オシロスコープ校正器。スキーム、説明

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オシロスコープ校正器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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オシロスコープの垂直および水平増幅器校正装置

ほとんどのオシロスコープには、基準信号発生器が組み込まれていません。もちろん、一部の古いモデルには 1V のフルアンプキャリブレーション出力がありますが、この出力は 50Hz に制限されており、調整を行うには十分な精度ではありません。この記事で説明する特別なオシロスコープキャリブレータによって、さらに多くのカスタマイズオプションが提供されます。このブロックは、オシロスコープの垂直および水平増幅器の設定に使用できる 1 Vp-p、1 kHz の方形波信号を生成します。

このデバイスは、オシロスコーププローブの補償要素を調整したり、オーディオアンプの過渡現象を測定するための信号源としても使用できます。このデバイスは、携帯用にバッテリーで動作します。デバイス回路は電源電圧の変化に影響されません。バッテリー電圧が 7.7 V から 9.8 V に変化しても、出力周波数は一定のままです。さらに、約 2 mA の低消費電流により、バッテリー寿命を大幅に延ばすことができます。

回路の説明図１は、キャリブレータの概略図を示す。振動部分には、1 CMOS インバーターの 4049 つのセクションのうちの 2.1 つ (DD2.2 および DD2) と、タイミングコンポーネント C7、R8、R9、および RXNUMX が含まれます。回路のこの部分の要素によって、出力周波数が決まります。正確な周波数値は、次の式を使用して計算できます。

米。 1 キャリブレーターの概略図 (クリックして拡大)

f=2,2(C2)(R7R8)。

入力 DD2.2 (ピン 5) が最初はロー状態で、出力 DD2.2 (ピン 4) がハイになると仮定しましょう。入力 DD2.1 (ピン 3) もハイ状態になるため、出力 DD2.1 (ピン 2) にはローレベルの信号が現れます。 DD2.2 の出力からの高電圧は、R2 と R7 を介してコンデンサ C8 を充電します。コンデンサＣ２の両端の電圧がしきい値に達すると、素子ＤＤ２．２の出力およびインバータＤＤ２．１の入力は低状態になる。このため、DD2 出力はハイレベル状態に切り替わります。コンデンサ C2.2 の電圧は瞬時に変化しないため、DD2.1 の入力電圧は大幅に増加し、電源電圧の約 2.1% に達します。この正のフィードバックループは、CMOS 素子で実現できる最高の周波数でロジックレベルを切り替えます。

DD2.1とDD2.2で論理レベルが反転すると、C2は反対方向に再充電され、ピン5の電圧が低下し始めます。ピン5のスレッショルドレベルに達すると、出力DD2.2と入力DD2.1はそれぞれハイレベル状態に切り替わり、出力DD2.1はそれぞれローレベル状態になります。この場合も、C2の電圧は瞬時に変化することはできず、DD2.2の入力の電圧は供給電圧より約50％低くなります。これにより、指定された要素の出力の論理レベルが反転します。抵抗R9は、C2.2の電圧が供給電圧を超えると、DD2の入力の電流を制限し、入力ダイオードを破壊から保護します。この抵抗は、タイミングRC回路が内部保護ダイオードを介して放電されるのを防ぎます。そうしないと、信号エッジを引き締める傾向があります。その結果、充填率が50％の方形波の形状は、電源の電圧にほとんど依存しません。

DD2.1 出力からの矩形信号は、4049 ケースの残りの 2.5 つのインバータの並列接続された入力に供給され、その出力も並列に接続されます。これらの出力の電圧が低くなると、抵抗 R336 とダイオード D1 を介して 1 V LM1Z (DDXNUMX) 基準電圧がオンになります。この時点で、キャリブレータの出力電圧が高くなります。

2.3 つのインバータ DD2.6 ～ DD14 の合計負荷容量は 2 mA を超えます。この回路はこの電流のうち 1 mA のみを使用し、方形波出力に急峻なエッジを提供します。 2 V の出力校正電圧振幅を提供するために、抵抗アセンブリ R6 ～ R2 が 470% の精度で使用されます。このアセンブリ内の抵抗器の抵抗は 40 オームで、方形波信号の 2,5 V 振幅の 1% を提供するように分割されています。これはピン L (キャリブレータ出力) の 2 V に相当します。ピン J1 は「コモン」として使用されます。出力電圧パルスがインバータの出力に現れるとき、ダイオード D0,5 の電圧は 1 V を超えません。この場合、ダイオードは閉じており、出力電流は R1 と DD0.2 を流れません。この時点で、出力校正信号はゼロになります。出力信号の双方向制限は、一方ではオープン状態の LM336Z の約 2.3 オームのダイナミック抵抗によって保証され、他方では高レベル電圧が存在する瞬間に完全にスイッチオフされる電流によって保証されます。 DD2.6-DDXNUMX インバータの出力で。

キャリブレーション信号の振幅精度は、DD1 によって最大 1% の範囲内に維持されます。抵抗アセンブリの精度は 2% と規定されていますが、個々の抵抗間の抵抗偏差ははるかに小さくなります。この回路の出力インピーダンスは約 1000 オームです。

出力方形波は主に R2-R6 を流れる電流に依存するため、9V バッテリー B1 には大きなフィルタコンデンサは必要ありません。コンデンサ C1 は、インバータ DD1 を切り替える瞬間のピーク電流サージを平滑化するためだけに必要です。

デザイン

著者のプロトタイプは特別なブレッドボード上で組み立てられました。このデバイスのコンポーネントのレイアウトは重要ではないため、都合のよいオプションを使用できます。このデバイスをプリント基板上に構築したい場合は、図 2 に配線図を、図 3 に図を示します。図３は、コンポーネントの配置を示す。

オシロスコープのキャリブレータ。配線図
米。 2 配線図

正しい取り付け順序に従って、最も感度の低いコンポーネントを最初に取り付ける必要があります。電池ボックス、DD2 ブロック、スイッチ、ポテンショメータ、出力コネクタのワイヤをはんだ付けします。次に、残りの受動素子を取り付けます。最初に抵抗器、次にコンデンサーを取り付けます。出力信号の最小周波数ドリフトを達成するために、コンデンサ C2 は、誤差 7% のフィルム R2-Me-タリウム酸化物抵抗器でなければならず、R8 として巻線マルチターンポテンショメータを使用することが望ましいです。最後に、D1、DD1、および DD2 をインストールする必要があります。

オシロスコープ校正器。コンポーネントの配置
米。 3 コンポーネントの配置

分極部品の向きをよく確認し、PCB を使用していない場合は配線を確認してください。オシロスコープの感度によっては、異なる出力振幅が必要になる場合があります。この場合、回路の出力段を次のように作り直すことができます。336 つの LM1Z を直列に接続し、R1 の抵抗を減らして分圧器と LM336Z を約 XNUMX mA に保ちます。これにより、XNUMX 倍の出力電圧が得られます。

セットアップとキャリブレーション

キャリブレータの出力電圧は、適切なデジタルマルチメータで確認できます。 R1 と D1 の接続ポイントを一時的にアースに短絡します。これにより、デバイスの出力が 1V DC に設定されます。これが事実であることを確認してください。

デジタル周波数カウンタを使用して、出力周波数を確認できます。ただし、テスト CD がある場合に使用できる別の正確な方法があります。テストディスクをオンにして 1 kHz の正弦波周波数を再現し、ステレオアンプの 8 つのチャネルに接続します。オシロスコープ校正器を他のチャネルに接続します。ポテンショメータ RXNUMX を回して、キャリブレータの出力周波数を調整し、オーディオ周波数のビートがゼロになるようにします。この音響バランス調整プロセスは、ピアノやギターの通常のチューニング方法に似ています。

校正器の使用

オシロスコープの垂直偏向増幅器は、キャリブレータを接続し、オシロスコープ画面のピークツーピーク方形波をブラウン管のマーキングと比較することでテストできます。スイープジェネレーターは、スイープノブを 1 ms の位置に設定し、長方形の信号エッジをチューブの垂直方向のマーキングと比較することによってチェックされます。さらに、この校正器を使用すると、オシロスコープの入力分周プローブ (x10、x100) を確認できます。キャリブレータによって生成された方形波のエッジは非常に急勾配であるため、その形状の歪みは非常に目立ちます。リモートプローブにチューニング要素が組み込まれている場合は、それらを調整することで、分割器を通過する校正信号の元の長方形の形状を復元できます。

ソリッドステートコンポーネント: DD1 - LM336Z 高精度基準電圧 (Jameco 23771 または同等品) DD2 - 4049 1 個の CMOS インバーター D1 - 4148 個の NXNUMX シリコンダイオード

受動部品:
抵抗器 (すべての固定抵抗器 0,25 W、5%、注記がある場合を除く)
R1-2,2 kOhm
R7-39 kOhm
R8 - 10 kΩ、トリマー (本文参照)
R9-1MΩ
R2-R6 - 470Ohm5、2% 抵抗アセンブリ
追加の詳細と資料:
C1 - 0,1uF セラミックディスクコンデンサ
C2 - 0,01uF 精密フィルムコンデンサ
S1 - ミニチュアスイッチ
L、U2 チップ (赤と黒)
B1--9Vバッテリー

著者: チャールズ・ハンセン。翻訳と編集はウラジミール・ヴォルコフ。出版物: radioradar.net

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