,
НЫХ ПОЛОС. а — Е^ — Еу;б—Ев — ру',6 —
а, г — правильно; б, в, д, е — непра-
вильно.
Ба-Еу
102
формы сигнала цветности, соответствующего изображению испыта-
тельной таблицы цветных полос.
Как видно из рис. 87, а, при неправильной настройке контура
коррекции предыскажений огибающая сигнала цветности, соответст-^
вующая изображению испытательной таблицы цветных полос, не бу-
дет ровной линией, параллельной оси развертки осциллографа (до-
пускается неравномерность, не превышающая 10%).
Рис. 90. Подключение осциллографа при регулировке выходного ка-
скада строчной развертки.
а — осциллограмма импульса обратного хода; б — схема подключения.
Настройка по сигналу цветных полос производится с помощью
осциллографа, имеющего открытый вход. Осциллограф подключается
к нагрузке дискриминатора проверяемого канала, и (при отсутствии
сигнала на входе телевизора) замечается на экране ЭЛТ положение
линии развертки. Затем на вход телевизора подается сигнал цвет-
ных полос и замечается положение белой полосы относительно ли-
нии развертки.
При правильной настройке дискриминатора уровень белой полосы
должен быть совмещен с нулевой линией (рис. 88, а и г). При не-
совпадении (рис. 88,6, в,д ие) с вращением сердечника контура вто-
ричной обмотки частотно-
го дискриминатора необ-
ходимо совместить уро-
вень белой полосы с ли-
нией развертки. Анало-
гично проверяется пра-
вильность настройки дис-
криминатора в другом
канале.
Исправность симмет-
ричного триггера в схе-
ме цветовой синхрониза-
ции проверяется после-
довательным подключе-
нием осциллографа к кол-
лектору одного из тран-
зисторов в каждом из
'Изменение отклоняющего mtw&
за время развертки орноц. строки
Рис. 91. Модуляция тока кадровой
частоты параболическим током с ча-
стотой строчной развертки.
103
его плеч в точках, где должны наблюдаться прямоугольные импуль-
сы противоположной полярности.
Для проверки размаха цветоразностных сигналов осциллограф
последовательно подключается к выходам цветоразностных усили-
телей. Значения модулирующих напряжений при приеме цветных
полос с 75%-ной модуляцией должны быть не меньше: для сигнала
?^—?^—180 В, Ев— Ь'у—170 В и EG—EY-~§§ В (рис. 89, а—в).
Качество коррекции низкочастотных педыскажений оценивается по
отсутствию вертикальных выбросов и провалов горизонтальной час-
ти импульсов Е^—Еу и Ев—Fy сигнала цветных полос на экране
осциллографа.
Осциллограф удобно применять также при настройке повышаю-
щей обмотки выходного трансформатора строк на третью гармони-
ку колебаний, возникающих при обратном ходе луча. Для этого
осциллограф подсоединяют к одному из выводов обмотки ТВС и
вращением сердечника катушки добиваются оптимального изобра-
жения импульса обратного хода на экране ЭЛТ (рис. 90).
При настройке схемы коррекции подушкообразных искажений
по сигналу «сетчатое поле» осциллограф подсоединяют к катушке
«коррекция фазы» и, вращая движок резистора, регулирующего
амплитуду корректирующего напряжения, проверяют наличие кор-
ректирующего сигнала типа «бант» (рис. 91).
ПРИМЕНЕНИЕ ОСЦИЛЛОГРАФА ПРИ НАЛАЖИВАНИИ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ПРИЕМЫ
Подготовительные операции. Организация цикла. На осцилло-
графе удобно наблюдать повторяющиеся сигналы, поэтому поставь-
те проверяемое устройство в такой режим, при котором все процес-
сы в нем будут повторяться циклически. Удобнее всего, если период
повторения не превышает нескольких сотых секунды (допустим, пе-
риод в десятые доли секунды, но тогда придется мириться с мель-
канием изображения). Если это невозможно, примените запоминаю-
щий осциллограф. Не обязательно проверять устройство в одном
цикле: можно вместо одного длинного организовать несколько бо-
лее коротких циклов.
Синхронизация. Цикл работы устройства подразделяется на бо-
лее мелкие временные интервалы—такты. Найдите в устройстве
{или в сервисном приборе) сигналы, которые можно использовать
как синхроимпульсы для запуска развертки осциллографа в неко-
торых, точно известных точках цикла, отстоящих друг от друга не
более чем на 20 тактов
Временные диаграммы, отражающие изменения состояний неко-
торых точек устройства в течение цикла, очень облегчают отладку.
Не обязательно, а часто и невозможно иметь временные диаграм-
мы для всех доступных контактов; достаточно ограничиться набо-
ром из нескольких контрольных точек (количество их зависит от
сложности устройства). Контрольные точки можно разбить на не-
сколько групп, каждая из которых характеризует работу какой-ли-
бо части устройства.
104
Замечания разработчику: в процессе разработки устройства не
забывайте об отладке.
Временные диаграммы подготовьте заранее, в процессе разра-
ботки. Во-первых, при этом лучше представите работу устройства
и, возможно, избежите некоторых ошибок. Во-вторых, потратите на
работу больше времени, если приступите к ней после изготовления
опытного образца: к этому моменту подробности забываются.
Методика проверки. После того, как устройство подготовлено,
т.е. организованы циклы и синхронизации осциллографа, а также
Подготовлены временные диаграммы, приступают к собственной
проверке.
На первом этапе сличают осциллограммы сигналов в контроль-
ных точках с временными диаграммами. Так как приходится наблю-
дать сигналы во многих точках, то чаще всего при работах такого
рода пользуются многоканальными приборами с усилителями-ком-
мутаторами. Используя их, не забывайте о неприятных особеннос-
тях таких приборов. В противном случае можно встретить «приви-
дения»: увидеть на экране импульс там, где его на самом деле нет,
или наоборот, не увидеть его там, где он есть.
Как' уже было сказано, при правильном выборе контрольных
точек сигнал в каждой такой точке характеризует функционирова-
ние некоторой части устройства (для краткости назовем эту часть
«блоком», хотя конструктивно это может быть и другая часть —
плата, модуль или еще что-то). Поэтому, если в контрольной точке,
относящейся к какому-то блоку, осциллограмма не соответствует
временной диаграмме, можно подозревать неисправность в этом бло-
ке. Но, обнаружив первое такое несоответствие, не спешите сразу
же искать неисправность в блоке, который Вы проверяете, а убе-
дитесь сначала, что все сигналы, поступающие на подозреваемый
блок, соответствуют норме: возможно, причина неправильного функ-
ционирования данного блока лежит в другом блоке. И только най-
дя блок — первоисточник ошибки, приступайте к поиску неисправ-
ности внутри него.
Прежде чем приступить ко второму этапу отладки, а лучше
перед первым этапом внимательно изучите элементы, применяемые
в устройстве: нормальные уровни сигналов на входах при разных
нагрузках, выполнямые функции, задержки распространения сигна-
лов, длительности фронтов и спадов при различных нагрузках. Ни-
же мы остановимся более подробно на параметрах наиболее распро-
страненных логических элементов ТТЛ-типа.
Второй этап отладки — поиск неисправностей внутри блоков —
обычно (но не всегда) проводят в тех случаях, когда на первом
зтапе выявлена неисправность. Тогда последовательно, проверяя ос-
циллографом сигналы на входах и выходах всех элементов блока,
локализуют место дефекта. Будем предполагать, что обнаруженное
несоответствие — следствие дефекта, а не ошибки, сделанной при
разработке: изложение методики поиска ошибок разработки выхо-
дит за рамки книги.
Выявить место дефекта возможно по одному из следующих
признаков: выходной (входной) сигнал элемента (часть времени
или все время) находится за границей нормальных для этого эле-
мента уровней; выходные сигналы элемента, находясь в пределах
нормальных уровней, не соответствуют его функции; входной сиг-
нал одного элемента не соответствует выходному сигналу другого,
с которым вход первого связан по принципиальной схеме.
105
Первые два признака могут появиться как из-за неисправнос-
ти (короткое замыкание или обрыв) в монтаже, так и из-за неис-
правности элемента. Установить фактическую причину всегда можно
экспериментами (с помощью омметра, отпайки проводов, замены
«подозрительного» элемента и т.д.). Иногда это можно сделать не-
посредственно по осциллограмме (примеры мы приведем ниже) при
обсуждении особенности поиска неисправностей в устройствах на
ТТЛ-схемах.
Третий признак непосредственно указывает на обрыв в цепи
(в монтаже) или отсутствие контакта в разъеме.
Когда место дефекта выявлено, остается только его исправить...
и снова перейти к первому этапу: устраненный дефект мог «маски-
ровать» другую неисправность.
Так, чередуя поблочную проверку и выявление дефектных эле-
ментов в блоке, добиваются правильного функционирования всех
блоков и устройства в целом.
ОСОБЕННОСТИ НАЛАЖИВАНИЯ УСТРОЙСТВ НА ЭЛЕМЕНТАХ
ТРАНЗИСТОР-ТРАНЗИСТОРНОЙ ЛОГИКИ
Схемы транзистор-транзисторной логики (ТТЛ) в настоящее
время широко используются в вычислительных устройствах самого
разного назначения. Как и большинство других разновидностей
интегральных микросхем (ИС), ИС ТТЛ создаются по планарной
технологии. Эта технология позволяет получить в одном миниатюр-
ном кристалле кремния десятки и сотни схемных компонентов (дио-
дов, транзисторов, резисторов), объединенных в схемы, выполняю-
щие законченные функции (один или несколько вентилей, триггер,
регистр, счетчик и т.д.). После изготовления кристалл помещают
в корпус, имеющий 14, 16 или 24 вывода.
Принципиальная схема ТТЛ-вентиля и его выходные уровни.
Разновидности ТТЛ-вентилей показаны на рис. 92. Схема рис. 92, а
представляет собой вентиль с «активной единицей» и используется
как основной логический элемент. Схема рис. 92, б —вентиль с
«открытым коллектором» — предназначена для организации «про-
водного И», двунаправленных передач данных и некоторых дру-
гих специальных применений. Для того чтобы вентиль рис. 92,6
обеспечивал напряжение высокого логического уровня, необходимо
включение внешнего резистора (RH, показанный пунктиром на
рис. 92,6).
Низкий логический уровень (НЛУ) или логический нуль в обеих
схемах формируется включенным транзистором Г3 и определяется
его напряжением насыщения. При температурах 20... 40° С и кол-
лекторных токах, соответствующих нагрузке на другие ТТЛ-схемы
(в пределах нагрузочной способности), напряжение насыщения Г3
лежит в пределах 0,05—0,3 В. Именно в таких пределах находится
напряжение НЛУ на выходе исправного ТТЛ-вентиля, нагружен-
ного на другие ТТЛ-схемы.
Высокий логический уровень (ВЛУ), или логическая единица,
формируется, когда выключены Тг и Т6 в схеме рис. 92, а. В схе-
ме рис. 92, а напряжение высокого логического уровня определяет-
ся Uj^, за вычетом падения напряжения на эмиттерном переходе Г4,
диоде Д и резисторе R2 за счет базового тока Т±. При типичных
106
токах нагрузки, соответствующих подключению других ТТЛ-схем в
пределах нагрузочной способности, падения напряжения на Яг, ^4
и Д составляют 1,05—1,65 В (при t°Kp = 20—40°С). Следовательно,
на выходе исправного вентиля при его питании напряжением 5 В±
±0,25 В напряжение ВЛУ должно находиться в пределах 3,1...4,2 В.
Если в таком состоянии выход вентиля замкнуть на общий привод,
ток короткого замыкания будет ограничен резистором #4 на уровне
В схеме с «открытым коллектором» рис. 92,6 напряжение ВЛУ
определяется UK и падением напряжения на RHi Так как ток, пот-
ребляемый входами ТТЛ-схем, в состоянии ВЛУ довольно мал (до-
Рис. 92. Схемы вентилей ТТЛ.
с —с «активной единицей»; б —с «открытым коллектором»,
ли миллиампера), то напряжение ВЛУ на выходе вентиля может
быть довольно близко к 0%. Например, при Ян"! к(-)м и нагрузке
еще на шесть входов напряжение ВЛУ на выходе схемы с «от-
крытым коллектором» типа 1ЛБ558 будет равно 4,5—5,2 В.
Быстродействие логических схем характеризуется задержкой,
которую они вносят в распространение логического сигнала. Способ
измерения задержек с помощью осциллографа ясен из рис. 93. За-
держка ТТЛ-схем отсчитывается на уровне 1,5 В, так как примерно
на этом уровне находится пороговое напряжение переключения
ТТЛ-вентиля. Задержки ТТЛ-схем зависят от направления измене-
ния сигнала на выходе, поэтому различают две задержки: задержку
при переходе выходного сигнала из НЛУ в ВЛУ — ^ и задержку
при переходе из ВЛУ в НЛУ — 4°(рис. 93). Поскольку большинстве
ТТЛ-схем инвертирует сигнал в длинной и сравнительно однородной
цепочке, удобной характеристикой является среднее время задерж-
ки *з.ср-
<3,P = iU01 + 4°).
107
Стандартные, быстродействующие и маломощные ТТЛ-схемы.
Разные виды аппаратуры предъявляют разные требования к быст-
родействию. Чтобы удовлетворить этим требованиям, промышлен-
ность выпускает несколько серий микросхем, отличающихся быст-
родействием и мощностью потребления. Это «быстродействующие»
серии К130, К131; «стандартные серии» К133, К155 и «маломощные»
серии К136, К158.
Типичные значения задержек и потребляемой мощности вентиля
рис. 92, а разных серий приведены в табл. 3. Это усредненные циф-
ры, измеренные в нормальных условиях. При проектировании аппа-
ратуры для расчетов следует ориентироваться не на них, а на те,
которые гарантируются техническими условиями.
Рис. 93. К измерению задержек ТТЛ-
схем.
Таблица 3
Типичные значения задержек и потребляемой мощности
некоторых вентилей
Серия микросхем
К130, К131
К133, К155
К136, К158
<э.ср
9
15
60
Мощность на один вентиль,
мВт
35
18
3
Быстродействие и потребляемая мощность вентиля определяют-
ся параметрами элементов схемы; на рис. 92, а приведены ориенти-
ровочные значения резисторов, характерные для «стандартных» се-
рий К155, К133. Схема вентиля также незначительно варьируется:
в «быстродействующих» сериях К131, К130 вместо смещающего
диода Д применяется второй эмиттерный повторитель; в схемах
«маломощных» серий К136, К158 отсутствуют входные шунтирую-
щие диоды, предназначенные для ограничения отрицательных выб-
росов напряжения, которые могут попасть на вход схемы.
Неисправности и их проявления. Постоянное напряжение НЛУ
на выходе, не зависящее от входных сигналов, возможно по двум
причинам: короткое замыкание в монтаже либо неисправность в мик-
росхеме. Различать эти две причины без перепаек и экспериментов,
непосредственно по осциллограмме, можно по следующим допол-
нительным признакам:
при коротком замыкании в монтаже постоянное напряжение на
выходе микросхемы очень близко к нулю (единицы милливольт),
108
тогда как при неисправности внутри микросхемы обычно соответ-
ствует нормальному значению НЛУ E0—300 мВ); при коротком за-
мыкании в монтаже на выходе схемы можно наблюдать характер-
ный «звон», вызываемый резонансом паразитной индуктивности и
ёмкости монтажа при переключении транзисторов выходного каска-
да (скачок тока 20—50 мА). Это явление проиллюстрировано на
рис. 94, где кривая / соответствует скачку тока короткого замыка-
дия (а также напряжению на выходе иВых, которбе появилось бы
йри отсутствии короткого замыкания), а кривая 2 отражает факти-
ческое выходное напряжение. Амплитуда «звона» — от десятков до
сотен милливольт. По амплитуде и периоду «звона» можно при не-
котором навыке примерно определить длину короткозамкнутого
Рис. 94. «Звон» на выходе ТТЛ-схем при ко-
ротком замыкании в монтаже.
участка цени. В «маломощных» сериях К136, К158 «звон» имеет ма-
ленькую амплитуду, и этот метод использовать неудобно.
Постоянное напряжение ВЛУ на выходе, не зависящее от вход-
ных сигналов, может возникнуть при обрыве цепи общего провода
(ненропай вывода или обрыв внутри микросхемы).
Пониженное напряжение ВЛУ на выходе вызывается несколь-
кими причинами. Если логическая функция схемы сохранилась, то
причина —неисправность в микросхеме, обрыв в цепях Д, Г4, R*, Кг
(см. рис. 92, а). Это довольно редкий вид неисправности.
Если логическая функция полностью нарушена, то вероятная не-
исправность—обрыв цепи выхода либо цепи питания (обрыв мо-
жет произойти как внутри микросхемы, так и из-за непроиая ее
вывода). При этом, конечно, микросхема не работает, а изменения со-
стояний ее выхода (уровни ~0 и ~1,5 В) вызываются переключе-
ниями входов нагруженных на этот выход схем. Такая неисправность
обычно сопровождается характерным резким увеличением времени
спада по сравнению с нормальными сигналами.
Повышенное напряжение НПУ на выходе может вызываться не-
сколькими причинами. Резкое повышение (до 1,5—1,7 В при нагруз-
ке на ТТЛ-схемы) и нарушение функционирования указывают на не-
исправность в микросхеме (обрыв Гз). Эта неисправность иногда
lOfr
вводит в заблуждение тем, что «исчезает» при отъединении нагру-
женных ТТЛ-схем: для ее проявления нужен ток, «втекающий» в
микросхему со стороны выхода. Его не генерируют ни осциллограф,
ни вольтметр.
Повышение НЛУ до 0,9—1,1 В с сохранением логической функ-
ции микросхемы наблюдается при обрыве цепи «земли» (непропай
контакта или обрыв внутри микросхемы), если один из входов мик-
росхемы заземлен (постоянно или только при данной проверке, че-
рез выход другой микросхемы). При этом напряжение «земли» по-
падает в микросхему через входной шунтирующий диод, повышаясь
при этом на 0,7—0,8 В.
Незначительное повышение НЛУ (до 0,4—0,6 В) может наблю-
даться, когда имеется случайное короткое замыкание выходов двух
вентилей, причем второй при данной проверке находится в состоя-
нии ВЛУ.
Нарушение логической функции при нормальных НЛУ и ВЛУ
происходит при выходе из строя микросхемы; однако такая же кар-
тина может наблюдаться при коротком замыкании выходов двух
вентилей. Характерные косвенные симптомы такого замыкания: на-
рушение функционирования проявляется как появление незаконных
состояний НЛУ и никогда —ВЛУ; значение НЛУ несколько выше,
чем у других вентилей (хотя может и не выходить из нормы); в со-
стоянии НЛУ на выходе схемы появляется «звон», аналогичный по-
казанному на рис. 94.
АНАЛИЗ РАБОТЫ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
Основные преимущества дает применение осциллографа в тех
случаях, когда неисправность выпрямителя проявляется в виде по-
ниженного напряжения и (или) повышенной пульсации. Перед по-
иском неисправности полезно хотя бы приближенно оценить ожидае-
мые нормальные пульсации на входе фильтра выпрямителя и его
выходе (а также в промежуточных точках, если фильтр многозвен-
ный). Частота пульсаций зависит от частоты сети и типа выпрями-
теля, амплитуда пульсаций — также и от вида фильтра, параметров
его элементов и тока нагрузки.
На рис. 95 показаны основные схемы выпрямителей, а на
рис. 96 — схемы фильтров. Формулы для расчета пульсаций приво-
дятся в литературе по источникам питания; однако для наиболее
распространенных в радиоэлектронной аппаратуре выпрямителей (вы-
прямители по схемам рис. 95, а, б, г, е, ж, с фильтрами рис. 96,
а—в) амплитуду пульсаций на входе фильтра можно приближенно
оценить по формуле
где Un — амплитуда пульсаций, В; /н —ток нагрузки, А; /п —час-
тота пульсаций, Гц; С — емкость входного конденсатора фильт-
ра, мкФ.
Нормальная частота пульсаций равна: частоте сети для схем
рис. 95, а, ж, к\ удвоенной частоте сети для схем рис. 95, б, в, е;
ПО
утроенной частоте сети для схем рис. 95, г; ушестеренной частоте се-
ти для схем рис. 95, д, и.
Амплитуду пульсаций на выходе звена фильтра можно оценить,
зная амплитуду пульсаций на входе и коэффициент ослабления
звена.
Пониженное напряжение на входе фильтра при нормальной ам-
плитуде и частоте пульсаций указывает на обрыв одной из обмоток
силового трансформатора в тех случаях, когда применяется их па-
раллельное включение.
Пониженная частота и повышенная амплитуда пульсаций на-
блюдаются при обрыве одного из диодов в выпрямителях, выпол-
Рис. 95. Схемы выпрямителей.
а _ однополупериодный; б — двухполупериодный; в — мостовой; г — однополу-
периодный трехфазный; д — мостовой трехфазный; е — двухполупериодный с
удвоением; ж — однополупериодный с удвоением; з — двухполупериодный
трехфазный; и — с умножением напряжения.
ненных по схемам рис. 95, б—д, и. В схемах рис. 95, б, г, д, и такое
же явление может быть вызвано обрывом одной из вторичных об-
моток трансформатора, а в схемах рис. 95, г, д, и — также и обры-
вом первичной обмотки. Анализируя форму пульсации, можно опре-
делить, какие плечи выпрямителя вышли из строя. Для этого осцил-
лограф необходимо поставить в режим внешней синхронизации и
подать на вход синхронизации напряжение одной из фаз со входа
выпрямителя.
Увеличенная амплитуда пульсации на входе фильтра при нор-
мальной частоте пульсаций может возникать вследствие перегрузки
выпрямителя (проверить ток нагрузки амперметром). Если ток на-
Ш
грузки нормальный, то возможна потеря емкости первым конденса-
тором фильтра лнбо очень большая утечка в одном из конденса-
торов.
Увеличенная амплитуда пульсаций на выходе звена фильтра при
нормальной амплитуде и частоте пульсаций на его входе указывает
на потерю емкости выходным конденсатором звена либо на межвит-
ковое замыкание в дросселе.
Пульсации на выходе фильтра, не синхронные с напряжением
сети, возникают из-за влияния переменной составляющей тока на-
грузки и указывают на потерю емкости выходным конденсатором
фильтра.
Рис. 96. Фильтры к вы-
прямителям.
а —емкостный (С); б — RC
с емкостным входом (CRC);
в — дроссельный с емкост-
ным входом (CLC); г—дрос-
сельный с индуктивным вхо-
дом (LC).
Пониженное напряжение на выходе звена RC-фильтра может
быть вызвано увеличением сопротивления резистора или утечкой в
выходном конденсаторе.
Меры безопасности при работе с выпрямителями необходимо со-
блюдать особенно внимательно, так как в них первичный источник
энергии — электрическая сеть — имеет довольно высокое напряжение
и огромную пиковую мощность. Особенно осторожно нужно работать
с бестрансформаторными выпрямителями и схемами, питающимися
от таких выпрямителей (типичный пример — некоторые типы теле-
визоров).
Специфика осциллографа состоит в том, что в отличие от боль-
шинства других электроизмерительных приборов в нем корпус нераз-
рывно соединен с одним из входных зажимов. Поэтому перед техм,
как производить осциллографом измерения в схеме, связанной с
сетью, отъедините от его корпуса защитное заземление и поставьте
прибор так, чтобы полностью исключить возможность случайного при-
косновения к корпусу.
Провода входных цепей следует взять с надежной изоляцией и
хорошо изолированными удобными щупами; часто применяемый в
осциллографах кабель с двумя зажимами «крокодил» в этом случае
использовать нельзя. Манипуляции при подключениях производите
одной рукой; процесс измерений не затягивайте и отключайте при-
бор, как только измерение закончено.
Аналогичные меры предпринимаются, если требуется соединить
корпус осциллографа с выводом выпрямителя, Находящимся под
значительным потенциалом относительно общего провода.
При испытаниях выпрямителей с выходным напряжением выше
200 В вообще нельзя соединять корпус осциллографа с незаземлен-
112
ной клеммой такого выпрямителя, так как изоляция в блоке питания
осциллографа не рассчитана на напряжения более 500 В.
Сказанное относится к работе в нормальных лабораторных ус-
ловиях, в помещениях с полами, покрытыми паркетом или линолеу-
мом. В помещениях с повышенной опасностью (тесных; с повышен-
ной влажностью; с металлическими, бетонными или земляными
иолами; с большим количеством металлической арматуры и т. д.) луч-
ше вообще воздержаться от осциллографических измерений, при ко-
торых корпус прибора может оказаться под напряжением более 40 В.
Работая с любым выпрямителем, не проверяйте его «на искру».
Даже если диоды не выйдут из строя, такая проверка ухудшает на-
дежность диодов, конденсаторов и паек, а также портит внешний вид
монтажа ожогами.
НЕИСПРАВНОСТИ СТАБИЛИЗАТОРОВ
Стабилизаторы напряжения непрерывного действия представля-
ют собой мощные усилители постоянного тока, охваченные глубокой
отрицательной обратной связью.
Упрощенные принципиальные схемы стабилизаторов непрерыв-
ного типа с последовательным и параллельным регулирующим тран-
зистором приведены на рис. 97. В обеих схемах усилитель УС обес-
печивает подачу на базу регулирующего транзистора Т сигнала, про-
порционального рассогласованию между напряжением на выходе
делителя /?ь R2 и опорным напряжением Uon. Сигнал подается в та-
кой полярности, чтобы компенсировать возникающее рассогласова-
ние. Усилитель УС может содержать от одного до трех транзистор-
ных каскадов или быть выполнен с применением интегральных опе-
рационных усилителей. Регулирующий транзистор часто выполняют
составным, из двух или трех транзисторов.
Неисправности стабилизаторов непрерывного типа отыскивают,
проверяя режим по постоянному току с помощью вольтметра или
осциллографа с «открытым» входом. Однако имеется ряд неисправ-
ностей, которые могут быть исследованы только с помощью осцил-
лографа.
Возбуждение стабилизатора проявляется в виде быстрых перио-
дических колебаний напряжения на его выходе; частота собственных
колебаний возбуждающегося стабилизатора в зависимости от пара-
метров и вида неисправности может лежать в диапазоне от единиц
до сотен килогерц, а амплитуда — от десятков милливольт до еди-
ниц вольт.
Причина возникновения колебаний состоит в следующем. Стаби-
лизатор представляет собой усилитель с большим коэффициентом
усиления, охваченный глубокой обратной связью. Для того чтобы
схема стабилизатора была устойчива, фазовый сдвиг сигнала в петле
обратной связи должен быть менее 180° во всей полосе частот, где
коэффициент усиления превышает единицу. Обычно для соблюдения
этого условия на выходе стабилизатора включают конденсатор боль-
шой емкости — чаще всего электролитический (Q на рис., 97,а, о).
Выход из строя этого конденсатора (обрыв или потеря емкости) мо-
жет вызвать возбуждение стабилизатора. К такому же эффекту мо-
жет привести увеличение сопротивления между выводом конденса-
тора и его обкладкой до нескольких десятых долей или единиц ом,
которое иногда наблюдается в электролитических конденсаторах.
Такой отказ коварен тем, что его невозможно обнаружить с по-
мощью большинства применяемых способов проверки электролити-
ческих конденсаторов (например, по броску стрелки омметра). В не-
которых схемах стабилизаторов в качестве С2 применяют два парал-
лельно включенных конденсатора: электролитический большой ем-
кости и какой-либо конденсатор с малой собственной индуктивностью,
например бумажный. В этом случае возбуждение может быть вы-
звано обрывом второго конденсатора. Причиной возбуждения бывает
также неправильный монтаж выходных цепей стабилизатора (кон-
Рис. 97. Схемы транзисторных стабилизаторов
непрерывного типа.
а — с последовательным включением регулирующего
транзистора и натрузки; б — с параллельным включением
регулирующего транзистора и нагрузки.
денсатор С\ связан с выходом длинными проводами), возбуждение
вызывается падением напряжения на паразитных индуктивности и
сопротивлении проводов.
Возбуждение исправного стабилизатора возможно при индук-
тивном характере нагрузки, если запас устойчивости в контуре об-
ратной связи стабилизатора мал, т. е. при активной нагрузке фазо-
вый сдвиг на частоте единичного усиления, хотя и не достигает 180°,
но превышает 135°.
Затухающий колебательный процесс на выходе стабилизатора
при перепаде (подключении или снятии) нагрузки указывает на ма-
лый запас устойчивости. Возможные причины этого дефекта в ос-
новном те же, что и возбуждения. Стабилизатор с малым запасом
устойчивости потенциально ненадежен, так как небольшие дестаби-
лизирующие влияния могут сделать его неустойчивым. Исследовать
реакцию стабилизатора на перепады тока нагрузки можно с помо-
щью схемы рис. 98.
114
Повышенный уровень пульсаций на выходе стабилизатора при
нормальных пульсациях на входе и нормальном режиме стабилиза-
тора по постоянному току указывает на обрыв конденсатора, блоки-
рующего верхний резистор R{ (C2 на рис. 97, а, б).
Ключевые (импульсные) стабилизаторы отличаются тем, что в
них регулирующий транзистор работает в ключевом режиме.
Упрощенная схема ключевого стабилизатора наиболее распрост-
раненного типа приведена на рис. 99, а. Так же, как и в стабилиза-
торе непрерывного типа рис. 97, а, в нем есть регулирующий тран-
Рис. 98. Схема для определения запаса устойчивости стабили-
заторов.
зистор, выходной делитель RiR2, источник опорного напряжения Uon
и усилитель сигнала рассогласования УС. Однако в схеме рис. 99
имеются четыре новых элемента, отсутствующих в схеме рис. 97, а:
генератор импульсов Г, трансформатор Тр, дроссель L и диод Д.
Осциллограммы токов и напряжений ключевого стабилизатора
показаны на рис. 100, а, б.
До момента U транзистор Т открыт и насыщен. Пусть в момент
t{ транзистор закрывается (при этом за счет э. д. с. самоиндукции
дросселя L напряжение на коллекторе транзистора Т резко упадет,
диод Д откроется и через него потечет ток дросселя L). Так как на-
пряжение иВЫх через диод Д приложено теперь к L в направлении,
противодействующем току дросселя, ток / начнет спадать со ско-
ростью
где f/вых — выходное напряжение стабилизатора; ?/д — падение на-
пряжения на диоде; L — индуктивность дросселя.
В момент t2 транзистор Т включится и войдет в насыщение; при
этом диод Д запрется, и ток через дроссель начнет возрастать со
П5
скоростью
A'L "вх-^вых-^КЭ
М L
где С/вх —входное напряжение; С/^э —напряжение насыщения тран«
зистора Т.
Рис. 99. Упрощенная принципиальная схема ключевого
стабилизатора.
Рис. 100. Осциллограммы напряжений и токов в схеме ключевого
стабилизатора.
а — при больших токах нагрузки; б— при малых токах нагрузки (пульса-«
ции иъых сильно утрированы),
116
В момент h транзистор снова выключается и т. д. Как видно
из графиков рис. 100, а, в этом режиме ток дросселя пульсирует,
причем пульсация имеет треугольную форму. Соответственно пуль-
сации на конденсаторе Су имеют форму отрезков парабол; амплиту-
да пульсаций обычно весьма мала (на рис. 100, а пульсация утри-
рована).
Ток нагрузки (если пренебречь током цепи Ru R2) равен сред-
нему току дросселя L за период.
Значения отбираемой стабилизатором и отдаваемой в нагрузку
анергии за период равны соответственно:
?i = /cp/nx(fa--/«);
?2 — ^ср ^вых (^з — h)»
где Ei — энергия, отбираемая от входного источника; Е2 — энергия,
отдаваемая в нагрузку; /3—^i — период, т. е. интервал между мо-
ментами tx и 4; /ср — средний ток дросселя L.
Если пренебречь потерями в транзисторе и дросселе, то эти
энергии равны, поэтому, приравняв правые части и сократив на/ср,
получим:
где Q — скважность импульсов тока коллектора транзистора Т.
Из последней формулы видно, что, управляя скважностью гене-
ратора, можно воздействовать на выходное напряжение стабили-
затора.
Описанный режим наблюдается, если среднее значение тока 1ь
больше половинной амплитуды его пульсаций. Обычно он соответ-
ствует большим токам нагрузки. При малых токах нагрузки (в част-
ности, на холостом ходу) стабилизатор переходит в режим
(рис. 100,6), при котором диод Д открыт в течение части интервала
tit2 (интервалы ^^ на рис. 100,6). В момент ^ диод выключается и
начинается процесс затухающих свободных колебаний контура, об-
разованного дросселем L и паразитной емкостью Спар. Иногда (ред-
ко) параметры схемы выбираются так, что режим рис. 100,6 сохра-
няется и при больших точках нагрузки.
Как уже было сказано выше, в любом режиме работы сохра-
няется зависимость UBbiz~UBX/Q, так что напряжением на входе
можно управлять, воздействуя на скважность генератора Г. Для
этого генератор должен иметь вход, позволяющий управлять при по-
стоянной частоте длительностью импульсов либо при постоянной
длительности — частотой их следования. Первый из двух перечислен-
ных способов управления применяется чаще всего (рассмотрение
причин этого факта выходит за рамки нашей книги). Иногда исполь-
зуется управление, при котором меняются и частота, и длительность.
При соединении элементов, показанном на рис. 99, образуется
система автоматического регулирования, поддерживающая напряже-
ние на выходе близким к
„ „и *> + *¦
#2
И7
Для этого, конечно, необходимо соблюдать правильный знак из-
менения скважности при изменении выходного напряжения усили-
теля УС.
Проверка ключевого стабилизатора сводится к проверке выход-
ного напряжения и коэффициента стабилизации в заданном диапа-
зоне токов нагрузки и входных напряжений. Кроме того, следует
проверить пульсацию выходного напряжения. При проверке пульса-
ции следует учитывать, что на выходе ключевого стабилизатора она
может иметь сложную форму из-за наложения двух процессов: пуль-
сации с рабочей частотой стабилизатора и остаточной пульсации
из-за воздействия переменной составляющей входного напря-
жения.
При наблюдении процессов в ключевом стабилизаторе удобно
синхронизировать осциллограф с какой-либо подходящей точки ге-
нератора Г. При такой синхронизации форма пульсации первого вида
будет видна на экране осциллографа в виде огибающей, а пульса-
цию второго вида можно будет оценить по размытию линии разверт-
ки. Расчет пульсаций как первого, так и второго вида достаточно
сложен, и в качестве эталона лучше всего пользоваться осцилло-
граммами, снятыми с исправного стабилизатора.
При измерении пульсаций (которые обычно весьма малы) учти-
те, что в стабилизаторе имеются контуры, по которым протекают
большие импульсные токи с крутыми фронтами, способные вызвать
очень сильные магнитные наводки. Поэтому подвод сигнала к осцил-
лографу нужно делать кабелем или витой парой проводов, щупы под-
соединять непосредственно к выходным зажимам стабилизатора и
стремиться уменьшить площадь контура, образованного несвитыми
участками проводов, идущих от щупов.
Неисправности у ключевых стабилизаторов. Отсутствие напря-
жения на выходе. Возможные причины: обрыв иепи одного из элек-
тродов транзистора; обрыв в дросселе L; не работает генератор
управляющих импульсов.
Последнее может наблюдаться не только при неисправности соб-
ственно генератора, но и при попадании на его управляющий вход
недопустимых напряжений (неисправность в усилителе, делителе
RiR2 или источнике опорного напряжения).
Отсутствие стабилизации (напряжение на выходе не соответству-
ет номиналу и зависит от нагрузки). Кроме причин, общих для
ключевых и непрерывных стабилизаторов (неисправность делителя
R[R2; источника Uon и т. д.), в ключевом стабилизаторе отсутствие
стабилизации будет наблюдаться при отказах в схеме генератора
(потеря управляемости либо резкое изменение постоянных времени
цепей).
Стабилизация имеет место не во всем диапазоне токов нагрузки.
Причин, которые проявляются таким образом, может быть несколь-
ко, и для диагностики требуется снятие осциллограмм в области на-
грузок, где стабилизация сохраняется.
Если при сравнении с нормальной осциллограммой выявлено за-
метное сокращение длительности импульса коллекторного тока тран-
зистора (т. е. интервала ^з, см. рис. 100), то вероятная причина —
частичное межвитковое замыкание в дросселе. Если форма напряже-
ния U\(t) в интервале t\t2 имеет заметный отрицательный выброс
(единицы вольт или более), то причиной этого может быть обрыв
диода Д. В обоих случаях (особенно во втором) обычно наблюдает-
ся сильный нагрев транзистора.
118
Если осциллограммы в области нагрузок, при которых стабили-
зация сохранилась, нормального вида, то наиболее вероятные при-
чины— неисправность в генераторе (изменение постоянной времени)
либо в схеме усилителя (не обеспечивается необходимый диапазон
выходных напряжений).
Повышенная пульсация выходного напряжения возможна при
потере емкости или увеличении активного сопротивления выходного
конденсатора.
Меры предосторожности при работе с стабилизаторами сводят-
ся в основном к тому, чтобы исключить возможность короткого за-
мыкания на выходе. Это требование менее актуально по отношению
к схемам, снабженным эффективной защитой от короткого замыка-
ния, и к схемам с параллельным включением регулирующего тран-
зистора (см. рис. 97,6).
При регулировке выходного напряжения под нагрузкой контро-
лируйте выходное напряжение, чтобы оно не превысило максималь-
но допустимого для нагрузки!
В последнее время в связи с появлением высоковольтных тран-
зисторов получают распространение новые схемы источников пита-
ния, содержащие бестрансформаторный выпрямитель, ключевой ста-
билизатор выпрямленного сетевого напряжения и преобразователь.
При работе с такими схемами следует соблюдать меры предосторож-
ности, такие же, как и при работе с бестрансформаторными выпря-
мителями.
НЕИСПРАВНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ
Двухтактные транзисторные преобразователи напряжения [10]
содержат два (четыре) транзисторных ключа и силовой трансфор-
матор. Если от преобразователя требуется постоянное напряжение,
на его выходе включается выпрямитель, обычно двухполупериодный
или мостовой.
На рис. 101 показаны упрощенные принципиальные схемы двух-
тактных преобразователей (цепи баз транзисторов на рис. 101,0 не
показаны). В преобразователях рис. 101, а цепь смещения (#Б и
/?с ) иногда делают общей для двух транзисторов (Rq включается
между средней точкой базовых обмоток и эмиттерами транзис-
торов).
В зависимости от того, откуда поступают сигналы управления
транзисторами, различают три вида преобразователей:
в самовозбуждающихся преобразователях с насыщенным сило-
вым трансформатором напряжение снимается с обмоток Шу, разме-
щенных на силовом трансформаторе Тр\
в самовозбуждающемся преобразователе с ненасыщенным сило-
вым трансформатором обмотки wy размещаются на отдельном мало-
мощном трансформаторе, одна из обмоток которого подключена к
какой-либо обмотке силового трансформатора Тр;
в преобразователе с независимым возбуждением базовые цепи
ключевых транзисторов связаны через трансформатор с отдельным
маломощным генератором возбуждения.
Независимо от схемы и способа возбуждения диаграммы напря-
жений и токов в двухтактных преобразователях (рис. 101) имеют
один и тот же вид, приведенный на рис. 102 (показаны токи и на-
пряжения для одного плеча). В исправном преобразователе интер-
Д19
валы t{t2 и t2h практически равны; разница их не превышает 2—3%.
и ее поэтому трудно увидеть на экране осциллографа.
Амплитуда напряжения коллектор-эмиттер примерно вдвое пре-
вышает напряжения питания для схемы рис. 101, а и примерно равна
напряжению питания для схем рис. 101,0.
В интервале tit2 транзистор заперт, а в интервале t2h отперт и
насыщен. Ток коллектора представляет собой сумму трансформиро-
ванного тока нагрузки (/н на рис. 102) и тока намагничивания
Рис. 101. Схемы двухтактных преобразователей с самовозбужде-
нием.
а — с параллельным включением плеч по постоянному току; б —с последова-
тельным включением плеч (полумостовая); в — мостовая.
трансформатора, который меняется по линейному закону, чем объ-
ясняется наклон вершины импульса коллекторного тока. Форма им-
пульса коллекторного тока на рис. 102 соответствует чисто активной
нагрузке, для которой /н почти постоянен; для нагрузки, имеющей
реактивную составляющую, например выпрямитель с фильтром, /н
может меняться в течение полупериода, и соответственно график
/к(?) будет иметь другой вид.
Частота колебаний в схемах с независимым возбуждением опре-
деляется генератором возбуждения, а в преобразователях с само-
возбуждением может быть найдена по формуле
где U\ — входное напряжение преобразователя; W{—число витков
первичной обмотки; GКЭН — напряжение насыщения транзистора;
120
6s — индукция насыщения материала магнитопровода силового
трансформатора; 5Ст — эффективное сечение магнитопровода.
Из формулы следует, что частота мало зависит от тока нагруз-
ки (небольшая зависимость все же имеется из-за У^э)-
Выбросы напряжения базы и отрицательный выброс тока базы
(показаны на рис. 102 пунктиром) появляются в тех случаях, когда
для форсирования включения и выключения транзисторов в базовые
цепи вводят «ускоряющие» конденсаторы (СБ на рис. 101). Поло-
Рис. 102. Диаграммы на-
пряжений и токов с одного Рис. 104. Нагрузочные характера
плеча преобразователей стики однотактных преобразовате-
рис. 86. лей.
жительный выброс тока базы в моменты t\ и h вызван зарядом, на-
копленным в базе транзистора, и может быть мал при достаточно
быстродействующем транзисторе. Обычно выбросы заметны, если
применяются сплавные транзисторы (например, П214—П217, П4 и
им подобные).
Колебания напряжения ?/кэ после моментов t\ и гъ (также по-
казаны пунктиром на рис. 102) могут наблюдаться в схеме рис. 101, а,
если у контура, образованного паразитной емкостью коллекторного
узла и индуктивностью рассеяния первичной обмотки трансформато-
ра Тр, добротность больше единицы.
Неисправности двухтактных преобразователей. Очень большой
потребляемый ток (сгорание предохранителя, если он есть) вы-
121
зывается коротким замыканием коллектора — база или коллектор —
эмиттер в одном из транзисторов (рис. 101, а) или в двух транзис-
торах (рис. 101,б, в). В преобразователе с независимым возбужде-
нием то же самое будет наблюдаться при коротких замыканиях в
нагрузке, диодах выпрямителя, трансформаторе.
Отсутствие генерации в преобразователе с самовозбуждением
возможно при замыкании в нагрузке, пробое диода выпрямителя или
при междувитковом замыкании в трансформаторе.
Жесткое возбуждение в преобразователе с самовозбуждением
(для запуска нужен внешний «толчок», например касание отверткой
и т. п.) указывает на обрыв в одном из Rc.
Несимметричный режим в схемах рис. 101, а, в (разница форм
полуволн ?/кэ {t), заметная на экране осциллографа), может наблю-
даться при обрыве цепи любого электрода или коротком замыкании
база — эмиттер одного из транзисторов, а также при обрыве одного
из диодов выпрямителя.
Асимметрия выходного напряжения в схеме рис. 101, б, сопро-
вождающаяся понижением выходного напряжения, будет наблюдать,
ся при обрыве одного из диодов выходного выпрямителя, если этот
выпрямитель один.
Если к выходу преобразователя подключено несколько выпря-
мителей, то при обрыве диода в одном из них на его выходе на-
пряжение понизится, а на выходе других выпрямителей повысится
(за исключением тех, которые выполнены по схемам умножения
рис. 95, ?, ж, к), и также появится асимметрия формы напряжения
на первичной обмотке. Степень проявления всех этих признаков за-
висит от того, какую долю мощности потребляет неисправный выпря-
митель. Хороший индикатор исправности преобразователя, выполнен-
ного по схеме, изображенной на рис. 101,6 — это величина напряже-
ния в общей точке конденсаторов С\ и С2: в исправном устройстве
она равна половине напряжения источника питания с точностью до
долей вольта.
Однотактные преобразователи и их неисправности. На рис. 103
приведена схема однотактного преобразователя. Графики напряже-
ния и токов, изображенные на рис. 102, справедливы и для однотакт.
ных преобразователей, с той разницей, что в них режим почти ни-
когда не бывает симметричным.
Будем называть полуволну напряжения на обмотках трансфор-
матора в интервале ^з прямой, а полуволну tit2 — обратной. Со-
отношения амплитуд и длительностей прямой и обратной полуволн
зависят от нагрузки и того, как подключены диоды выпрямителя к
выходным обмоткам. В связи с этим будем различать следующие
три разновидности преобразователей, которые назовем соответствен-
но преобразователями первого, второго и третьего типа: преобразо-
ватель с выпрямлением прямой полуволны напряжения на выходе
(диод Д включен так, как это показано на рис. 103 сплошной лини-
ей); преобразователь с выпрямлением обратной полуволны (вклю-
чение диода Д показано пунктирной линией на рис. 103); преобразо-
ватель с выпрямлением обеих полуволн (на выходе в этом случае
должен включаться мостовой или двухполупериодный выпрямитель).
Так как при малых нагрузках (в преобразователе первого ти-
па — независимо от нагрузки) амплитуда обратной волны практи-
чески ничем не ограничена, то для того, чтобы в транзисторе или
диоде не наступил режим пробоя, в схему вводят цепь ограничения.
122
На рис. 104 показаны нагрузочные характеристики всех трех
типов преобразователей (кривые 1, 2, 3 соответственно). По верти-
кальной оси отложены значения выходного напряжения ?/вых, пере-
считанного к первичной обмотке. Кривая 3 на начальном участке
совпадает с кривой 2. ?/0 определяется напряжением стабилизации
Uq стабилитрона Д['.
Являясь нагрузочной кривой, график рис. 104 в то же время
дает представление о соотношении длительностей и амплитуд прямой
и обратной полуволн для преобразователей 2 и 3 типов:
А ^вых
tn ~~ U,
(смысл Um, /0, tn ясен из рис. 102, a U'Bblxt ?/, — из рис. 103 и 104).
В преобразователе первого типа
Из графика рис. 104 следует, в частности, что в преобразовате-
ле третьего типа при средних и больших токах нагрузки режим бли-
зок к симметричному (to^tn).
Неисправности однотактных преобразователей проявляются в
основном так же, как и неисправности двухтактных (см. рис. 101, а)
со следующими отличиями: к однотактным преобразователям не от-
носится пункт «несимметричный режим», так как такой режим в них
не есть признак неисправности; при коротком замыкании в нагрузке
преобразователя второго типа не происходит срыва возбуждения, но
резко понижается частота генерации (и, конечно, пропадает выходное
напряжение); при обрыве диода в преобразователях первого и вто-
рого типов пропадает напряжение, а в преобразователе третьего типа
меняется нагрузочная характеристика.
Меры предосторожности при работе с преобразователями. Пре-
образователи с независимым возбуждением не допускают коротких
замыканий на выходе. В противоположность им самовозбуждающие-
ся преобразователи всех типов допускают их без какого-либо ущер-
ба. При работе с высоковольтным преобразователем соблюдайте те
же меры предосторожности, что и с выпрямителем на соответствую-
щее напряжение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В книге рассмотрено применение существующих осциллографов
при работе с транзисторными устройствами. В заключение рассмот-
рим некоторые перспективы их развития на ближайшее время.
Совершенствование осциллографов продолжается по традицион-
ным направлениям: увеличение полосы пропускания, чувствительно-
сти; расширение диапазонов длительностей разверток; повышение
точности измерений и стабильности разверток; расширение функцио-
нальных возможностей прибора: увеличение числа каналов, введение
новых видов сдвоенных и задержанных разверток; увеличение ра-
бочей части экрана; улучшение эксплуатационных характеристик при-
бора: введение на экране ЭЛТ индикации коэффициентов отклоне-
ния и длительности, кнопочного управления, индикаторных панелей
и других устройств; снижение габаритов и массы.
Новыми направлениями развития осциллографии являются авто-
матизация процессов осциллографических измерений, съем информа-
ции с экрана ЭЛТ и ее обработка; программное управление прибо-
рами, обеспечивающее возможность включения осциллографа в еди-
ную измерительную систему.
Наибольшему развитию в перспективе подвергается группа
универсальных осциллографов. Снижаются габариты и масса при одно-
временном расширении функциональных возможностей за счет внед-
рения микроэлектроники и более совершенных ЭЛТ, применения но-
вых конструкторских и технологических решений. Расширяется по-
лоса пропускания до 300—500 МГц в реальном масштабе времени (до
20 ГГц со стробоскопическими блоками), точность измерений повы-
шается до 2%.
За счет внедрения специальных сменных блоков расширяются
функциональные возможности измерений: вводятся цифровые счет-
чики, измерители времени, сопротивлений, емкостей, температуры;
предусматривается использование аналого-цифровых преобразовате-
лей и блоков с цифровой обработкой сигналов. Вводится автомати-
зация процесса измерения — автоматическая установка масштабов,
измерение и автоматический вывод основных параметров исследуе-
мого сигнала на индикатор или записывающее устройство. Применя-
ется также автоматизация фокусировки, регулировки яркости луча,
запуска развертки и индикации положения луча по осям X и У, ин-
дикация коэффициентов отклонения в цифровом виде на экра-
не ЭЛТ.
Запоминающие осциллографы были первыми приборами, позво-
ляющими провести автоматизацию процесса измерения. Осцилло-
граф С8-8 обеспечивает автоматическое считывание информации с эк-
рана, выполнение функциональных преобразований и вычислений
ряда параметров исследуемого процесса (определение амплитуды,
124
йлощади кривой, длительности). Скорость записи в нем составляет
|000 км/с.
Перспективными направлениями развития запоминающих осцил-
лографов являются разработки ЭЛТ с малой массой и высокой ско-
ростью записи; снижение погрешностей измерения амплитудно-вре-
|енных параметров; автоматизированная установка масштабов и ре-
кимов; включение в измерительные каналы вычислительных и запо-
«инающих устройств.
Повышение класса запоминающих приборов главным образом
Зависит от создания перспективных запоминающих ЭЛТ с большим
экраном. Разработана запоминающая ЭЛТ нового типа, позволяю-
щая увеличить скорость записи до 10 000 км/с.
Перспектива развития стробоскопических прибооов—в расши-
рении полосы пропускания. Однако это наталкивается на трудности
разработки входного узла. В последнее время начинают применяться
методы корректировки характеристик стробосциллографа по специ-
альной программе с помощью ЭВМ, что дает возможность расширить
эффективную полосу данного прибора и получить повышенную вер-
ность воспроизведения.
Скоростные осциллографы последних выпусков имеют ЭЛТ о
квадрупольной фокусировкой и стекловолоконными экранами, что
обеспечивает скорости записи до 40 000 км/с, полосы пропускания
5 ГГц и чувствительности 12 В/см при погрешности калибров-
ки ±1%. Тенденциями развития скоростной осциллографии СВЧ диа-
пазона являются дальнейшее повышение скорости записи, чувстви-
тельности тракта У и снижение погрешностей измерений. Применение
микроканальных усилителей в ЭЛТ может привести к увеличению
скорости записи до 100 000 км/с.
В группе специальных осциллографов, кроме традиционных теле-
визионных, в последнее время появились новые классы приборов: ме-
дицинские индикаторы — мониторы, на экранах которых одновремен-
но наблюдается 8—12 изображений; логические осциллографы или
анализаторы логического состояния, обеспечивающие цифровой вы-
ход на экран ЭЛТ в виде специально представленного двоичного ко-
да, а не в форме изменения напряжения. Данные, представленные
в виде единиц и нулей, воспроизводятся по горизонтали и соответ-
ствуют состоянию точки, подключенной в этот момент к осцилло-
графу Каналы (чаще всего 12) отображаются по вертикали, син-
хронно с последовательными тактовыми импульсами, поддерживая
необходимые временные соотношения. В результате весь экран по-
крывается столбиками из нулей и единиц, позволяя сразу видеть
неправильные соотношения, что резко сокращает время контроля
хода программы при отыскании повреждений в сложных цифровых
машинах. Программируемые вычислительные осциллографы (осцил-
лографы с цифровой обработкой данных), воспринимающие сигналы
любой формы, запоминают их в полупроводниковой памяти в циф-
ровом виде, по заданной программе осуществляют вычисления,
а затем отображают сигналы в аналоговой или буквенно-цифровой
форме.
Промышленностью выпускаются и другие осциллографические
приборы: рефлектометры для проверки характеристик линий пере-
дачи в технике связи, анализаторы спектра для исследования час-
тотных характеристик радиоустройств и т. д.
Вот некоторые из тех приборов, с которыми читателю, может
быть, придется столкнуться в своей работе в ближайшие годы.
125
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Осциллографы
leg
5 5 s
§5 -
s S к
It!
В?
»^
Rft;}
3 3*
ss
Погреш-
ность из-
мерения, %
со 4!
ЭЛТ
Тип
Рабочая
часть
экрана,
мм
Габариты
прибора, мм,
масса, кг
Примечание
Осциллографы широкого назначения (моноблочные, однолучевые)
С1-75
С1-71
С1-64
С1-65
С1-43
Есть
—
Есть
—
—
10
20*
20*
5*
50
0,02 мкс,
0,1 с
0,05 мкс,
0,1 с
0,1 мкс,
1 с
0,01 мкс,
0,05 с
0,5 мкс,
0,05 с
Х10
Х10
Х10
Х10
—
250
100
20
35
5
5
5
5
5
10
5
5
5
5
10
13ЛО105М
ПЛО101И
ИЛО1И
11ЛО1И
13ЛО11И
60X100
64X80
48x80
48X80
60X80
200X360X534,
22
221X348X506,
19
220X348X491,
19
180X300X420.
16
305X528X607,
40
Скорость запи-
си 1500 км/с. Двух-
канальный вход У
Заменяет С1-31
Двойная систе-
ма развертки. При
полосе 40 МГц
чувствительность
увеличивается до
5 мВ/дел
Для жестких ус-
ловий эксплуата-
ции
Автоматизиро-
ванный
10
10
5,5
5
1
1
1
i
1-67
Cl-72
С1-49
С1-73
С1-48Б
Cl-68
Cl-76
—
—
—
—
—
—
0*
20*
10*
10*
2
1
0,5
0,1 мкс,
0,2 с
0,05 мкс,
0,05 с
0,2 мкс,
0,01с
0,1 мкс,
0,05 с
2 мкс,
2 с
2 мкс,
2с
0,1 мкс,
5с
Х5
—
—
—
Х5
Х5
10
5
5,5
5
1
1
1
10
10
10
10
10
5
10
5
10
10
10
5
5
10
8ЛО5И
8ЛО4И
8ЛО4И
8ЛО6И
16ЛО4В
11ЛО5В
13ЛО18В
42X60
48X60
36X60
40X60
60X80
60X80
60X100
160X225X360
10
140X225X360
8,5
170X223X445
8,5
80X200X250,
3
E,5 с прис-
тавкой)
175X475X400
20
182X274X440
10
160X260X360
12
Для жестких ус-
ловий эксплуата-
ции. Может быть
питание от бата-
рей
Заменяет С1-5.
Может быть пи-
тание от батарей
Одно деление —
6 мм. Для жест-
ких условий экс-
плуатации
От постоянного
тока 20—30 В; с
приставкой — от
сети 50 и 400 Гц
Возможность
режима X—Y
Питание от ба-
тарей и сети
Заменяет
С1-48Б и С1-59.
Возможность ре-
жима X—У
Продолжение
злт
Рабочая
часть
экрана,
мм
Габариты
прибора, мм,
масса. кг
Примечание
Осциллографы моноблочные, двухлучевые
10
С1-55
С1-69
10"
0,1 мкс,
0,05 с
0,2 мкс,
5 с
10
5
8
5
8
5
9ЛО2И
16ЛО2В
80x100
200X350X420,
17
(т. е.
Для жестких
условий эксплуа-
тации. Питание от
батарей и сети
Заменяет С1-16,
С1-18. Для верти-
кальных усилите-
лей. Возможность
коммутации пла-
стин
Примечание. В таблице приводятся данные, относящиеся к делениям шкалы ЭЛТ в сантиметрах, данные в делениях
мм по вертикали и 10 мм по горизонтали) отмечаются звездочкой.
42X60
180X300X420,
13
2. Универсальные осциллографы со сменными блоками (параметры базовых блоков)
Полоса
50
Тип
С1-70
Каналы
—
Ус. X,
коэффици-
ент
отклоне-
ния
0,2 В/см
Вход Z, мини-
мальные ам-
плитуды
входных сиг-
налов
1В
Погрешность изме-
рения, %
амплитуды
5
времени
5
ЭЛТ
Тип
11ЛО2И
Рабочая
60X100
Габариты, мм,
масса, кг
200x480X475,
24
Примеча-
ние
Усилители (параметры сменных блоков)'
Продолжение
Тип сменного блока
1У11 (дифференциальный)
1У12А (двухканальный)
1У13 (дифференциальный)
1У14 (высокочувствительный)
1У91 (со сдвигом строки)
1У792 (логарифмический)
1У71 (стробоскопический)
1У72 (стробоскопический)
Параметры
Число
каналов
1
2
1
1
1
1
2
2
Время нара-
стания, НС
7
8,5
35
35
0,1
0,5
Полоса пропускания
50 МГц
40 МГц
10 МГц
0,5 Гц—100 кГц
10 МГц
1 МГц
3,5 ГГц
0,7 ГГц
Коэффициент отклонения
10 мВ/см—5 В/см
10 мВ/см—5 В/см
1 мВ/см—20 В/см
10 мкВ/см—0,05 В/см
10 дБ/дел
10 дБ/дел
5 мВ/см—0,2 В/см
5 мВ/см—0,2 В/см
Полное входное
сопротивление,
МОм/мФ
1/30
1/30
1/30
1/30
1/30
1/30
50 Ом
0,1/3
Тип сменного блока
1Р11 (сдвоенная развертка)
1Р71 (стробоскопическая раз-
вертка)
1Р91 (ординарная развертка)
с возможностью точного отсче-
та циклов
Диапазон длительностей
(на 1 см)
0,1 мкс—0,5 с
0,1 нс—5 мкс
0,1 мкс—1,5 с
Развертки
Максимальная
частота синхро-
низации
50 МГц
1000 МГц
50 МГц
Минимальное
изображение при
внутренней син-
хронизации
5 ММ
5 мм
Минимальная
амплитуда сигна-
ла внешней
синхронизации
0,5 В
150 мВ
0,3 В
Наличие
растяжки
Х10
Х10
r^ 3. Запоминающие осциллографы
%
Скорое
ПИСИ, 1
юоо
1000
500
100
5
4
я
о.
ибо
Тип пр
С8-12
С8-7А
С8-2
С8-9А
С8-11
С8-1
4
с к
11
в .
20
7
2
1
1
1 *
Д д S
sis
Минимг
коэффи
ОТКЛОН1
мВ/см
Коэффициент
развертки
зависимости от смен-
ных блоков
50
25*
100
10
10
0,05 мке—
25 с
0,05 мке* —
25 с
1 мке—0,5 с
0,5 мке—
25 сХ5
0,5 мке—
25 сХ5
Погреш-
ность из*
мерения
ампли-
туды
10
10
10
10
10
10
вре-
мени
10
10
10
10
10
10
Тип
13ЛН10
13ЛН7
13ЛН6
13ЛН5
13ЛН8
13ЛН2
элт
Рабочая
часть
экрана,
мм
50X80
50X80
60X80
40X80
60X80
60X80
Время
воспроиз-
ведения
40 С
1 мин
1 мин
1 мин
30 мин
30 мин
Габариты, мм,
масса, кг
215Х480Х
Х490, 28
350X451 X
Х770, 50
340X440X
Х668, 40
-
265X380X
340X447X
Х703, 50
304X450X
Х620, 35
Примечание
Время хранения 7 ч
Автоматическая ре-
гулировка яркости,
регулируемое после-
свечение
Двухлучевая ЭЛТ,
автоматическая регу-
лировка яркости, ре-
гулируемое после-
свечение, работа в
режиме X и Y, диф-
ференциальный вход
Автоматическое
стирание
Двухлучевая ЭЛТ,
автоматическая регу-
лировка яркости
Автоматическая ре-
гулировка яркости и
стирания, работа в
X—У режиме. Снят с
1977 г. с производст-
ва
4. Стробоскопические и скоростные осциллографы
Полоса пропус-
кания, ГГц
10
5
Тип прибора
C7-I3
С7-12
а-и
Минимальный
коэффициент от-
клонения, мВ/дел
5
0,5*
5
0,5*
5
Коэффициенты
развертки,
нс/дел—с/дел
0,2—0,5X10
1—0,5X10
0,05 не/дел—
10 мкс /дел
Максимальная
частота синхро-
низации, ГГц
1,5
0,3
1,5
Погреш-
ность изме-
рения, %
амплиту-
Ды
5
5
10
времени
5
5
5
элт
Тип
13ЛО12В
13ЛО12В
11ЛО2Х
Рабочая
часть
экрана, мм
80X100
80X100
64X80
Габариты, мм,
масса, кг
255Х490Х
Х540, 31
255X490X
Х540, 33
240Х480Х
Х475, 28
Примечание
Стробоскопический,
регулируемая задерж-
ка, выход на самопи-
сец
Стробоскопический,
регулируемая задерж-
ка, выход на самопи-
сец
Стробоскопический,
регулируемая задерж-
ка, однократный за-
пуск задержки, выход
на самописец
Продолжение
Полоса пропус-
кания, ГГц
1,2
0,7
1,2
Тип прибора
С7-9
С7-8
С7-5А
С7-10А
Минимальный
коэффициент от-
клонения, мВ/дел
10
10
20
1 и 2
В/дел
Коэффициенты
развертки,
нс/дел—с/дел
0,1 нс/дел—
10 мкс/дел
0,1—5
0,1—0,01
25—1000 не/см
Максимальная
частота синхро-
низации, ГГц
1
0,7
0,7
0,2
Погреш-
ность изме-
рения , %
амплиту-
ды
5
10
10
10
времени
5
10
10
10
элт
Тип
1 ЗЛО 12В
13ЛН2
13ЛО9И
10ЛО102М
Рабочая
часть
экрана, мм
80X100
60X80
80X100
20X40
Габариты, мм,
масса, кг
480X300X
Х475, 48
490Х136Х
Х335, 38
550Х500Х
Х340, 26
345X490X
Х860, 75
Примечание
Стробоскопический,
автоматизированный,
выход на ЦПМ
Стробоскопический,
работа в режиме па-
мяти, выход на са-
мописец, X—У режим,
однократный пуск раз-
вертки
Стробоскопический,
высокоомный вход
выход на самописец
Скоростной, одно-
кратный пуск раз-
вертки. Скорость за-
писи 1000 км/с
* В полосе пропускания 0—120 МГц при исследовании в реальном масштабе времени.
5. Специальные осциллографы
о
!1
III
а 5
ill
элт
Тип
Рабочая
часть
экрана,
мм
Габариты, мм,
масса, кг
Примечание
100*
20
15
12
С9-4
С9-1
С9-57
С9-52
10
10
10
20
2 не/см—
1 мс/см
0,1—0,05
0,1—0,05
0,1—0,05
13ЛО105М
15ЛО1И
11ЛО1И
11Л01Щ
60X100
80X100
48X80
60X80
254X488X
Х541, 35
I65X490X
Х495, 22
160Х480Х
Х475, 25
198Х410Х
Х475, 25
Регистрация однократных сигналов, скорость
записи 1500 км/с, дистанционное и ручное управ-
ление
Выделение телевизионной строки, наложение
строк обоих полукадров, измерение девиации ча-
стоты в ЦВТ, различие фильтров для выделения
сигналов яркостей, цветностей, работа в режиме
обычного осциллографирования
Выделение телевизионной строки, внешняя яр-
костная модуляция
Выделение телевизионной строки
* 500 МГц при подаче сигнала на ЭЛТ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бриллиантов Д. П. Расчет и конструирование портативных
транзисторных телевизоров. М., «Связь», 1971. 310 с. с ил.
2. Ельяшкевич С А. Отыскание неисправностей и настройка
цветных телевизоров. М., «Энергия», 1972. 176 с. с ил.
3 Ицхоки Я. С., Овчинников Н. И. Импульсные и цифровые
устройства. М, «Советское радио», 1972. 590 с. с ил.
4. Кинг Г. Отыскание неисправностей в транзисторных устрой-
ствах. Пер. с англ. М., «Энергия», 1973. 120 с. с ил.
5. Краснов С. К., Иванов В. Г. Контроль и настройка цветных
телевизионных приемников. М., «Связь», 1973. 104 с. с ил.
6. Малинин Р. М. Справочник по транзисторным схемам. М.,
«Энергия», 1974, 182 с. с ил.
7. Соловов В. Я. Осциллографические измерения. М., «Энергия»,
1968. 54 с. с ил.
8. Фельдман Л. Д. Телевизионный прием. М, «Энергия», 1971.
248 с. с ил.
9. Чех И. Осциллографы в измерительной технике. Пер. с нем.
М., «Энергия», 1965. 780 с. с ил.
10. Ромаш Э. М. Транзисторные преобразователи в устройствах
питания радиоэлектронной аппаратуры. М., «Энергия», 1975. 176 С.
с ил.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие ...» 3
Электронно-лучевой осциллограф 4
Назначение осциллографа 4
Классификация осциллографов 4
Основные блоки осциллографических устройств и осо-
бенности их применения 8
Канал вертикального отклонения .... 10
Канал горизонтального отклонения , . 17
Требования к тракту вертикального отклонения .... 23
Пробники 26
Выбор осциллографа 29
Особенности работы с осциллографом при исследовании
устройств на полупроводниковых приборах 31
Особенности полупроводниковых приборов 31
Отказы устройств на полупроводниковых приборах . . 35
Общий подход при настройке и отыскании неисправностей 37
Анализ сигналов 38
Исследования сигналов в переходных и формирующих цепях 41
Линейные формирующие цепи 41
Импульсные трансформаторы 45
Транзисторные формирующие цепи 45
Анализ формы сигналов в схемах транзисторных генераторов 51
Основные принципы построения релаксационных генера-
торов 51
Анализ форм сигналов в блокинг-генераторах .... 53
Анализ форм сигналов в мультивибраторах и триггерах 56
Транзисторные генераторы синусоидальных сигналов . . 60
Анализ работы транзисторных усилителей , . 66
Общие замечания 66
Частотная характеристика усилителя с ^С-связью . . 69
Формы сигналов в транзисторных усилителях с транс-
форматорной связью 74
Настройка резонансных транзисторных усилителей ... 78
Формы сигналов и неисправности в низкочастотных
каскадах , . 85
Проверка цепей и анализ форм сигналов в телевизионных
приемниках 91
Приемники черно-белого телевидения , 91
Приемники цветного телевидения ......... -99
135
Стр.
Применение осциллографа при налаживании вычислительных
устройств 104
Некоторые общие приемы 104
Особенности налаживания устройств на элементах тран-
зистор-транзисторной логики 106
Анализ работы источников питания * • • НО
Определение неисправностей выпрямителей , 110
Неисправности стабилизаторов , 113
Неисправности преобразователей напряжения .... 119
Заключение .... 124
Приложения 126
Список литературы 134