Иванов Б.С.

«ОСЦИЛЛОГРАФ — ВАШ ПОМОЩНИК»

(как работать с осциллографом)

Приложение к журналу «Радио»

Выпуск № 1

От автора

Без электронного осциллографа сегодня немыслимо быстро и качественно настроить практически любое устройство — от детекторного приемника до телевизора. Осциллограф — «глаза» радиолюбителя, позволяющие вторгаться в мир электронных процессов радиоконструкций, наблюдать форму сигнала и измерять его такие параметры, как амплитуду и длительность импульсов, скорость их нарастания и спада, амплитуду пульсаций выпрямленного напряжения, частоту электрических колебаний, напряжения в различных цепях каскадов. Осциллограф не только существенно упростит налаживание конструкций, но и поможет быстрее и лучше усвоить теоретические основы радиотехники, провести немало интересных опытов, экспериментов, разнообразных исследовательских работ.

Конечно, все это станет реальным лишь при хорошем знании устройства осциллографа, овладении методикой работы с ним.

Один из популярных и доступных для приобретения осциллографов сегодня ОМЛ-3М, выпускаемый Саратовским ПО им. С. Орджоникидзе. Он малогабаритен и удобен в работе, его параметры вполне соответствуют многим видам измерений, встречающихся в радиолюбительской практике. Его предшественником был ОМЛ-2М, а еще ранее — ОМЛ-2-76. О методике самых разнообразных измерений с помощью осциллографа этой серии и рассказывается в настоящей брошюре. Хотя, конечно, материал будет полезен и для владельцев других осциллографов.

В одной из последующих брошюр Приложения под таким же названием предполагается рассказать об электронных приставках к осциллографу, значительно расширяющих его возможности.

Немного теории

Слово «осциллограф» образовано от «осциллум» — колебание и «графо» — пишу. Отсюда и назначение этого измерительного прибора — отображать на экране кривые тока или напряжения в функции времени. Встречается и другое название этого прибора — осциллоскоп (от того же «осциллум» и «скопео» — смотрю) — прибор для наблюдения формы колебаний. И хотя второе название более точное, до сих пор в литературе бытует все же первое — осциллограф.

Основная деталь электронного осциллографа — электронно-лучевая трубка (рис. 1), напоминающая но форме телевизионный кинескоп, только значительно меньших габаритов. Экран трубки покрыт изнутри люминофором — веществом, способным светиться под «ударами» электронов. Чем больше поток электронов, тем ярче свечение той части экрана, куда они попадают.

Испускаются же электроны так называемой электронной пушкой, размещенной на противоположном от экрана конце трубки. Между пушкой и экраном размещены управляющие электроды — модулятор, регулирующий поток летящих к экрану электронов, два анода, создающих нужное ускорение пучка электронов и его фокусировку, и две пары пластин, с помощью которых электроны можно отклонять по горизонтальной (X) и вертикальной (Y) осям.

Экран электронно-лучевой трубки будет светиться лишь при подаче на ее электроды определенных напряжений. На нить накала обычно подают переменное напряжение, на управляющий электрод (модулятор) — постоянное отрицательной полярности по отношению к катоду, на аноды — положительное, причем на первом аноде (фокусирующем) напряжение значительно меньше, чем на втором (ускоряющем). На отклоняющие пластины подается как постоянное напряжение, позволяющее смещать пучок электронов в любую сторону относительно центра экрана, так и переменное, создающее линию развертки той или иной длины, а также «рисующее» на экране форму исследуемых колебаний.

Чтобы представить, как же получается форма колебаний на экране, изобразим условно экран трубки в виде окружности (хотя у трубки 6Л01И в ОМЛ-2М и ОМЛ-3М он прямоугольный) и поместим внутри ее отклоняющие пластины (рис. 2).

Если подвести к горизонтальным пластинам X_1 и Х_2 пилообразное напряжение, на экране появится светящаяся горизонтальная линия — ее называют линией развертки или просто разверткой. Длина ее зависит от амплитуды пилообразного напряжения.

Если теперь подать на другую пару пластин (вертикальных — Y_1 и Y_2), например, переменное напряжение синусоидальной формы, линия развертки в точности «изогнется» по форме колебаний и «нарисует» на экране изображение.

В случае равенства периодов синусоидального и пилообразного колебаний на экране будет изображение одной «синусоиды». При неравенстве же периодов на экране появится столько полных колебаний, сколько периодов их укладывается в периоде колебаний пилообразного напряжения развертки. В осциллографе есть регулировка частоты развертки, с помощью которой добиваются нужного числа наблюдаемых на экране колебаний исследуемого сигнала.

Структурная схемам осциллографа

Теперь, когда вы имеете представление о назначении и работе электронно-лучевой трубки, можно познакомиться со структурной схемой (рис. 3) изучаемого осциллографа (рис. 4) и комплектом узлов, питающих электроды трубки.

Рис. 4

1, 2 — переключатели делителей канала Y; 3—6 — переключатели диапазонов частот (длительностей) развертки; 7 — переключатель режима развертки; 8 — регулятор синхронизации; 9 — переключатель вида синхронизации; 10 — переключатель входа канала Х; 11 — регулятор длины развертки; 12 — гнезда входа канала X; 13 — переключатель вида входа канала Y; 14 — разъем входа канала Y; 15 — регулятор перемещения луча по оси X; 16 — регулятор фокусировки; 17 — регулятор перемещения луча по оси Y; 18 — регулятор яркости луча и выключатель питания

Во-первых, это генератор развертки, выдающий пилообразное напряжение, частоту которого можно изменять кнопочными переключателями (кнопки 3–6 на лицевой панели осциллографа). Диапазон частот генератора весьма широк — от единиц герц до единиц мегагерц. Правда, около кнопок переключателей диапазонов проставлены значения длительности (продолжительности) пилообразных колебаний, а не их частоты. Поэтому нужно уметь переводить эту единицу измерений в частоту, и наоборот. Делают это по формулам: F = 1/Т и T = 1/F, где F — частота колебаний, а Т — длительность (или период) одного колебания.

Если частота выражена в герцах, то длительность получается в секундах; частота — в килогерцах (1 кГц = 1000 Гц), длительность — в миллисекундах (1 мс = 0,001 с); частота — в мегагерцах (1 МГц = 10^6 Гц), длительность — в микросекундах (1 мкс = 10-6 с).

К примеру, длительности 50 мс соответствует частота 1/0,05 = 20 Гц, а длительности 0,1 мкс — частота 1/10 = 10^7 = 10 МГц. В обоих примерах даны крайние диапазоны длительностей, которые можно устанавливать кнопочными переключателями осциллографа. Эти значения приведены по отношению к одному делению масштабной сетки — она прикреплена к экрану и содержит 8 делений по горизонтали и по вертикали (цена деления равна 5 мм).

Иначе говоря, максимальной длине развертки (8 делений) соответствует длительность пилообразных колебаний генератора развертки — 50 мс х 8 = 400 мс для первого примера и 0.1 мкс х 8 = 0,8 мкс — для второго. В первом случае на экране осциллографа можно наблюдать один период колебаний сигнала частотой 1:0,4 с = 2,5 Гц, во втором — 1:0,8 мкс = 1,25 МГц.

Подобный подсчет справедлив для синусоидальных колебаний или импульсных сигналов при равных длительностях импульса и паузы (рис. 5).

Если же длительность импульсов и пауз между ними различны, в формулу следует подставлять значение периода следования импульсов (период выражают теми же единицами, что и длительность).

С генератора развертки сигнал подается на усилитель канала горизонтального отклонения (канала X), необходимый для получения такой амплитуды пилообразного напряжения, при которой электронный луч отклоняется на весь экран. В усилителе расположены регулятор (11) длины линии развертки (иначе говоря, регулятор амплитуды выходного пилообразного напряжения) и регулятор (15) смещения линии развертки по горизонтали.

Канал вертикальной развертки состоит из входного аттенюатора (делителя входного сигнала), позволяющего выбирать нужную высоту рассматриваемого изображения в зависимости от амплитуды исследуемых колебаний, и из двух усилителей — предварительного и оконечного.

С помощью кнопки 2 входного аттенюатора амплитуду сигнала можно уменьшить в 100 раз. Более плавные изменения уровня сигнала, поступающего на оконечный усилитель, а значит, размера изображения на экране, получают с помощью кнопок 1 калиброванного переключателя диапазона напряжений. В итоге при максимальной чувствительности осциллографа в одном делении масштабной сетки «уместится» входной сигнал амплитудой 0,01 В (10 мВ). А максимальная амплитуда сигнала, которую можно наблюдать на экране трубки, составляет 300 В.

В оконечном усилителе этою канала, как и канала горизонтального отклонения, есть регулировка смещения луча (17), а значит, и изображения по вертикали. Зачем это бывает нужно (помимо установки луча на среднюю линию), станет ясно позже.

Кроме того, на входе канала вертикального отклонения стоит переключатель 13, с помощью которого можно либо подавать на усилитель (конечно, через аттенюатор) постоянную составляющую исследуемого сигнала, либо избавляться от нее включением разделительного конденсатора. Это, в свою очередь, позволяет пользоваться осциллографом как вольтметром постоянного тока, способным измерять постоянные напряжения примерно от 10 мВ до 300 В. Причем входное сопротивление «вольтметра» достаточно высокое — 1 МОм.

Когда выводы разделительного конденсатора замкнуты контактами переключателя, говорит, что вход осциллографа открытый, а когда они разомкнуты — закрытый.

О других регулировках

Вот вы и познакомились с некоторыми ручками управления на лицевой панели осциллографа. А теперь о других регулировках. Под переключателем 6 длительностей развертки расположен переключатель 7 режима работы развертки. Если кнопка переключателя отжата (максимально выступает над панелью), генератор развертки работает в автоматическом режиме — генерирует пилообразное напряжение заданной длительности. Если же кнопка переключателя нажата (утоплена внутрь), генератор переходит в ждущий режим, т. е. «ожидает» прихода входного сигнала, и с его появлением запускается. Этот режим бывает необходим при исследовании сигналов, появляющихся случайно, либо при исследовании параметров импульса, когда его передний фронт должен быть в начале развертки.

В автоматическом режиме работы случайный сигнал может появиться в любом месте развертки, что усложняет его наблюдение. Удобства ждущего режима вы сможете оценить во время импульсных измерений описываемым осциллографом.

Ниже переключателя 7 находится ручка синхронизации 8 («СИНХР.»), которую можно поворачивать от крайнего левого положения (знак «—») до крайнего правого (знак «+»). Это регулировка синхронизации развертки от сигнала соответствующей полярности. Для чего она нужна? Если между генератором развертки и сигналом нет никакой связи, то начинаться развертка и появляться сигнал будут в разное время, и изображение сигнала на экране осциллографа будет перемещаться либо в одну, либо в другую сторону в зависимости от разности частот сигнала и развертки.

Чтобы остановить изображение, нужно засинхронизировать генератор, т. е. обеспечить такой режим работы, при котором начало развертки будет совпадать с началом появления периодического сигнала (скажем, синусоидального). Причем синхронизировать генератор можно как от внутреннего сигнала (он берется с усилителя вертикального отклонения), так и от внешнего, подаваемого на гнезда 12 «ВХОД х /СИНХР./». Выбирают тот или иной режим кнопкой 9 «ВНУТР.-ВНЕШН.» (при отжатой кнопке действует внутренняя синхронизация, при нажатой — внешняя).

Когда ручка 8 находится в крайнем левом положении («—»), генератор развертки синхронизируется отрицательным сигналом (или полупериодом синусоидального напряжения), а в крайнем правом («+») — положительным. В среднем положении («0») ручки синхронизация выключается. Кроме того, при перемещении этой ручки изменяется амплитуда синхронизирующего сигнала, что также способствует получению устойчивой синхронизации.

И последняя кнопка — 10 («РАЗВ.-ВХ.Х.»). Когда она отжата, на вход усилителя канала горизонтального отклонения поступает пилообразное напряжение и на экране видна линия развертки. Когда же кнопка нажата, вход усилителя подключается к гнездам «ВХОД х /СИНХР./». Теперь горизонтальная линия развертки будет получаться только при подаче сигнала на указанные гнезда. Причем чувствительность этого канала равна примерно 0,5 В/дел., т. е. для отклонения луча на 8 клеток масштабной сетки на гнезда нужно подать сигнал амплитудой не менее 4 В.

Такой режим работы осциллографа бывает нужен, например, при исследовании частотных и фазовых соотношений гармонических колебаний так называемым методом фигур Лиссажу, когда одни колебания подают на вход Y осциллографа, а другие — на вход X. С этим методом мы встретимся во время практических работ.

На задней стейке осциллографа можно увидеть гнездо, около которого стоит обозначение треугольного импульса. На это гнездо выведен сигнал генератора горизонтального отклонения — он бывает нужен при специальных видах измерений, например, при снятии амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) усилителей.

Внимание! Включаем!

Теперь, когда вы имеете представление об устройстве осциллографа и назначении его кнопок и ручек управления, можно включить прибор. Но предварительно заземлите его, соединив проводником зажим на задней стенке, например, с водопроводной трубой или другой металлической конструкцией, имеющей надежное заземление. Затем поставьте все кнопки в отжатое положение, кроме кнопок «0,5-50» переключателя 1 и «1–0,1-10» переключателя 3 — они должны быть нажаты. Регулятор длины развертки 11 поставьте в крайнее положение по часовой стрелке, регулятор яркости 18 — в крайнее положение против часовой стрелки, остальные регуляторы — примерно в среднее положение. К гнездам 12 и разъему 14 пока ничего не подключайте.

Вставив вилку питания осциллографа в сетевую розетку, поверните регулятор яркости по часовой стрелке до появления щелчка (осциллограф включен) и дайте осциллографу прогреться минут 5…7. После этого поверните регулятор яркости но часовой стрелке до появления светящейся линии на экране (линия развертки), сфокусируйте ее регулятором 16, а регуляторами 15 и 17 сместите линию так, чтобы она начиналась у крайнего левого вертикального деления масштабной сетки и проходила по ее средней горизонтальной линии (рис. 6, а).

Нажмите кнопку «0,01-1» переключателя 1 —линия развертки может сместиться вверх или вниз. Это будет свидетельствовать о разбалансировке усилителя вертикального отклонения. Если смещение не превышает одного деления масштабной сетки (рис. 6, б), все в порядке. При большем смещении (рис. 6, в) нужно сбалансировать усилитель подстроечным резистором, расположенным за отверстием на правой боковой стенке кожуха (рис. 6, г) — оно показано на рисунке в инструкции. Движок резистора поворачивают отверткой так, чтобы линия возвратилась на прежнее место.

На экране — синусоидальный сигнал

Вставьте в разъем 14 «Вход Y» выносной кабель и дотроньтесь пальцем до входного щупа (рис. 7, а) — им заканчивается кабель. Если была нажата кнопка «0,5-50», линия на экране едва «утолщится» в результате сигнала наводок переменного тока на входном щупе. Последовательным нажатием кнопок «0,1—10», «0,05-5», «0,02-2» добейтесь, чтобы на экране было изображение высотой 2…4 деления.

Вы, конечно, знаете, что сигнал наводок переменного тока синусоидальной формы, частотой, равной частоте сети, — 50 Гц. Но на экране пока видна широкая дорожка бесформенного сигнала, линии которого перемещаются либо влево, либо вправо. Нужно остановить «бег» линий и рассмотреть сигнал. А для этого надо подобрать длительность пилообразного напряжения развертки примерно равно или кратной длительности одного полного колебания сигнала.

Нажмите кнопку «2–0,2-20» переключателя 3 и ручками синхронизации 8 и длины развертки 11 постарайтесь «остановить» изображение. На экране при этом удастся наблюдать несколько периодов или полупериодов синусоидальных колебаний (рис. 7, б), что свидетельствует о приближении к намеченной цели.

А теперь нажмите следующую кнопку переключателя 3 — «5–0,5-50» и снова попытайтесь «остановить» изображение указанными ручками. На этот раз удастся увидеть на экране один или два полных периода синусоидального сигнала (рис. 7, в).

Давайте определим параметры сигнала. Поскольку нажата кнопка «5–0,5-50» переключателя 3 и отжаты кнопки 4–6, цена деления масштабной сетки составляет 5 мс/дел. А период одного колебания (например, от вершины одного полупериода до вершины другого) занимает 4 деления. Поэтому длительность периода равна 4 дел. х5 мс/дел. = 20 мс (0,02 с), а частота колебаний — 1:0,02 с = 50 Гц.

Что же касается амплитуды (размаха) колебаний, ее нетрудно определить умножением числа делений по вертикали, которое занимает изображение, на цену деления, скажем, 5 В/дел. при нажатой кнопке «0,05-5». Для удобства отсчета нижнюю или верхнюю часть изображения подводят ручкой смещения луча по вертикали под ближайшую горизонтальную линию сетки и совмещают с ней.

Еще удобнее при отсчете установить кнопками переключателей 3–6 такую длительность развертки, чтобы изображение сигнала слилось в широкую сплошную дорожку (как это было вначале).

«Хитрости» ждущего режима

Как бы вы ни старались засинхронизировать изображение ручками 8 и 11, оно хоть и медленно, но будет «уплывать» влево или вправо — таков результат работы генератора развертки в автоматическом режиме.

Нажмите кнопку 7 «АВТ.-ЖДУШ.» и поставьте ручку синхронизации 8 в одно из крайних положений — теперь поворотом ручки длины развертки 11 легко добьетесь устойчивого изображения. Причем, если ручка синхронизации будет в крайнем правом (по часовой стрелке — «+») положении, изображение синусоиды на экране будет начинаться с положительного полупериода (рис. 8, б), а если в крайнем левом («—») — с отрицательного (рис. 8, а). Но начинаться полупериод будет не с нуля, а с какого-то уровня, т. е. с «запаздыванием» от нулевой линии — оно уходит на запуск генератора развертки.

Стоит повернуть ручку синхронизации к среднему положению — и изображение исчезнет, поскольку амплитуды сигнала синхронизации будет недостаточно для запуска генератора. Не будет на экране и линии развертки. Изображение (а вместе с ним и линия развертки) исчезнет и в том случае, если вы отнимите палец от входного щупа или возьметесь второй рукой за корпус осциллографа (или за «земляной» щуп).

Возможно, сразу запомнить сказанное о пользовании кнопками переключателей и регуляторами осциллографа сложно. Постарайтесь проделать описанные манипуляции несколько раз и освоить принцип получения нужного размаха изображения, его устойчивости — в этом основа умения пользоваться осциллографом.

Измеряем постоянное напряжение

Прежде чем начать знакомство с этим режимом, убедитесь, что кнопка 13 отжата, т. е. осциллограф работает с «открытым» входом. Кнопка «0,5-50» переключателя 1 должна быть нажата, а кнопка переключателя 2 — отжата. Такое положение кнопок соответствует наименьшей чувствительности осциллографа — с него желательно начинать измерения, особенно когда неизвестны параметры входного напряжения. Регулятором 17 установите линию развертки (генератор развертки работает в автоматическом режиме практически с любой длительностью, лишь бы была сплошная линия) на середину масштабной сетки.

Подключите входные щупы осциллографа к выводам гальванического элемента 373 (рис. 9) и нажмите кнопку «0,01-1» — линия развертки сместится вверх или вниз, в зависимости от полярности подключения источника тока ко входу осциллографа. Если линия оказалась выше средней, значит, входной щуп подключен к плюсовому выводу элемента, а «земляной» — к минусовому (рис. 9, а). При смещении луча вниз полярность напряжения на щупах обратная (рис. 9, б).

Насколько сместилась линия развертки? Почти на 2 деления. Значит, напряжение гальванического элемента немногим менее 2 В (цена деления сетки 1 В/дел.). Хотите точнее измерить напряжение? Нажмите кнопку «0,5-50» переключателя 1 и кнопку аттенюатора 2 — цена деления станет равной 0,5 В/дел.

Замкните между собой входные щупы (чтобы снять «размытость» линии из-за наводок) и сместите ручкой 17 линию развертки на 2 деления вниз (рис. 9, в) — это будет теперь условный нуль отсчета (таково второе назначение ручки 17, о котором упоминалось выше). Подключите «земляной» щуп к минусовому выводу элемента, а входным щупом коснитесь плюсового вывода.

На сколько делений сместилась линия? Примерно на 3,6 (десятые доли делений определяют по рискам на вертикальной и горизонтальной линиях масштабной сетки). Значит, напряжение гальванического элемента составляет 0,5 В/дел. х 3,6 дел. = 1,8 В.

Таково напряжение элемента без нагрузки. Но стоит подключить к его выводам, например, лампу or карманного фонаря на 2,5 В, и напряжение упадет почти до 1,5 В — в этом можете убедиться сами.

Рис. 9

Аналогично измерьте напряжение других имеющихся в вашем распоряжении, гальванических элементов (343, 332, 316), а также батарей 3336, «Крона», выбирая в каждом случае кнопками переключателей 1 и 2 нужный диапазон измерений.

Исследуем выпрямитель

Выпрямитель — одна из распространенных конструкций в радиолюбительском творчестве, необходимая для питания постоянным током самых разнообразных устройств. От выбора схемы выпрямителя и деталей для него зависят энергетические возможности этого источника питания и способность выдавать «чистое» напряжение, т. е. такое, у которого пульсации переменного тока ничтожны.

Измерить пульсации и выявить пути их снижения обычными измерительными приборами, имевшимися ранее в вашей лаборатории, практически невозможно. Сегодня, когда в вашем распоряжении появился осциллограф, сделать это чрезвычайно просто.

Итак, начинаем собирать выпрямитель. Первая деталь, которой нужно обзавестись, — понижающий трансформатор питания (рис. 10, а). Наиболее подходит для наших целей готовый выходной трансформатор кадровой развертки телевизоров — ТВК-110ЛМ (рис. 10, б). Подобные трансформаторы нередко используются в блоках питания радиолюбительских конструкций. Первичная (высокоомная) обмотка трансформатора выдерживает сетевое напряжение 220 В, на вторичной (низкоомной) при этом получается переменное напряжение около 14 В. Причем к обмотке можно подключать нагрузку, потребляющую ток до 1 А. Правда, напряжение на обмотке будет падать с ростом тока нагрузки.

Сначала подключите к выводам вторичной обмотки входные щупы осциллографа и включите первичную обмотку в сеть. Проводники от выводов первичной обмотки должны быть, конечно, в хорошей изоляции и с вилкой на конце. После подпайки проводников выводы нужно обернуть изоляционной лентой, чтобы исключить возможность поражения электрическим током во время экспериментов.

На осциллографе нажмите кнопку «0,5-50» переключателя 1, кнопка переключателя 2 должна быть отжата. Осциллограф работает в режиме автоматического запуска и с открытым входом (кнопки переключателей 7 и 13 соответственно должны быть отжаты), переключателями 3–6 устанавливают длительность развертки 5 мс/дел.

На экране осциллографа появится изображение синусоидальных колебаний небольшой амплитуды. Нажмите кнопку «0,1-10» переключателя 1 — изображение увеличится и займет около четырех делений шкалы (рис. 10, в). Значит, размах колебаний составит 40 В, хотя измеренное авометром переменное напряжение на вторичной обмотке равно 14 В В чем же дело?

Разгадка проста. На экране вы видите удвоенную амплитуду (положительный и отрицательный полупериоды) синусоидальных колебаний. Действующее значение переменного напряжения, измеряемое авометром, в 2√2 раз меньше. Разделив показания осциллографа на это значение, получите почти 14 В. Аналогично определяйте по изображению на экране осциллографа действующее значение синусоидального напряжения и в дальнейшем.

Подключите ко вторичной обмотке четыре диода (рис. 11, а; — двухполупериодиый выпрямитель, собранный по мостовой схеме, и резистор нагрузки R1, а к резистору подсоедините щупы осциллографа («земляной» щуп — к нижнему по схеме выводу резистора). На экране осциллографа будут только положительные полупериоды синусоидального напряжения, следующие с частотой вдвое большей частоты сетевого напряжения. Иначе говоря, отрицательные полупериоды «перевернулись» и заняли место между положительными (рис. 11, б).

Такое выпрямленное напряжение подавать на транзисторное устройство нельзя — слишком велики его пульсации. Напряжение нужно сгладить. Для этого достаточно подключить параллельно резистору оксидный конденсатор С1.

Для начала возьмите конденсатор, скажем, типа К50-6, емкостью 100 мкФ на номинальное напряжение не менее 25 В. Полупериоды сразу же исчезнут, а на уровне их вершин на экране возникнет слегка изогнутая линия (рис. 11, в). Это пульсации сглаженного напряжения.

Рис. 11

Чтобы лучше рассмотреть их и измерить амплитуду, нажмите кнопку 13 (осциллограф будет работать с закрытым входом) и поочередно нажимайте кнопки переключателей 1 и 2 до получения достаточно большого по вертикали изображения. Так, при нажатии кнопки «0,5-50» переключателя 1 и кнопки переключателя 2 на экране удастся увидеть картину, показанную на рис. 11, г. Она свидетельствует о том, что конденсатор заряжается от каждого полупериода сетевого напряжения и в промежутках между ними успевает немного разрядиться. В итоге на нагрузке действует постоянное напряжение с пульсациями около 1,5 В.

Еще более уменьшить пульсации удастся при подключении к резистору нагрузки конденсатора емкостью 500 мкФ — теперь они составят примерно 0,3 В. А при емкости конденсатора 1000 мкФ пульсации составят 0,12 В (120 мВ). Постоянное напряжение с такими пульсациями уже можно подавать на многие электронные устройства.

Однако измеренные пульсации в данном случае справедливы для тока нагрузки около 18 мА (определяется резистором R1). При увеличении тока нагрузки возрастут и пульсации. В этом вы можете убедиться сами, подключая к выпрямителю резисторы сопротивлением 510 Ом, а затем 300 Ом и измеряя амплитуду пульсаций в каждом случае.

Значительно уменьшить пульсации переменного тока можно, питая нагрузку через параметрический стабилизатор, подключенный к выпрямителю (рис. 12, а).

Для него понадобится стабилитрон VD5 и балластный резистор R1. Причем напряжение на нагрузке (резистор R2) будет определяться только используемым стабилитроном. К примеру, для указанного на схеме стабилитрона Д814Д оно составит 11,5…14 В (таков разброс напряжения стабилизации в зависимости от конкретно установленного экземпляра), для Д814Г — 10…12 В, для Д814В — 9…10,5 В и т. д.

Измерьте теперь амплитуду пульсаций на нагрузке — она составит около 0,02 В при емкости фильтрующего конденсатора 200 мкФ, т. е. значительно меньше даже по сравнению с пульсациями при конденсаторе фильтра 1000 мкФ! Иначе говоря, параметрический стабилизатор позволяет «сэкономить» емкость конденсатора фильтра.

А теперь вообще отключите конденсатор фильтра — на экране осциллографа, подключенного параллельно резистору нагрузки R2 появится изображение полупериодов синусоидального напряжения со срезанными вершинами (рис. 12, б). Это результат «работы» стабилитрона. До определенного напряжения он «выключен», после чего «пробивается» — напряжение на нем остается равным напряжению стабилизации (правда, оно немного изменяется в зависимости от тока через стабилитрон).

Рис. 12

Подключив вновь конденсатор фильтра, установите параллельно резистору нагрузки еще один резистор — сопротивлением 600…800 Ом. Пульсации на выходе стабилизатора резко возрастут и станут равными пульсациям на конденсаторе фильтра. Причина в том, что ток нагрузки возрос и стабилитрон вышел из режима стабилизации, т е. практически перестал действовать.

При указанном на схеме сопротивлении балластного резистора к стабилизатору можно подключить нагрузку, потребляющую ток до 7 мА. Если же сопротивление балластного резистора уменьшить до 130 Ом, ток нагрузки может доходить до 20 мА.

А как быть, если стабильным напряжением нужно питать нагрузку со значительно большим током потребления? В этом случае достаточно подключить к стабилитрону усилитель тока — эмиттерный повторитель на мощном транзисторе VT1 (рис. 13, а). Теперь даже при подключении к выходу получившегося блока питания резистора сопротивлением 100…130 Ом, что эквивалентно нагрузке с током потребления около 1 (X) мА, пульсации возрастут лишь вдвое. Правда, напряжение на нагрузке будет несколько меньше, чем на стабилитроне — из-за падения напряжения на эмиттерном переходе транзистора (0,5…0,7 В).

При больших токах нагрузки транзистор выбирают с возможно большим коэффициентом передачи тока. Если же в наличии лишь транзистор с малым коэффициентом передачи, добавляют к нему маломощный транзистор (рис. 13, б) — и в итоге получается составной транзистор с большим коэффициентом передачи тока. Правда, в этом случае напряжение на выходе будет уже отличаться от напряжения на стабилитроне на 1…1.4 В. В любом варианте мощный транзистор нужно укрепить на теплоотводящей пластине из дюралюминия, алюминия или меди толщиной 2…3 мм и общей площадью поверхности не менее 15 см^2 (рис. 13, в).

С собранным блоком питания проведите эксперименты, подключая к выходу нагрузки с различными токами потребления и измеряя амплитуду пульсаций. Одновременно контролируйте амплитуду пульсаций на конденсаторе фильтра.

Результаты измерений позволят еще раз оценить зависимость пульсаций от емкости фильтрующего конденсатора и тока нагрузки.

По фигурам Лиссажу

Определять частоту синусоидальных колебаний с помощью установленной на осциллографе ОМЛ-2М длительности развертки вы уже умеете. А если придется работать с другим осциллографом, у которого нет калибровки длительности? Тогда нужно воспользоваться методом сравнения неизвестной частоты с известной по фигурам Лиссажу.

Но прежде чем перейти к знакомству с этим методом, соберем макет простого генератора сигналов 34, поскольку подобного измерительного прибора у вас может не оказаться. Кроме того, на макете вы познакомитесь с методикой проверки и налаживания генератора.

Схема генератора приведена на рис. 14. Нетрудно заметить, что без цепи из деталей C1, С2, R1 —R3 устройство, выполненное на транзисторах VT1, VT2,— не что иное, как двухкаскадный усилитель 3Ч с непосредственной связью между каскадами и отрицательной обратной связью по постоянному и переменному токам (через резистор R6). При подключении указанной цепи, называемой в технике мостом Вина, между выходом и входом усилителя образуется положительная обратная связь. Усилитель самовозбуждается. На коллекторной нагрузке транзистора VT2 (резистор R7) появляются колебания, частота которых зависит от емкости конденсаторов C1 и С2, а также от сопротивлений резисторов R1.1, R2 и R3, R1.2. Сдвоенным переменным резистором RI «Частота» можно плавно изменять частоту колебаний.

Форма колебаний на коллекторе транзистора VT2 может быть синусоидальной или искаженной, в виде импульсов, — все зависит от глубины положительной обратной связи. А последняя, в свою очередь, во многом определяется сопротивлением резистора R4 — в этом вы убедитесь немного позже.

Сигнал генератора поступает на выходные зажимы ХТ1, ХТ2 через переменный резистор R7 «Амплитуда» — им регулируют амплитуду колебаний, снимаемых с зажимов.

Наш генератор разработан специально для экспериментов с осциллографом ОМЛ-2М. Исходя из этого и определены его параметры. Во-первых, для получения достаточной длины развертки максимальная амплитуда сигнала составляет 2,5 В (размах колебаний 5 В). Частоту же сигнала можно регулировать примерно от 350 Гц (движки переменного резистора R1 в нижнем по схеме положении) до 2 кГц (движки — в верхнем положении). Такого диапазона вполне достаточно, чтобы не только потренироваться в определении частоты по фигурам Лиссажу, но и использовать генератор в дальнейшем для проверки усилителей 3Ч, а также для модуляции генератора РЧ (ои понадобится для проверки радиоприемника).

Несколько слов о деталях для генератора. Сдвоенный переменный резистор R1 может быть любой конструкции, но обязательно с одной осью, например, СП-III, СПЗ-4 группы А (с линейной характеристикой) или движковый СПЗ-23а. Подстроенный резистор R4 — СПЗ-1а, СПЗ-1б, переменный резистор R7 — СП-I либо движковый. Постоянные резисторы МЛТ-0,25 (можно МЛТ-0,125). Конденсаторы C1, С2 — МВМ; С3 — К50-6. Транзисторы — любые из серии КТ315 с коэффициентом передачи тока не менее 50.

Чертеж монтажной платы не приводим, поскольку он во многом зависит от габаритов используемых деталей. Его нетрудно составить самим, учитывая, что взаимное расположение деталей не имеет значения. Внешний же вид макета в случае использования переменных резисторов типа СП может быть, например, таким, как показанный на рис. 15. Напротив ручки переменного резистора R1 желательно приклеить к передней панели шкалу, на которую в дальнейшем нанесете значения частот генератора.

Для подключения генератора к выпрямителю или батарее предусмотрите отрезки многожильного монтажного провода в изоляции, на концах которых укрепите штепсели или зажимы «крокодил».

Генератор готов, можно проверять его, налаживать и градуировать шкалу.

В первую очередь следует проверить и, если нужно, установить режим работы транзистора VT2. Для этого вначале полностью вводят сопротивление резистора R4, т. е. устанавливают ею движок в крайнее правое (по схеме) положение. Положительная обратная связь будет минимальной, и усилитель не сможет самовозбудиться. Движки же резисторов R1.1 и R1.2 должны быть в крайнем верхнем (по схеме) положении — оно соответствует максимальной частоте генератора.

Далее подготовьте осциллограф к измерению постоянного напряжения. Переключатель 13 установите в положение, соответствующее открытому входу осциллографа, а переключатели 1 и 2 — в положение «2 В/дел.». Кнопкой 7 переведите генератор развертки в автоматический режим и сместите линию развертки на нижний край шкалы (рис. 16, а).

Включите питание генератора 3Ч, «земляной» щуп осциллографа подключите к зажиму ХТ2, а входным коснитесь верхнего (по схеме) вывода резистора R7 — проверьте напряжение питания. Линия развертки поднимется вверх (рис. 16, б), и вы сможете по делениям шкалы отсчитать измеряемое напряжение — около 9 В.

Затем коснитесь входным щупом осциллографа вывода коллектора транзистора VT2. Линия развертки опустится несколько ниже по сравнению с предыдущим измерением (рис. 16, в). Это объяснимо — ведь через транзистор протекает ток, и напряжение на коллекторе отличается от питающего на величину падения напряжения на резисторе R7.

По напряжению на коллекторе транзистора можно судить о режиме его работы. Если оно 6,5…7 В — все в порядке, удастся получить достаточную амплитуду сигнала генератора при хорошей линейности формы. Если же напряжение больше и близко к питающему, значит выходной транзистор открыт недостаточно, амплитуда неискаженного выходного сигнала окажется небольшой.

Попробуйте заменить эмиттерный резистор R8 переменным, сопротивлением 150 или 220 Ом. Перемещением движка резистора можете изменять напряжение на коллекторе транзистора VT2 — чем больше сопротивление резистора, тем меньше напряжение. Установите такое сопротивление, при котором будет указанное выше напряжение.

Пора «запускать» генератор. Оставив входной щуп осциллографа подключенным к коллектору транзистора VT2, плавно перемещайте движок подстроечного резистора R4 влево (по схеме). Глубина положительной обратной связи будет возрастать, и при определенном сопротивлении резистора усилитель самовозбудится. На линии развертки появятся колебания 3Ч (рис. 16, г).

Теперь можно перейти на закрытый вход (нажать кнопку 13), переместить изображение на середину экрана и установить такую чувствительность осциллографа, при которой изображение по вертикали занимает 4…6 делений. А чтобы «остановить» перемещение сигнала на экране, включите ждущий режим работы развертки (нажмите кнопку 7) и поверните в крайнее положение по часовой стрелке ручку синхронизации 8. С помощью кнопок частоты развертки 3, 4 и регулятора длины развертки 11 добейтесь устойчивого изображения нескольких синусоидальных колебаний. Рассмотрите вершины полуволн синусоиды. Они могут быть уплощены (рис. 16, д), что свидетельствует об искажении сигнала из-за большой глубины положительной обратной связи. Нужно более точно установить движок подстроечного резистора R4, чтобы форма сигнала была возможно более близкой к синусоидальной (рис. 16. е).

Далее перестройте частоту генератора — поставьте ручку сдвоенного переменного резистора R1 в другое крайнее положение. Вновь подберите кнопками 3, 4 и ручкой 11 такую длительность развертки, при которой на экране будет устойчивое изображение нескольких колебаний. Если сигнал окажется искаженным (появится уплощение вершин полуволн), значит нужно немного увеличить сопротивление резистора R4. Постарайтесь подобрать такое положение его движка, чтобы форма колебаний почти не искажалась, а их амплитуда была бы примерно постоянной при перестройке частоты генератора.

Как отградуировать шкалу переменною резистора R1? Сначала установите его движок поочередно в крайние положения, определите известным вам способом длительность одного колебания и но ней подсчитайте частоту колебаний. Нанесите полученные значения на шкалу. Таким же способом нанесите промежуточные значения частот, скажем, через 100 Гц. Впрочем, для наших экспериментов вполне достаточно «найти» частоты 500, 1000, 1500 и 2000 Гц.

При желании можно установить шкалу и напротив ручки переменного резистора R7, отградуировав ее в значениях амплитуды сигнала на зажимах ХТ1 и ХТ2. Для этого подключите к зажимам осциллограф, установите частоту генератора 1000 Гц и, изменяя положение движка переменного резистора R7, отметьте на шкале точки, соответствующие амплитуде выходного сигнала (определенной но экрану осциллографа), например, 0,5 В, 1 В; 1,5 В и т. д.

Изготовленный генератор способен выполнять роль внешнего источника развертки. необходимого для определения частоты но фигурам Лиссажу. Соедините гнезда 12 входа канала X через конденсатор емкостью 0,1…1 мкФ с зажимами генератора (рис. 17), нажмите кнопку 10 и переведите кнопкой 7 генератор развертки в автоматический режим работы. Появившуюся на экране точку переместите ручками 15 и 17 в центр экрана, а затем включите генератор 3Ч. Теперь при изменении амплитуды выходного сигнала генератора будет изменяться длина линии развертки. Максимальной амплитуды сигнала должно хватить, чтобы линия развертки «растягивалась» на весь экран и даже уходила за его пределы.

Установите амплитуду сигнала такой, чтобы длина линии развертки составила 6 делений. Выключите генератор и дотроньтесь пальцем до входного щупа осциллографа. Появится вертикальная линия (наводка переменного тока), высоту которой можно установить равной 4…6 делениям (рис. 17, б) с помощью переключателей делителей канала Y (кнопки 1, 2).

Рис. 17

Если теперь включить генератор, на экране появится «растр» (рис. 17, в), как на экране телевизора. При изменении частоты генератора между верхней и нижней границами «растра» будут мелькать горизонтально расположенные синусоидальные колебания. Осциллограф готов к определению частоты по фигурам Лиссажу.

Собственно, эти фигуры вы только что видели в виде «растра» — результата воздействия на горизонтальные и вертикальные отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки колебаний разных частот.

Чтобы ближе познакомиться с указанным методом измерения, нужен еще один генератор, сигнал с которого подают на вертикальный вход (Y) осциллографа. Предположим, это будет такой же макет, что и для получения горизонтальной развертки. Будем считать его генератором измеряемой частоты, а изготовленный ранее — эталонной. Тогда к зажимам ХТ1 и ХТ2 испытываемого генератора подключают входные щупы осциллографа (рис. 18), работающего в режиме с закрытым входом. Регулятор амплитуды выходного сигнала этого генератора и кнопки переключателей делителей канала Y устанавливают в такое положение, чтобы вертикальная линия на экране осциллографа (при выключенном эталонном генераторе) занимала, скажем, 4 деления. Такой же длины устанавливают и линию развертки (при выключенном испытываемом генераторе).

Рис. 18

При включении обоих генераторов на экране, как вы знаете, появится «растр». Установите частоту испытываемого генератора равной, например, 500 Гц и медленно перестраивайте эталонный генератор до получения на экране изображения, показанного на рис. 19. а или 19. б. Оно укажет на то, что частоты обоих генераторов одинаковы (форма изображения зависит от разности фаз между подаваемыми на осциллограф сигналами).

Рис. 19

А теперь плавно увеличивайте частоту эталонного генератора. Вскоре на экране появится изображение, показанное на рис. 19, в или 19, г. Оно свидетельствует о том, что частота эталонного генератора вдвое превышает частоту испытываемого. Когда же при дальнейшем увеличении частоты эталонного генератора она станет втрое больше частоты испытываемого генератора, на экране появится одно из изображений, показанных на рис. 19, д и 19, е.

Если же будете изменять частоту испытываемого генератора по отношению к частоте эталонного, приведенные изображения «повернутся» на 90° против часовой стрелки.

Конечно, соотношения частот могут быть не равны кратным числам, поэтому будут другими и изображения. Чтобы определить по ним искомую частоту, достаточно помнить простое правило: сместив ось координат относительно центра симметрии получившейся устойчивой фигуры (рис. 20, а, б), подсчитать число точек пересечения или касания Nг и Nв осциллограммы с горизонтальной и вертикальной линиями соответственно. Тогда частоту Fx можно найти по установленной частоте Fг эталонного генератора: Fx = NгFг/Nв.

Потренируйтесь самостоятельно в определении частоты испытываемого или эталонного генератора по фигурам Лиссажу.

Рис. 20

Как проверить усилитель ЗЧ

Освоив работу генератора, можно перейти к проверке с его помощью усилителя 3Ч. Процедуру проверки удобнее рассмотреть на примере двух усилителей — трансформаторного и бестрансформаторного. Мы это сделаем, воспользовавшись несложными усилителями, которые вы сможете собрать на макетной плате.

Схема трансформаторного усилителя, выполненного на четырех маломощных транзисторах, приведена на рис. 21. При своей относительной простоте усилитель развивает выходную мощность около 200 мВт и рассчитан на работу с пьезоэлектрическим звукоснимателем электропроигрывающего устройства (ЭПУ).

Несколько слов о самом усилителе. Он трехкаскадный. Первый каскад — усилитель напряжения — выполнен на транзисторе VT1. Входной сигнал на базу транзистора поступает через делитель напряжения R1R2, необходимый для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала (в данном случае звукоснимателя) с малым входным сопротивлением каскада. Далее следует второй каскад — фазоинверсный, выполненный на транзисторе VT2. Его нагрузкой является согласующий трансформатор Т1, вторичная обмотка которого подключена к двухтактному выходному каскаду — он собран на транзисторах VT3 и VT4.

Каждая половина вторичной обмотки «работает» на свой выходной транзистор.

В свою очередь, каждый выходной транзистор открывается лишь при отрицательной полуволне напряжения синусоидальных колебаний 3Ч, поступающих на базу транзистора. Благодаря соединению средней точки вторичной обмотки с общим проводом (иначе говоря, с эмиттерами транзисторов), один транзистор открывается во время положительного полупериода входного сигнала, а второй — во время отрицательного. Иначе говоря, каждый транзистор открывается через такт. Так же протекает ток через половинки первичной обмотки выходного трансформатора Т2. В итоге на первичной обмотке «стыкуются» полу периоды колебаний обоих тактов (отсюда и название каскада — двухтактный) и появляются полные синусоидальные колебания. Через вторичную обмотку они поступают на нагрузку усилителя — динамическую головку ВЛ1.

Все транзисторы могут быть серий МП39—МП42 с возможно большим коэффициентом передачи тока. Трансформаторы — готовые, от малогабаритных приемников: Т1 — согласующий, Т2 — выходной. Динамическая головка — мощностью до 3 Вт со звуковой катушкой сопротивлением постоянному току 6…8 Ом. Питать усилитель можно от любого источника — двух последовательно соединенных батарей 3336 либо выпрямителя с малыми пульсациями напряжения.

Чтобы проверить работу усилителя, нужно подать на его вход электрические колебания от собранного ранее генератора 34 и «просмотреть» с помощью осциллографа форму колебаний на выходе усилителя. Правда, чувствительность усилителя такова, что даже минимальная амплитуда колебаний, которую удастся установить регулятором «Амплитуда» генератора, окажется чрезмерной и усилитель перегрузится (колебания исказятся). Поэтому к генератору нужно добавить делитель напряжения (рис. 22), способный уменьшить сигнал почти в 10 раз.

Рис. 22

Подключив параллельно резистору R2 делителя осциллограф, установите регулятором «Амплитуда» генератора размах колебаний примерно 0,1 В. Осциллограф должен работать в автоматическом режиме (кнопка 7 «АВТ.-ЖДУЩ.» отпущена) с внутренней синхронизацией (кнопка 9 отпущена). Когда переключателями 1 и 2 делителей канала Y удастся добиться достаточной высоты изображения (не менее одного деления шкалы) и почти засинхронизировать ручками синхронизации 8 и длины развертки 11, можно включить ждущий режим (нажать кнопку 7) и добиться устойчивого изображения. А затем проконтролировать частоту генератора и, если это необходимо, установить ее равной 1 кГц.

Все готово к проверке усилителя. Подайте сигнал с делителя на вход усилителя (рис. 23), а к выходу (к выводам вторичной обмотки трансформатора Т2) подключите вместо динамической головки эквивалент нагрузки — резистор сопротивлением 6 Ом мощностью не менее 0,5 Вт. Такой резистор можно составить из нескольких параллельно соединенных резисторов МЛТ, например, из четырех резисторов МЛТ-0,25 сопротивлением по 24 Ом. К эквиваленту нагрузки и подключают щупы осциллографа (входной — к верхнему, по схеме, выводу, «земляной» — к нижнему, т. е. общему проводу усилителя).

Рис. 23

На экране осциллографа появятся синусоидальные колебания (рис. 24, а), размах которых можно изменять переменным резистором R2 усилителя и регулятором амплитуды генератора 3Ч. При этом может наступить момент, когда колебания ограничатся (рис. 24, б) — вершины полуволн станут плоскими.

Поставив регулятор громкости в положение максимального усиления, установите такой входной сигнал, при котором выходной будет равен, скажем, 1 В (имеется в виду размах колебаний). Проверьте, нет ли на изображении «ступеньки» — наиболее распространенного вида искажений в двухтактных усилителях.

Если «ступенька» есть (рис. 24, в), включите вместо R7 два последовательно соединенных резистора — постоянный сопротивлением 1 кОм и переменный сопротивлением 10 или 15 кОм. Перемещением движка переменного резистора добейтесь ровной линии на подъемах и скатах синусоид в местах «стыковки» полуволн.

Для более эффективной проверки временно замыкайте резистор R8 — на изображении будет появляться ярко выраженная «ступенька». Движок добавочного переменного резистора оставьте в таком положении, при котором размах колебаний будет наибольшим, а искажения станут незаметными.

Вот теперь можно измерить один из важных параметров усилителя — его выходную мощность. Для этого движок переменного резистора R2 усилителя ставят в верхнее, по схеме, положение (наибольшее усиление), а с генератора подают такой сигнал, при котором размах колебаний на экране осциллографа максимален, но искажений вершин полуволн еще нет. Измерив по шкале осциллографа размах колебаний, переводят полученный результат в действующее значение напряжения (делят на 2,82), возводят действующее значение в квадрат и делят на сопротивление эквивалента нагрузки.

К примеру, размах колебаний составил 3,2 В. Тогда действующее значение переменного напряжения составляет 3,2:2,82 = 1,13 В, а выходная мощность усилителя — 1,13/6 = 0,21 Вт (210 мВт).

Измерив осциллографом входной сигнал (между верхним, по схеме, выводом резистора R1 и общим проводом), определяют чувствительность усилителя.

Выходная мощность усилителя зависит от сопротивления нагрузки, в чем нетрудно убедиться. Измените сопротивление эквивалента нагрузки с 6 на 10 Ом размах колебаний на нем возрастет до 3,6 В. Но, как нетрудно подсчитать, выходная мощность усилителя становится равной 0,16 Вт (160 мВт).

Осциллограф поможет убедиться, что ограничение максимальной амплитуды сигнала происходит именно в выходном каскаде, а не в фазоинверсном. Для этого достаточно добиться ограничения выходного сигнала (рис. 24, б) увеличением входного и переключить входной щуп осциллографа на вывод коллектора транзистора VT2, т. е. на нагрузку фазоинверсного каскада. Здесь сигнал, как правило, имеет больший размах по сравнению с выходным, но полуволны синусоидальных колебаний не ограничены.

Увеличивая амплитуду входного сигнала усилителя, добейтесь ограничения полуволн сверху или снизу, а затем попробуйте изменять сопротивление резистора R5 (например, заменив его цепочкой из последовательно соединенных постоянного резистора сопротивлением 10 кОм и переменного сопротивлением 220 или 330 кОм). При повороте движка переменного резистора можно наблюдать, как будут ограничиваться либо положительные полуволны (рис. 25. а), либо отрицательные (рис. 25, б), либо и те и другие (рис. 25, в). Правильным считается такое положение движка резистора, при котором наблюдается одинаковое ограничение обоих полуволн, как на рис. 25, в. При этом наложении движка следует измерить получившееся сопротивление цепочки резисторов и впаять на место резистора R5 резистор такого сопротивления.

Что касается проверки диапазона воспроизводимых усилителем частот, то в этом случае можно установить такой сигнал на входе усилителя, при котором выходная мощность составит примерно 0.25 от номинальной, измеренной ранее.

Частоту входного сигнала можно оставить прежней — 1 кГц, а после определения с помощью осциллографа амплитуды выходного сигнала изменять частоту входного сигнала регулятором «Частота» генератора. Здесь, конечно, желательно использовать образцовый генератор с более широким пределом изменения частоты, например 20…20 000 Гц. Выходной сигнал генератора при перестройке частоты должен поддерживаться неизменным. Тогда удастся для ряда частот определить амплитуду выходного сигнала и построить характеристику, примерный вид которой для данного усилителя может быть таким, как показано на рис. 26.

С помощью осциллографа ОМЛ-2М можно наблюдать фазовый сдвиг выходного сигнала по отношению к входному, т. е. задержку сигнала во времени при прохождении его через усилитель, а также замечать даже незначительные искажения сигнала, не всегда видимые на изображении синусоидальных колебаний, снимаемых с эквивалента нагрузки. При такой проверке на вертикальный вход осциллографа подают входной сигнал усилителя (рис. 27), а на горизонтальный (как при «просмотре» фигур Лиссажу) — выходной. Как вы знаете, при подаче сигнала одинаковой частоты на указанные входы осциллографа на его экране должна появиться наклонная прямая линия.

Но в данном случае вы увидите эллипс (рис. 28, а), свидетельствующий о фазовом сдвиге сигнала в усилителе.

Чем шире эллипс, тем больше сдвиг А если эллипс искажен, значит в усилителе есть и амплитудные искажения, при которых положительные и отрицательные полуволны синусоидальных колебаний усиливаются неодинаково. «Увидеть» такие искажения можно, начав подбирать режим работы выходных транзисторов ранее включенным переменным резистором в цепи базы. Тогда при перемещении движка резистора из одного крайнего положения в другое можно наблюдать самые разнообразные искажения формы эллипса (рис. 28, б). Правильно установленным режимом можно считать такой, при котором эллипс наименее искажен.

Прежде чем продолжить разговор о проверке усилителя 3Ч, несколько слов о децибеле — единице измерения, с которой вы, возможно, встретились впервые.

Входные и выходные сигналы усилителей, измеряемые в единицах напряжения, могут изменяться в десятки, сотни и тысячи раз. При таких соотношениях передать на рисунке характер изменения сигнала трудно — характеристика будет плохо «читаться». Другое дело, если подобные соотношения «сжать» так, чтобы были различимы и малые и большие изменения на одном чертеже. Такое «сжатие» получается при пользовании децибелом — единицей логарифмического соотношения между уровнями сигналов. Обозначается единица буквами дБ.

Так, 1 дБ соответствует отношению уровней сигналов 1,12, 5 дБ — 1,78, 10 дБ — 3,16, 20 дБ — 10, 40 дБ — 100. 60 дБ — 1000 и т. д.

Нетрудно заметить, что новая единица позволит «увидеть» на характеристике как незначительные, так и существенные изменения сигнала. А чтобы вы могли взять на вооружение эту единицу в дальнейшем, приводим таблицу децибел и соответствия им отношений токов, напряжений и мощностей. Не беда, если, скажем, на практике понадобится определить отношение напряжений, соответствующее 35 дБ, а в таблице такого значения нет. Поскольку 35 дБ = 30 + 5 дБ, берете из таблицы соответствующие им числа и перемножаете их.

Если же вы знакомы с логарифмическими вычислениями, то можете самостоятельно переводить любые значения отношений электрических параметров в децибелы, зная, что число децибелов равно двадцати десятичным логарифмам отношений токов или напряжений либо десяти таким же логарифмам отношений мощностей.

Кстати, значения частот на характеристике усилителя также даны в логарифмическом масштабе, позволяющем получить более компактное изображение.

А теперь вернемся к нашей теме и проверим усилитель мощности двухтактного бестрансформаторного усилителя 3Ч (рис. 29). Он выполнен на транзисторах разной структуры, а на входе установлен высокочастотный транзистор (VT1), выбранный из условия получения наибольшей чувствительности усилителя и наименьших собственных шумов. На транзисторах VT2, VT3 выполнен фазоинверсный каскад, а на VT4, VT5 — выходной. Через резистор R1 осуществляется отрицательная обратная связь по постоянному напряжению между выходом и входом усилителя. Она нужна для поддержания постоянным напряжения на коллекторе транзистора VT5, составляющего половину напряжения питания усилителя. Для предотвращения искажений типа «ступенька» между базами транзисторов VT2 и VT3 фазоинверсного каскада включен диод, благодаря чему на базах образуется напряжение смещения.

Как и предыдущий усилитель, этот подключаем к делителю напряжения на выходе генератора 3Ч (см. рис. 23), а выход усилителя нагружаем (вместо динамической головки ВЛ1) на эквивалент — резистор сопротивлением 6 Ом и мощностью не менее 2 Вт. Измеряем максимальный размах неискаженных синусоидальных колебаний на эквиваленте нагрузки при изменении уровня входного сигнала. Получается около 5 В. Значит, выходная мощность усилителя достигает почти 0,53 Вт. На эквиваленте же нагрузки сопротивлением 10 Ом размах колебаний составит примерно 6 В, что соответствует выходной мощности 0,45 Вт. Входной сигнал в обоих случаях получился равным 0,1 В — такова чувствительность усилителя.

А теперь подключите входной щуп осциллографа ко входу усилителя, а гнездо горизонтального входа соедините с эквивалентом нагрузки (рис. 30) — вы сможете проверить наличие амплитудных искажений, как делали с предыдущим усилителем.

Правда, выходной сигнал этого усилителя значительно возрос, поэтому в цепь проводника от гнезда горизонтального входа придется включить переменный резистор Rх сопротивлением 68 или 100 кОм и подобрать им такой сигнал на горизонтальном входе осциллографа, чтобы длина линий по горизонтали и вертикали была одинаковая. Тогда на экране появится прямая наклонная линия (рис. 31, а). Увеличивая входной сигнал усилителя, сможете наблюдать, как линия начнет «прогибаться» (рис. 31, б), а вскоре на одном конце ее появится загиб (рис. 31, в).

Если переключить входной щуп осциллографа на резистор нагрузки и включить внутреннюю развертку (отпустить кнопку «РАЗВ.-ВХ.Х» (10), увидите искаженный сигнал (рис. 31, г). Уменьшением входного сигнала добейтесь неискаженного изображения, а затем вновь переключите осциллограф в режим проверки амплитудных искажений — на экране увидите прямую линию (рис. 31, а).

По этой линии вообще нетрудно увидеть начало искажений при увеличении входного сигнала и более точно определить максимальный неискаженный выходной сигнал, а затем подсчитать по нему выходную мощность усилителя.

Чтобы увидеть «работу» диода по устранению искажений «ступенька», подключите входной щуп осциллографа к эквиваленту нагрузки и изменением амплитуды входного сигнала установите размах выходного 0,5…1 В. Если теперь замкнуть выводы диода, появится «ступенька» (см. рис. 24, в).

А как влияет на выходной сигнал напряжение на средней точке выходного каскада? Проверить это сможете самостоятельно, заменив резистор R1 двумя последовательно соединенными резисторами — переменным сопротивлением 330 или 470 кОм и постоянным сопротивлением 47…68 кОм. Устанавливая переменным резистором различные напряжения на средней точке, определяйте каждый раз неискаженную выходную мощность усилителя, а также замечайте, какие полупериоды сигнала начинают ограничиваться раньше — положительные или отрицательные. Эти наблюдения позволят вам сделать практические выводы о влиянии напряжения средней точки на параметры усилителя.

И еще одно испытание полезно провести с бестрансформаторным усилителем — подать на него большее питающее напряжение, например 12 В. При нагрузке 6 Ом неискаженный выходной сигнал достигнет амплитуды 3,2 В (размах на экране осциллографа 9 В), что соответствует выходной мощности почти 1,7 Вт (против 0,5 Вт при питании напряжением 9 В).

На этом проверку усилителя закончим, отключим от нею питание и выключим осциллограф.

Радиочастота и модуляция

Следующий этап освоении осциллографа — наблюдение немодулированных и модулированных колебаний радиочастоты (РЧ) и определение глубины (коэффициента) модуляции. Дли этих целей соберем простейший генератор на одном транзисторе (рис. 32), вырабатывающий колебания РЧ, в нашем случае — диапазона средних волн (СВ).

Сначала о самом генераторе. Чтобы получить радиочастотные колебания, в генераторе применен колебательный контур, составленный из катушки индуктивности L1 и конденсаторов С2 и С3. Подстроечным конденсатором С3 и ферритовым подстроечником катушки устанавливают точнее одну из границ диапазона частот, перекрываемого контуром, а конденсатором переменной емкости С2 плавно изменяют резонансную частоту контура.

С катушкой L1 связана индуктивно катушка L2, включенная в эмиттерную цепь транзистора. Причем начало катушки L1 подключено (через конденсатор С1) к выводу базы транзистора, а начало катушки L2 — к выводу эмиттера. В результате между базой и эмиттером образуется положительная обратная связь и каскад, собранный на транзисторе VT1, возбуждается, появляются колебания РЧ. Они выделяются как на резисторе нагрузки R2, так и на катушке L2, а значит, и на переменном резисторе R3. С движка этого резистора колебания РЧ подаются через развязывающий конденсатор С4 на зажим ХТ3.

Питание на каскад можно подать от батареи «Крона» или от другого источника постоянного тока напряжением 9 В. Но лучше сразу подключить генератор РЧ к зажимам ранее изготовленного генератора 3Ч и установить движок переменного резистора R7 последнего в верхнее, по схеме, положение. Тогда между зажимами ХТ1 и ХТ2 будет постоянное напряжение 9 В.

Для постройки генератора РЧ понадобятся, прежде всего, катушки L1 и L2, намотанные на общем каркасе. Подойдет готовый контур гетеродина диапазона СВ от малогабаритного транзисторного радиоприемника «Селга» (для этого контура и приведена на схеме нумерация выводов катушек). Он представляет собой четырехсекционный каркас высотой 22 мм и размерами основания 11х11 мм. Внутри каркаса помещен подстроечник диаметром 2,8 и длиной 12 мм из феррита 600НН.

Во всех секциях равномерно размещены витки катушки L1 — по 32 витка провода ПЭВ-2 0,09 в каждой, а в верхней (от основании) секции размещена еще и катушка L2 — 10 витков провода ПЭВ-2 0,1.

Подойдет другой контур гетеродина диапазона СВ с катушкой L1 индуктивностью 150…220 мкГ и с катушкой L2, содержащей практически любое число витков. В крайнем случае подберите подходящий каркас (с тремя или четырьмя секциями) и намотайте на нем катушки по вышеуказанным данным.

Транзистор может быть любой из серии KT315, но с коэффициентом передачи тока не менее 50. Постоянные резисторы — МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25. переменный — СП-I или другой, сопротивлением 470 Ом, 1 кОм, 2,2 кОм. Конденсатор переменной емкости — КП-180, но подойдет любой другой малогабаритный с максимальной емкостью до 500 пФ. Подстроечный конденсатор — КПК-М, КПК-1, остальные конденсаторы — любые, например, КТ, КМ, КЛС.

Часть деталей генератора (постоянные резисторы, конденсаторы С1, С3, катушки индуктивности и транзистор) можно смонтировать на макетной панели или на небольшой плате из изоляционного материала. Монтаж может быть как навесной, так и печатный. Внешне макет генератора РЧ выглядит аналогично генератору 3Ч (рис. 33). На лицевой панели макета укрепляют конденсатор переменной емкости, переменный резистор и зажимы ХТ3, XT4. Проводники питания, подключаемые к зажимам генератора 3Ч, — отрезки монтажного провода в изоляции.

Наступило время включить генератор и проконтролировать его колебания с помощью осциллографа. Входной щуп осциллографа подключите к зажиму ХТ3, а «земляной» — к зажиму ХТ4. Движок резистора R3 генератора установите в верхнее, по схеме, положение. Осциллограф работает в автоматическом режиме (кнопка 7 «АВТ. — ЖДУЩ» отжата) с внутренней синхронизацией (кнопка 9 «ВНУТР. — ВНЕШН.» отжата), с закрытым входом (кнопка 13 нажата). Переключателями делителей 1 и 2 установите чувствительность осциллографа 0,2 В/дел., а переключателями 3–6 — длительность 0,5 мкс/дел.

Сразу же после подачи напряжения питания генератора на экране осциллографа должны появиться синусоидальные колебания (рис. 34, а) либо яркая «дорожка» (рис. 34, б) — все зависит от положения ротора конденсатора переменной емкости, а значит, от частоты колебаний генератора РЧ. В любом случае по масштабной сетке определите размах колебаний — он может быть равен, например, 0,8 В.

Если же колебаний нет вообще, проверьте напряжение на коллекторе транзистора (вы уже умеете делать это с помощью осциллографа, работающего с открытым входом — при отжатой кнопке 13) — оно должно быть в пределах 3…5 В, а затем поменяйте местами выводы одной из катушек индуктивности. При правильной фазировке — подключении начал обмоток к указанным на схеме цепям — колебания должны появиться.

Может случиться, что фазировка правильная, а напряжение на коллекторе не соответствует указанному, из-за чего нет генерации. Тогда включите вместо резистора R1 два последовательно соединенных резистора — постоянный сопротивлением 50…100 кОм и переменный сопротивлением 680 кОм или 1 МОм. Изменением сопротивления переменного резистора добейтесь устойчивой генерации колебаний во всем диапазоне частот — при повороте ротора конденсатора переменной емкости из одного крайнего положения в другое, а затем измерьте получившееся общее сопротивление цепи и впаяйте на место R1 резистор такого же сопротивления.

Итак, колебания наблюдаются. Включите ждущий режим (нажмите кнопку 1) и установите ручками 8 и 11 (соответственно синхронизации и длины линии развертки) на экране несколько колебаний синусоидальной формы. Если вершины полупериодов колебаний искажены (ограничены), значит чрезмерна обратная связь между эмиттерной и базовой цепями каскада. Уменьшить ее можно более точным подбором числа витков катушки L2, уменьшением емкости или шунтированием выводов катушки L2 резистором сопротивлением 2200…100 Ом.

В любом варианте обратную связь подбирают такой, чтобы неискаженная форма и устойчивость колебаний сохранялись при повороте ротора конденсатора С2 из одного крайнего положения в другое.

Далее установите ротор конденсатора в положение минимальной емкости, измерьте по осциллографу частоту колебаний (т. е. измерьте длительность одного колебания, а затем переведите ее в значение частоты) и установите ее равной примерно 1,5 МГц (длительность одного колебания около 0,6 мкс) подстроечником катушки и подстроенным конденсатором С3. Рассматривать и измерить такой сигнал удобно при установке переключателей диапазонов частот в положение, соответствующее длительности 0,2 мкс/дел., а переключателя режима развертки — в положение «ЖДУЩ.» (кнопка 7 нажата).

Переведя затем ротор конденсатора С2 в положение максимальной емкости, измерьте получившуюся наименьшую частоту диапазона. Вы увидите, что с конденсатором указанной емкости (180 пФ) частота составляет примерно 750 кГц.

Иначе говоря, общее перекрытие по частоте равно 1500…750 кГц, что соответствует длинам волн 200…400 м. Диапазон же СВ несколько шире — от 187 м до 570 м. При желании расширить диапазон генератора в сторону более длинных волн, достаточно установить вместо КП-180 конденсатор переменной емкости с большей максимальной емкостью. Но делать это на данном этапе не следует, поскольку наш генератор — экспериментальный, необходимый для решения вполне определенной задачи.

Следующим этапом может быть градуировка шкалы конденсатора переменной емкости в единицах частоты, а шкалы переменного резистора в единицах амплитуды колебаний. С этим вы справитесь самостоятельно, пользуясь советами по градуировке аналогичных шкал генератора 3Ч.

Настала очередь промодулировать по амплитуде сигнал генератора РЧ колебаниями 3Ч, иначе говоря, получить своеобразный радиосигнал, аналогичный излучаемому в эфир радиовещательными станциями. Осциллограф (он по-прежнему подключен к зажимам ХТ3 и ХТ4) переведите в автоматический режим работы с внутренней синхронизацией и установите длительность развертки 0,5 мс/дел. На экране вновь появится яркая «дорожка» — полоса (рис. 35, а) с размахом около 0,8 В.

На генераторе 3Ч (его частота может быть любой) плавно перемещайте движок переменного резистора R7 «Амплитуда» из крайнего верхнего, по схеме, положения в нижнее. Линии полосы начнут изгибаться. Ручками синхронизации и длины развертки постарайтесь «остановить» изображение, и вы увидите, что линии приняли очертания синусоидальных колебаний (рис. 35, б), частота которых соответствует частоте сигнала генератора 3Ч.

Рис. 35

Правда, синхронизировать такой сигнал затруднительно даже в режиме ждущей развертки, поскольку наблюдаете сложный сигнал, состоящий из колебаний звуковой и радиочастоты. Вот здесь и придет на помощь режим внешней синхронизации от одного из генераторов, в данном случае от генератора 3Ч.

Гнездо входа канала X соедините проводником с выводом коллектора транзистора VT2 генератора 3Ч (рис. 36) — в этой точке амплитуда сигнала наибольшая.

Рис. 36

Осциллограф переключите в режим ждущей развертки с внешней синхронизацией (нажмите кнопки «АВТ.-ЖДУЩ.» и «ВНУТР. ВНЕШН.»). Вот теперь удастся соответствующими ручками «остановить» изображение модулированных но амплитуде колебаний РЧ.

Модуляция происходит из-за того, что питание на генератор РЧ теперь поступает через участок движок — верхний вывод переменного резистора R7 генератора 3Ч. Причем, чем ниже, по схеме, движок резистора, тем больше амплитуда падающего на указанном участке синусоидального напряжения, тем больше «изгиб» линий полосы на экране осциллографа. А значит, как говорят в технике, больше глубина (или коэффициент) модуляции.

Для подсчета глубины модуляции пользуются формулой

где m — глубина модуляции, %; а и в — соответственно наибольший и наименьший размах изображения (или амплитуда колебаний), любые единицы измерения примеру, для показанного на рис. 35. б изображения глубина модуляции составит

Такова примерная глубина модуляции при максимальном выходном сигнале генератора 3Ч — она соответствует общепринятой глубине (30 %) модуляции, используемой в различных измерительных генераторах с внутренней амплитудной модуляцией. Такое значение принято и в радиовещании.

Чтобы получить более глубокую модуляцию, нужно увеличить амплитуду выходного сигнала генератора 3Ч. Наиболее просто это сделать увеличением обратной связи между его каскадами — уменьшением сопротивления подстроечного резистора R4 (см. рис. 14). На экране осциллографа увидите изображение, показанное на рис. 35. в, — пачки радиочастотных импульсов. Глубина модуляции в этом случае достигает 75 %.

После проведения этого эксперимента вновь отрегулируйте генератор 3Ч и добейтесь изображения, показанного на рис. 35, б. А затем проверьте еще один способ определения глубины модуляции — по «размытости» колебаний РЧ. Для этого нужно снять модуляцию (установить движок резистора R7 генератора 3Ч в верхнее положение) и установить длительность развертки такой, чтобы на экране осциллографа появились колебания РЧ (осциллограф может работать в режиме ждущей развертки с внутренней синхронизацией), а затем ввести модуляцию. Появится изображение, показанное на рис. 35. г. Измерив размах наибольшей и наименьшей размытостей изображения, подсчитайте по вышеприведенной формуле глубину модуляции

Радиоприем и детектирование

Итак, модулированные колебания РЧ получены. В таком виде они излучаются передающей радиостанцией Антенна же радиоприемника «улавливает» их и подводит к колебательному контуру. Если резонансная частота контура соответствует несущей частоте радиостанции, на контуре появится сигнал РЧ наибольшей амплитуды. Остается выделить из него модулирующий сигнал 3Ч, усилить его и подать на акустический преобразователь — головной телефон или динамическую головку.

Процесс выделения модулирующего сигнала — он называется детектированием — мы и пронаблюдаем с помощью осциллографа. Но вначале соберем колебательный контур L1C2 (рис 37). Для него понадобится отрезок стержня диаметром 8 и длиной 35 мм из феррита 600НН. Такой стержень можно осторожно (феррит хрупкий!) отломить от стержня большей длины, сделав предварительно круговой пропил в месте излома надфилем, напильником или ножовочным полотном. На стержень наматывают виток к витку катушку L1 — 100 витков провода ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,17…0,2 мм в расчете на работу в диапазоне СВ.

Еще понадобится конденсатор переменной емкости С2, который может быть, скажем, как и в генераторе РЧ, типа КП-180. Вместе с катушкой индуктивности конденсатор можно расположить на небольшой плате (рис. 38), на которой заранее укрепите монтажные шпильки — они одновременно будут служить контактами, к которым придется подключать осциллограф.

Рис. 37

Рис. 38

Контур подключите к генератору РЧ через конденсатор С1, а сам генератор соедините с другим генератором — 3Ч. В данном случае генератор РЧ будет выполнять роль «антенны», принимающей сигнал радиостанции. А чтобы «антенна» меньше влияла на настройку контура (ведь антенна обладает емкостью, тем большей, чем больше ее габариты), конденсатор связи C1 взят небольшой емкости.

Чтобы можно было наблюдать колебания РЧ на контуре, к нему подключен осциллограф, но также через конденсатор связи — С3. Емкость его может быть меньше по сравнению с указанной на схеме — до 10 пФ, но в этом случае амплитуда наблюдаемого на экране осциллографа сигнала также будет меньше. Если же подключить осциллограф непосредственно к контуру, размах изображения на экране резко возрастет, но входная емкость осциллографа (она равна 40 пФ) окажется подключенной параллельно контуру и изменит частоту его настройки — в этом вы убедитесь несколько позже.

Включив оба генератора (3Ч и РЧ), установите резистором R3 в генераторе РЧ наибольшую амплитуду выходного сигнала и выведите модуляцию — установите движок переменного резистора R7 в генераторе 3Ч в верхнее по схеме положение. Кнопками входного аттенюатора осциллографа установите такую чувствительность, чтобы на экране была видна яркая «дорожка» (немодулированные колебания РЧ). Осциллограф должен работать в автоматическом режиме с внутренней синхронизацией и длительностью развертки 1 мс/дел. или близкой к ней, а также с закрытым (но можно и с открытым) входом. Надеемся, что по этим указаниям вы сможете нажать нужные кнопки на осциллографе.

Возможно, размах «дорожки» будет небольшой (рис. 39, а), что свидетельствует о расстройке частоты контура по отношению к частоте генератора РЧ (его частоту установите равной, например, 1 МГц, что соответствует длительности одного колебания 1 мкс). Попробуйте медленно повернуть ротор конденсатора переменной емкости в одну или другую сторону. Размах колебаний может возрастать (рис. 39, б), что свидетельствует о приближении частоты контура к частоте генератора РЧ, а вскоре станет наибольшим (рис. 39, в). Если это произойдет примерно в среднем положении ротора, все в порядке. В противном случае постарайтесь уменьшением числа витков (при максимальной емкости конденсатора) или подключением параллельно С2 конденсатора небольшой (10…20 пФ) емкости (если емкость конденсатора С2 оказалась максимальной) «вывести» ротор в сторону среднего положения. Можно, конечно, попытаться добиться тех же результатов изменением частоты генератора РЧ.

Добившись максимального размаха «дорожки» при нужном положении ротора конденсатора переменной емкости, установите длительность развертки 0,5 мкс/дел. и с помощью ручек синхронизации и длины развертки добейтесь на экране осциллографа изображения нескольких синусоидальных колебаний (рис. 39, г).

Рис. 39

Более устойчивое изображение получите, конечно, в ждущем режиме (при нажатой кнопке «АВТ.-ЖДУЩ.»). Измерьте размах колебаний и определите их частоту (известным вам способом — измерением длительности одного колебания и переводом полученного значения в частоту).

А теперь попробуйте подключить входной щуп осциллографа непосредственно к контуру, минуя конденсатор С3. В этом случае максимальный размах колебаний, а значит, резонансная частота контура, получится при другом положении ротора конденсатора переменной емкости. Может быть, даже придется установить ротор почти в крайнее положение— настолько сильно расстроится контур.

И, действительно, при входной емкости осциллографа 40 пФ общая емкость, подключенная параллельно катушке индуктивности, станет значительно больше первоначальной. В случае же подключения осциллографа через конденсатор С3 его влияние на контур ослабнет — ведь теперь параллельно контуру окажется подключенной емкость: Собщ= С3∙Сосц/(С3 + Сосц) = 17 пФ. Правда, немногим более чем вдвое упадет и уровень сигнала на входе осциллографа.

Указанным способом подключения осциллографа к резонансным цепям пользуйтесь всегда, когда нужно уменьшить влияние входной емкости осциллографа на резонансную частоту цепи. Чем меньше емкость конденсатора С3, тем слабее и влияние осциллографа на контролируемые цепи.

Не отключая входной щуп осциллографа от контактной точки ХТ5, подсоедините к контуру детекторную цепь (рис. 40) — диод VD1 и резистор нагрузки R1.

Размах колебаний упадет до 0,08 В (до подключения цепи он составлял 0,2 В) — рис. 41, а.

Переключите осциллограф в режим работы с открытым входом (кнопка переключателя 13 должна быть в отжатом положении), установите, если это понадобится, ручкой смешения луча по вертикали изображение так, чтобы центр его проходил точно по средней линии масштабной сетки (как на рис. 41, а). Затем переключите входной щуп осциллографа на контрольную точку ХТ7 («земляной» щуп должен постоянно находиться на точке ХТ6). На экране появится изображение, показанное на рис. 41, б. Нетрудно заметить, что диод VD1 в данном случае работает как выпрямительный, «отсекая» отрицательные полупериоды синусоидальных колебаний. Форма же оставшихся колебаний зависит от сопротивления резистора нагрузки детектора — можете убедиться в этом сами, подпаяв вместо постоянного переменный резистор сопротивлением 10 или 15 кОм и перемещая его движок из одного крайнего положения в другое.

Закончив эксперимент, вновь впаяйте резистор R1 и подключите параллельно ему конденсатор С4 емкостью 1000.. 10 000 пФ. На экране появится прямая линия (рис. 41, в), отстоящая на некотором расстоянии от линии развертки, — постоянное напряжение 0,02 В на выходе детектора. Все верно — детектор выполняет функции выпрямителя с фильтрующим конденсатором. При изменении входного сигнала РЧ (переменным резистором R3 в генераторе РЧ) линия будет «плавать» — подниматься вверх и опускаться вниз. Тот же эффект получится, если поворачивать вправо-влево ротор конденсатора переменной емкости нашего детекторного приемника, настраивая колебательный контур на резонансную частоту или расстраивая его. В момент точной настройки на резонансную частоту подъем линии развертки над средней линией масштабной сетки будет наибольшим, а значит, наибольшим будет и постоянное напряжение на выходе детектора.

Таким образом, осциллограф стал индикатором настройки детекторного приемника на частоту радиостанции. Аналогично работают электронные индикаторы настройки, входным сигналом которых служит постоянная составляющая на нагрузке детектора.

Установив максимальный выходной сигнал генератора РЧ, подключите входной щуп осциллографа (он по-прежнему должен работать с открытым входом) к точке ХТ5 и измените длительность развертки так, чтобы получилась «дорожка», аналогичная изображенной на рис. 39, в (она теперь будет со значительно меньшим размахом — 0,08 В). Введите резистором R7 в генераторе 3Ч модуляцию и, пользуясь соответствующим и кнопками длительности и режима развертки, а также ручками синхронизации, добейтесь показанной на рис. 42, а картины — модулированных колебаний РЧ. Частота модулирующего сигнала — около 1000 Гц (длительность одного колебания 1 мс). Лучшей устойчивости изображения удастся добиться при работе осциллографа в режиме внешней синхронизации от сигнала генератора 3Ч, как это делали ранее.

Переключите входной щуп осциллографа на точку ХТ7 — нижняя половина изображения пропадет (рис. 42, б), что свидетельствует о нормальной работе детектора. А теперь подключите параллельно резистору нагрузки конденсатор С4 — радиочастотная составляющая продетектированного сигнала замкнется через него и на экране останутся лишь синусоидальные колебания модулирующего сигнала 3Ч (рис. 42, в). Такой сигнал можно подавать на головной телефон (он должен быть высокоомный, например ТОН-2) или на усилитель 3Ч.

Вы, наверное, заметили, что катушка колебательного контура выполнена на сердечнике с высокой магнитной проницаемостью? По сути дела, это малогабаритная магнитная антенна, аналогичная используемой в переносных транзисторных радиоприемниках. Испытайте ее действие.

Отпаяв конденсатор С1 и проводник, соединяющий колебательный контур с зажимом ХТ4 генератора РЧ, подключите к точкам ХТ5 и ХТ6 входные щупы осциллографа и поднесите катушку (конечно, вместе с платой) возможно ближе к катушке генератора РЧ. На экране осциллографа появятся модулированные колебания (рис. 42, а), размах которых будет зависеть от расстояния между катушками и от ориентации «магнитной антенны» (точнее — ферритового стержня, воспринимающего магнитную составляющую электромагнитного поля) относительно контура генератора

В итоге получился простейший радиоприемник. Подключив к нему (вместо резистора R1) головной телефон ТОН-1 или ТОН-2, можете послушать сигнал частотой 1000 Гц, выделяемый детектором из радиосигнала. Громкость звука можно изменять конденсатором переменной емкости приемника, переменным резистором выходного сигнала генератора РЧ, ориентацией приемника в пространстве, а тональность- переменным резистором «Частота» генератора 3Ч.

Проверяем рефлексный приемник

Это, пожалуй, наиболее популярная конструкция среди начинающих радиолюбителей. Подкупает такой приемник своей простотой, небольшим ассортиментом деталей и сравнительно высокой чувствительностью. Хотя потребляет он от источника питания немного энергии, громкость звучания малогабаритного головного телефона достаточна, чтобы прослушивать, скажем, радиостанцию «Маяк» на расстоянии сотен километров от передающей антенны.

По сравнению с приемником прямого усиления рефлексный обладает, к сожалению, недостатком — он сложен в налаживании, более склонен к самовозбуждению. И нередко начинающий конструктор остается в унынии, так и не добившись от приемника желаемых результатов. Вот почему разговор пойдет о проверке и налаживании рефлексного приемника с помощью осциллографа и изготовленных ранее генераторов 3Ч и РЧ.

Но сначала о самом приемнике. Лучше всего воспользоваться конструкцией, разработанной в кружке физико-технического творчества Ишеевской средней школы под руководством П. П. Головина. Схема приемника приведена на рис. 43. На ней буквами обозначены контрольные точки, в которых будем просматривать с помощью осциллографа сигналы и проверять режимы работы транзисторов.

Рис. 43

Колебательный контур магнитной антенны WA1, составленный из катушки индуктивности L1 и конденсаторов С1, С2, настроен на несущую частоту принимаемой радиостанции. Через катушку связи L2 сигнал поступает на усилитель РЧ собранный на транзисторах VT1 и VT2. Нагрузкой усилителя для колебаний РЧ служит катушка L3 радиочастотного трансформатора. С ней индуктивно связана катушка L4, с которой колебания подаются на детектор, выполненный на диоде VD1. На нагрузке детектора (резистор R5) выделяется сигнал 3Ч, конденсатор С7 фильтрует радиочастотную составляющую продетектированных колебаний.

Через цепь R4C4 сигнал 3Ч поступает на тот же усилитель из двух транзисторов, но теперь нагрузкой его для таких сигналов будет головной телефон BF1 из него и слышна радиопередача.

Чтобы принимать радиостанцию «Маяк», длина волны которой равна 547 м (частота — около 548 кГц), катушка L1 должна содержать 75 витков, a L2 — 8 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,15 мм, намотанных на отрезке стержня диаметром 8 и длиной 50 мм из феррита 400НН. Предварительно на стержень надевают бумажный каркас длиной 40 мм. На одном из концов каркаса наматывают виток к витку катушку связи, а на оставшейся поверхности размещают контурную катушку. Катушки радиочастотного трансформатора наматывают на кольце типоразмера К7х4х2 из феррита 400НН (можно 600HH); L3 содержит 65 витков, a L4 — 170 витков провода ПЭВ-1 0,1, намотанных равномерно по всей длине кольца. Конденсатор CI подбирают в процессе налаживания приемника такой емкости, чтобы приемник оказался настроенным точно на частоту радиостанции при среднем положении ротора подстроечного конденсатора С2.

Предварительно детали приемника собирают на макетной панели, чтобы проверить и подобрать (если это понадобится) режимы работы транзисторов, настроить колебательный контур магнитной антенны, определить правильность подключения выводов катушек L3, L4. Так же поступите и вы, тем более, что наша цель — не столько собрать готовую конструкцию, сколько познакомиться с происходящими в приемнике процессами и научиться управлять ими.

Входную цепь приемника немного измените (рис. 44) — используйте вместо подстроечного конденсатора переменный (например, КП-180) и временно установите конденсатор С1 емкостью 200 пФ. Подсоедините щупы осциллографа к выводам катушки связи L2, а колебательный контур подключите через конденсатор Cсв к зажиму ХТ3 генератора РЧ (зажим ХТ4 можно с контуром не соединять).

Рис. 44

Генератор РЧ придется также немного перестроить — ведь он перекрывал частоты 750…1500 кГц (длины волн 400…200 м), более высокие по сравнению с необходимыми для нашего случая. Поэтому параллельно конденсатору переменной емкости генератора (С2 на рис 32) подключите постоянный конденсатор емкостью 300 пФ и генератор будет перекрывать частоты 500…680 кГц (600.. 440 м).

Но сразу устанавливать частоту генератора равной частоте выбранной радиостанции не следует, поскольку при проверке и налаживании приемника будут помехи от сигналов радиостанции. Поэтому лучше установить более высокую либо более низкую частоту, скажем, 660 кГц (длина волны 450 м, длительность одного колебания 1,5 мкс). Кроме того, колебания генератора должны быть немодулированы (ручка «Амплитуда» на генераторе 3Ч выведена), а их амплитуда максимальна.

Теперь все готово к настройке контура магнитной антенны. Питание приемника в этом случае включать не нужно. На осциллографе устанавливают максимальную чувствительность, автоматический режим работы генератора развертки, внутреннюю синхронизацию, открытый или закрытый вход. Плавным вращением ротора конденсатора переменной емкости приемника добиваются максимального размаха колебаний (наибольшей высоты «дорожки») на экране осциллографа, как это делали при проверке работы детекторного приемника. Если это получается лишь в крайнем положении ротора, изменяют соответственно емкость конденсатора С1 (ее уменьшают, если ротор находится в положении минимальной емкости, и наоборот).

Затем генераторы 3Ч и РЧ можно временно выключить, подать на приемник питание и проверить режимы работы транзисторов в контрольных точках. «Земляной» щуп осциллографа остается в этом случае подключенным к общему проводу приемника (минус источника питания), как показано на рис. 44.

Осциллограф по-прежнему работает в автоматическом режиме с открытым входом, его линию развертки смещают на нижнее деление шкалы (рис. 45) и устанавливают кнопками входного аттенюатора чувствительность 0,2 В/дел.

Далее касаются входным щупом осциллографа вывода базы транзистора VT1 (контрольная точка б). По отклонению линии развертки (рис. 45, б) определяют напряжение смещения на базе. Затем касаются вывода коллектора (точка в) транзистора и определяют напряжение на нем (рис. 45, в). Зная напряжение питания (1,5 В), напряжение на коллекторе и сопротивление резистора нагрузки R2, нетрудно подсчитать по закону Ома коллекторный ток транзистора (током базы, также протекающим через резистор R2, можно пренебречь — он весьма мал). В данном случае он составит около 0,25 мА, что допустимо для первого каскада, усиливающего сравнительно слабые сигналы.

Подобные измерения проводят и для второго транзистора, измеряя напряжения на его базе (точка г) и коллекторе (точка д). Правда, в последнем случае чувствительность осциллографа придется установить 0,5 В/дел. Но подсчитать по результатам измерений коллекторный ток транзистора не удастся, поскольку разница напряжений источника питания и на коллекторе транзистора на осциллографе практически незаметна. В подобных случаях измеряют падение напряжения непосредственно на нагрузке. В нашем варианте «земляной» щуп осциллографа следует подключить к выводу коллектора транзистора VT2 (точка д), а входной щуп — к плюсовому выводу источника питания. Установив соответствующую чувствительность осциллографа, удастся определить падение напряжения на нагрузке — головном телефоне BF1 (катушку L3 можно не учитывать из-за ее малого омического сопротивления). Оно составит примерно 0,1 В. Поскольку сопротивление телефона ТМ-2А равно 130 Ом, коллекторный ток транзистора составит 0,1 В: 130 Ом ~= 0,77 мА, что также приемлемо для данного каскада.

Вы, конечно, заметили, что при переключении чувствительности осциллографа, работающего с открытым входом и подключенного к исследуемой цепи с постоянным напряжением, приходится отключать входной щуп и устанавливать линию развертки на условный «нуль» отсчета. Чтобы упростить эту операцию, временно «закройте» вход осциллографа, установите нужную чувствительность, сместите линию развертки на нужную точку отсчета и только после этого «откройте» вход. Эта «маленькая хитрость» избавит вас от необходимости отключать входной щуп.

Настало время проконтролировать прохождение сигнала РЧ через каскады приемника и его детектирование. Но сначала нужно разомкнуть цепь сигнала 3Ч в точке соединения конденсатора С4 с резистором R4 (помечено на схеме крестиком). На колебательный контур магнитной антенны вновь подают немодулированный сигнал РЧ, а входной щуп осциллографа подключают к катушке связи (точка а). Измеряют размах колебаний на резонансной частоте контура. Предположим, что он равен 0,036 В. т. е. 36 мВ (рис. 46, а).

Такой же сигнал должен просматриваться и в точке б (на базе транзистора VT1). А вот на коллекторе транзистора VT1 (точка в) должен наблюдаться усиленный сигнал (рис. 46, в). Коэффициент усиления каскада нетрудно подсчитать делением размаха колебаний коллекторного сигнала на размах колебаний базового сигнала. Результат получится не очень большим (в данном случае около б), хотя сам транзистор обладает коэффициентом передачи и несколько десятков единиц.

Рис. 46

И, естественно, вы ожидаете такого же усиления сигнала.

Но дело в том, что нагрузкой каскада по переменному току является не столько резистор R2, сколько входная цепь последующего каскада, обладающая меньшим сопротивлением. Она и снижает усиление. Хотите в этом убедиться?

Отключите от коллекторной цепи транзистора VT1 конденсатор С5 — и размах колебаний в точке в резко возрастет, а значит, возрастет и коэффициент усиления каскада.

Восстановите соединение конденсатора С5 с коллекторной цепью и подключите входной щуп осциллографа к выводу базы (точка г) транзистора VT2 — изображение сигнала будет таким же, что и в точке в, что свидетельствует о передаче сигнала с каскада на каскад.

Далее подключите входной щуп осциллографа к выводу коллектора (точка д) транзистора VT2. Размах колебаний возрастет (рис. 46, д). Делением выходного сигнала на входной, как и в предыдущем случае, подсчитайте коэффициент усиления каскада. Здесь он несколько больше, поскольку каскад нагружен на большее сопротивление.

Переключив входной щуп на верхний по схеме вывод катушки L3 (точка е), увидите, что размах колебаний резко упал (рис. 46, е). Это естественно, поскольку они замыкаются на общий провод через конденсатор С6 и осциллограф контролирует лишь падение напряжения радиочастоты на этом конденсаторе. Правда, колебания в этой точке могут быть немного «размытыми» — это недостаток осциллографа, иногда возбуждающегося при работе на большой чувствительности (0,01 В/дел).

На катушке L4 (точка ж) размах колебаний будет примерно такой же (рис. 46, ж), что и на коллекторе транзистора VT2, т. е. на катушке L3 (ведь ее верхний по схеме вывод «заземлен» по радиочастоте через конденсатор С6). А на нагрузке детектора (точка и) никаких колебаний не будет (рис. 46, и), но зато появится постоянное напряжение (его удастся обнаружить лишь при открытом входе осциллографа) — результат работы детектора, как выпрямителя колебаний РЧ.

Вы, возможно, заметили, что форма колебаний в точке ж несколько изменилась по сравнению с точкой д и из синусоидальной стала превращаться в треугольную. К тому же размах колебаний почти не изменился, хотя числа витков катушек отличаются почти втрое (65 витков у L3 и 170 — у L4). В чем причина? — такой вопрос вполне может возникнуть у вас.

Давайте разберемся. Катушки L3 и L4 намотаны на сердечнике с высокой магнитной проницаемостью. Через катушку L3 протекает хотя и небольшой, но постоянный ток, создающий в сердечнике магнитный поток, несколько изменяющий магнитные свойства сердечника. В итоге сердечник быстрее входит в насыщение и при определенной амплитуде входного сигнала (на катушке L3) понижается коэффициент трансформации и искажается форма сигнала.

Проверить сказанное нетрудно, наблюдая на осциллографе сигнал в точке ж и уменьшая входной сигнал генератора РЧ. Размах колебаний будет плавно уменьшаться с одновременным улучшением формы их. При размахе примерно 1.5 В колебания станут синусоидальными.

Если теперь подключить входной щуп осциллографа к точке д, увидите, что размах колебаний здесь стал равным 0,5 В, т. е. коэффициент трансформации примерно соответствует соотношению витков катушек. Вот теперь можно сказать, что сердечник не насыщается и радиочастотный трансформатор работает нормально.

Правда, описанного режима в реальных условиях не будет, поскольку сигнал РЧ никогда не достигнет указанного значения. Мы его получили искусственно, чтобы удобнее было наблюдать изображение на экране осциллографа. Но если все же придется встретиться в дальнейшем с подобным явлением в аналогичных конструкциях, помните о его причине.

Теперь подайте на приемник прежний сигнал, подключите входной щуп осциллографа к коллектору транзистора VT2 (точка д) и введите модуляцию колебаний РЧ (переместите ручку «Амплитуда» генератора 3Ч в другое крайнее положение). На экране появится типичная картина модулированных колебаний (рис. 47, д).

Перенесите входной щуп в точку и — на резистор нагрузки детектора. Здесь уже будут только колебания 3Ч (рис. 47, и) да постоянная составляющая радиочастотных колебаний (чтобы увидеть такую картину, нужно использовать осциллограф с открытым входом при автоматическом режиме работы развертки).

Следует напомнить, что хотя по ходу нашего рассказа не было подробных указаний о переключении осциллографа из автоматического режима в ждущий, такие переключения приходится делать довольно часто. Это вы должны были усвоить раньше во время работы с осциллографом.

Вот теперь можно замкнуть цепь сигнала 3Ч (соединить выводы конденсатора С4 и резистора R4), значительно уменьшить выходной сигнал генератора РЧ и установить его таким, чтобы звук в телефоне прослушивался без искажений. Если при замыкании указанной цепи в телефоне сразу появится громкий свистящий звук, свидетельствующий о самовозбуждении приемника, нужно изменить полярность подключения выводов катушки L4 или L3.

Итак, приемник работоспособен, пора принять передачу выбранной радиостанции. Отключите от контура магнитной антенны генератор РЧ (и выключите его), подключите входной щуп осциллографа к коллектору транзистора VT2 и установите наибольшую чувствительность осциллографа (он должен работать в автоматическом режиме). Поворотом ротора конденсатора переменной емкости и ориентированием макета приемника (точнее его магнитной антенны) в пространстве настройтесь на радиостанцию — на экране в этот момент появится «дорожка» наибольшей высоты. Переключив осциллограф в ждущий режим и установив соответствующую длительность развертки, сможете наблюдать на экране колебания РЧ, которые будут периодически «расплываться» (рис. 47, д), т. е. модулироваться. В головном телефоне при этом должна быть слышна передача. Громкость звука (а также размах колебаний, контролируемых в точке д) можно установить максимальной более точным подбором резисторов R1, R3, R4.

После этого останется подобрать вместо конденсаторов С1 и С2 на рис. 44 конденсатор такой же емкости и установить его параллельно катушке индуктивности. В случае небольших отклонений емкости от требуемой контур можно более точно настроить на радиостанцию перемещением ферритового стержня внутри каркаса с катушками L1 и L2. Если же в приемнике будет установлен подстроечный конденсатор С2 (см. рис. 43), емкость конденсатора С1 должна быть на 10…15 пФ меньше измеренной, чтобы можно было настраиваться на радиостанцию конденсатором С2 (а также и сердечником магнитной антенны).

В таком виде, если захотите, можете переносить детали на готовую печатную плату, делать законченную конструкцию и пользоваться приемником.

Проверяем приемник прямого усиления

По сравнению с предыдущей конструкцией, приемник прямого усиления, о налаживании которого будет рассказано в этой главе, содержит почти вдвое больше деталей. Но подобное усложнение конструкции оправдано, ибо заметно упрощается его настройка. Здесь каждый каскад выполняет только одну какую- либо функцию, поэтому порой для этого достаточно лишь более точно подобрать режимы транзисторов или уточнить номиналы отдельных деталей.

Структура приемника прямого усиления проста. Сигнал с антенны поступает на колебательный контур, а с него — на усилитель радиочастоты. Затем следуют детектор, выделяющий сигнал звуковой частоты, и усилитель звуковой частоты обеспечивающий нужное усиление и достаточную выходную мощность для работы динамической головки. Поэтому работоспособность такого приемника сводится к проверке его узлов и каскадов — усилителя 3Ч, усилителя РЧ, детектора, а также к уточнению их режимов для получения оптимальных результатов.

Каждый из подобных узлов и каскадов вы проверяли ранее. Сегодняшняя работа для вас — своеобразный экзамен, во время которого необходимо закрепить полученные ранее знания. А чтобы экзамен не показался трудным, дадим подробный комментарий выполняемым действиям.

Какой приемник выбрать для демонстрации приемов проверки и налаживания? Взяв простую схему, удалось бы легко выполнить поставленную задачу, но при этом останутся без объяснения многие вопросы, которые непременно возникнут при отладке более сложной конструкции. Вот почему решено было остановиться на приемнике средней сложности, содержащем немало интересных схемотехнических решений. Это — известный среди радиолюбителей приемник В. Верютина, призера мини-конкурса «Юность-105», о котором рассказывалось в декабрьском номере журнала «Радио» за 1987 год.

Выбор на него пал еще и потому, что многие радиолюбители, уже собравшие этот приемник, хотели бы «просмотреть» его работу покаскадно. Те же из вас, которые захотят повторить эту конструкцию, могут воспользоваться при ее налаживании осциллографом.

Итак, исследуем и налаживаем приемник В. Верютина. Это схема с выносками контрольных точек приведена на рис. 48. В этих точках будем контролировать постоянные напряжения и «просматривать сигналы.

Начнем с проверки режима работы транзисторов. Эта процедура поможет не только убедиться в правильности монтажа и исправности деталей, но и проанализировать состояние каждого транзистора. Если, к примеру, на базе какого-то транзистора окажется весьма малое, по сравнению с эмиттерным, напряжение, значит транзистор закрыт. Усиливать сигнал каскад с таким режимом работы транзистора, конечно, не будет.

Проверим режимы транзисторов, начиная с входа приемника. А чтобы измерениям не мешал входной сигнал, который может поступить с колебательного контура, замкнем перемычкой выводы катушки связи L2 (отключать катушку нельзя, поскольку через нее поступает напряжение смещения на базу транзистора VT1). «Земляной» щуп осциллографа подключите к точке б (общий провод приемника), а входным щупом касайтесь показанных на схеме точек и измеряйте напряжение в них. Осциллограф в этом случае работает в автоматическом режиме развертки, а его переключатель 13 ставят либо в положение закрытого входа (для установки линии развертки на условный «нуль» отсчета), либо в положение открытого входа (во время измерения напряжения). По смещению линии и положению кнопок аттенюатора определяют значение напряжения.

Коснувшись входным щупом осциллографа точки а (база транзистора VT1), увидите, что напряжение в ней составляет 0,7 В (аттенюатор устанавливают в положение 0,2 В/дел», а линию развертки смещают предварительно на нижнее деление масштабной сетки; при подключении входного щупа или переключении осциллографа в режим открытого входа линия развертки поднимется вверх на 3,5 деления).

А каково при этом напряжение на эмиттере первого транзистора? Подключив входной щуп осциллографа к точке г и установив даже максимальную чувствительность осциллографа, практически не удастся замерить напряжение — оно составляет доли милливольта. Значит, напряжение смещения на базе первого транзистора равно 0,7 В, т. е. транзистор открыт.

Подключая поочередно входной щуп осциллографа к точкам в, д, е, убедитесь, что напряжение в них составляет соответственно 0,7, 0,7 и 1 В. Значит, транзисторы VT2 и VT3 также открыты.

А каковы коллекторные токи каждого из транзисторов? Нетрудно подсчитать и это, если измерить напряжение в точке ж — оно равно 5,3 В (при напряжении питания 6 В — его проверяют при подключении входного щупа осциллографа к плюсовому выводу конденсатора С11). Для первого транзистора ток коллектора определите делением падения напряжения на резисторе R2 (5,3 В — 0,7 В = 4,6 В) на сопротивление резистора (15 кОм) — он составит 0,3 мА. Аналогично определите ток коллектора второго и третьего транзисторов — они равны соответственно 0,97 и 2,15 мА.

Сделайте небольшую проверку. Сложите все полученные значения токов и помножьте сумму на сопротивление резистора R10 — вы получите падение напряжения на нем (0,3 + 0,97 + 2,15 = 3,42 мА; 3,42 мА х 0,2 кОм = 0,684 В), которое почти составит разницу между напряжениями на плюсовых выводах конденсаторов С11 и С4 (конечно, без учета весьма малых токов, протекающих через резистор R6 и детекторную цепь, а также через резистор R8 и базовую цепь транзистора VT4).

По результатам измерений можно сделать вывод, что все транзисторы усилителя РЧ открыты, а через их коллекторные нагрузки протекают токи, достаточные для неискаженного усиления сигнала РЧ (коллекторный ток первого каскада, усиливающего весьма слабый сигнал, может быть небольшим — даже 0,1 мА; коллекторный ток транзисторов последующих каскадов должен возрастать).

Переходим к детекторному каскаду. Для улучшения работы диодов VD2, VD3 при «обработке» слабых сигналов через них пропущен небольшой ток в прямом направлении, иначе говоря, на диодах образовано начальное смещение.

Измерим его напряжение, подключив входной щуп осциллографа к точке к. Напряжение здесь будет 0,1 В. Это напряжение равномерно распределяется между обоими диодами. В этом нетрудно убедиться, подключив щуп осциллографа к точке и, — напряжение составит 0,05 В. Может случиться, что линия развертки при последнем измерении окажется размытой из-за наблюдаемых на экране собственных шумов усилителя РЧ. Избавиться от них можно временным подключением конденсатора емкостью 0,01…0,022 мкФ между коллектором транзистора VT3 и общим проводом.

Напряжение в точке л будет такое же, что и в точке к.

Настала очередь усилителя 3Ч. Движок переменного резистора R12 установите в положение максимальной громкости, т. е. в крайнее левое по схеме. Напряжение в точке м составит 2.8 В, а в точке и — 3,5 В. Как видите, на базе транзистора VT4 напряжение отрицательно по отношению к эмиттеру, что и требуется для транзистора структуры р-n-р, а разность напряжений составляет 0,7 В, что свидетельствует об открытом транзисторе.

В точке о напряжение будет 0.7 В. т. е. достаточное для нормальной работы транзистора VT5. А вот в точке п напряжение составит 3,6 В, что на 0,1 В больше напряжения в точке н. Поделив эту разность на сопротивление резистора R12, нетрудно определить значение тока, протекающего через эмиттерную цепь транзистора VT4. Коллекторный же ток этого транзистора является базовым током транзистора VT5. А коллекторный ток транзистора VT5 нетрудно подсчитать делением падения напряжения на резисторе R13 на сопротивление этого резистора (6 В — 3,5 В = 2,4 В; 2,4 В: 2 кОм = 1,2 мА). В точке р (база транзистора VT7) напряжение составит 5,2 В, т. е. на 0,8 В отрицательно по отношению к эмиттеру транзистора VT7. Значит, этот транзистор также открыт. Открыт и транзистор VT6, поскольку напряжение на его эмиттере (точка с) 3,1 В, что на 0,5 В ниже напряжения на базе (в точке п).

Измерением напряжения в точках т (3,7 В), у (2,6 В), х (5,5 В), ц (3,1 В), ч (0,5 В), ф (0,013 В) нетрудно определить, что у всех транзисторов нормальное напряжение смещения, обеспечивающее правильный режим их работы. При определении напряжения в точке ф на экране неизбежно появятся шумы усилителя, которые нетрудно убрать перемещением движка переменного резистора в положение минимальной громкости.

Далее проверяют работу усилителя 3Ч подачей на его вход сигнала от генератора 3Ч. Используем собранный ранее генератор и подключим к его выходу делитель (рис. 49), а уже с делителя подадим сигнал на вход усилителя — к точкам л и б. Вместо динамической головки подключим к усилителю эквивалент нагрузки — резистор Rн, а уже к нему подсоединим щупы осциллографа. Установим частоту генератора равной 1000 Гц, а выходной сигнал таким, чтобы наблюдаемый на осциллографе сигнал был на грани начала искажений.

Измерим размах колебаний — он получился, например, 3,1 В. Значит, на эквиваленте нагрузки выделяется мощность примерно 200 мВт (0,2 Вт) — подобные расчеты приводились ранее. Входной сигнал усилителя при этом составляет 0,026 В (26 мВ) — такова чувствительность усилителя.

Как поданный на усилитель сигнал проходит через каскады? Давайте пронаблюдаем за ним. Не изменяя положения ручек генератора 3Ч, подключите входной щуп осциллографа к точке м — базе транзистора VT4. Сигнал здесь будет точно такой же, что и в точке л (рис. 50).

Рис. 50

В точке п сигнал будет усиленный более чем в 20 раз — результат действия транзисторов VT4 и VT5. Но такое наблюдается лишь при максимальной громкости, т. е. при установке движка переменного резистора R12 в левое по схеме положение. Когда же движок начнете перемещать в правое положение, размах сигнала станет плавно падать и в крайнем положении движка станет равным 0,02 В. Такие же изменения сигнала можно наблюдать в точке с, в которую подается отрицательная обратная связь с выхода усилителя. В точках т и у сигнал будет одинакового размаха — около 3,4 В. Далее следует усиление сигнала по мощности. Причем, как вы знаете, каскад на транзисторах VT8, VT10 усиливает положительные полупериоды сигнала, а каскад на транзисторах VT9, VT11 — отрицательные. Убедиться в сказанном можно, наблюдая сигнал в точках х и ч (рис. 50). Правда, форма сигнала здесь искажена, но соответствующие полупериоды просматриваются четко. Поскольку транзисторы изменяют фазу сигнала на 180°, в точке х увидите отрицательный полупериод, а в точке ч — положительный. Затем эти сигналы усиливаются транзисторами VT10 и VT11 и в точке ц «стыкуются». Размах колебаний здесь возрастает до 3,1 В.

Он сохраняется и на эквиваленте нагрузки (точка ф), включенном вместо динамической головки. Если же вместо эквивалента нагрузки включить временно головку, в ней раздастся громкий звук частотой 1000 Гц.

Установив минимально возможный размах колебаний на эквиваленте нагрузки, убеждаются в отсутствии «ступеньки» в месте «стыковки» полупериодов. Но достаточно замкнуть один из диодов смещения VD4 или VD5, как «ступенька» появится.

Если же «ступенька» сразу будет присутствовать, значит, диоды не обеспечивают нужного напряжения смещения, и их придется подобрать. Проанализировать достаточность смещения вы сможете самостоятельно, измерив с помощью осциллографа напряжения на базах транзисторов VT8, VT9 и сравнив их с напряжением в общей точке (ц).

Закончив проверку усилителя 3Ч, переходите к усилителю РЧ и детектору. Проволочную перемычку с выводов катушки связи L2 снимите, а к точке е подключите входной щуп осциллографа. Чувствительность осциллографа можете установить равной 0,5 В/дел или 0,2 В/дел. Поворачивая ручку конденсатора переменной емкости, сможете наблюдать на экране осциллографа появление «дорожек» — это сигналы принимаемых радиостанций, работающих в диапазоне СВ. Примерно в среднем положении ручки настройки выберите участок, в котором сигнал радиостанции отсутствует.

Поднесите к магнитной антенне приемника проводник, соединенный через конденсатор небольшой емкости (6…10 пФ) с выходным зажимом генератора РЧ (рис. 51), работающего в диапазоне СВ. Кроме того, колебания генератора должны быть модулированы сигналом частотой 1000 Гц.

Рис. 51

Перестройкой генератора РЧ добейтесь совпадения его частоты с резонансной частотой колебательного контура приемника. Иначе говоря, добейтесь максимальной ширины «дорожки» на экране осциллографа. А затем ручками длительности развертки и синхронизации осциллографа получите на экране изображение модулированных колебаний (рис. 52, е). Размах их может достигать 1 В. В точке д размах составит 0,1 В, а в точке в — 0,012 В (12 мВ). Измерить уровень входного сигнала в точке а не удастся — недостаточна чувствительность осциллографа.

Затем входной щуп осциллографа переносят в точку к и проверяют работу детектора — на экране осциллографа появятся колебания 3Ч (рис. 52, к) размахом 0,12 В. Такие же колебания будут и на входе усилителя 3Ч — в точке л, но размах колебаний упадет вдвое. Это объяснимо, поскольку между детектором и входом усилителя включена фильтрующая цепочка R7C6, на которой и падает часть сигнала. Нетрудно увидеть, что оставшегося сигнала (0,06 В) вполне достаточно для работы усилителя 3Ч, обладающего чувствительностью 0,026 В.

«Излишки» же сигнала во избежание перегрузки усилителя гасят с помощью регулятора громкости. В этом нетрудно убедиться, подключив входной щуп осциллографа к эквиваленту нагрузки — в точку ф.

Рис. 52

А как быть, если сигнала РЧ в точке е не будет? Тогда придется проверить работу усилителя РЧ покаскадно, подключая входной щуп поочередно к точкам в, д, е и анализируя каждый раз усилительные способности каскада (сравнением размаха входного и выходного сигналов).

Нелишне убедиться в действии резистора R3 — ведь его сопротивление настолько мало (0,2 Ома), что возникает сомнение в целесообразности применения.

Наблюдая сигнал (или шум в отсутствии сигнала) в точке е или и, замкните выводы резистора. Уровень сигнала несколько возрастет. Значит, обратная связь через этот резистор действует. Иногда усилитель РЧ работает устойчиво и без резистора R3, но при появлении самовозбуждения усилителя, а значит, и приемника в целом, резистор необходим.

Выключив генератор РЧ и подключив входной щуп осциллографа к точке к, настройте приемник на какую-нибудь радиостанцию. На экране осциллографа будут наблюдаться всплески хаотических сигналов — результат выделения детектором колебаний 3Ч. С помощью ручек длительности развертки и синхронизации осциллографа удастся «остановить» сигнал и убедиться, что он состоит из множества колебаний синусоидальной формы (рис. 52. к) разной частоты, которые сравнительно быстро сменяют друг друга. Это и есть состав звука разговорной речи или музыкального произведения.

Вот теперь, когда проверены все узлы приемника по осциллографу, можно подключить динамическую головку и принимать передачи радиостанций. Рабочий диапазон приемника нетрудно проверить и при необходимости подстроить известным вам способом, о котором рассказывалось ранее.

Следует заметить, что аналогично проверяют каскады любых других приемников прямого усиления. Главное, повторяем, придерживаться описанной последовательности — проверка режимов транзисторов по постоянному току, проверка усилителя 3Ч, проверка усилителя РЧ и детектора, проверка работы приемника в целом. Только в этом случае удастся быстро обнаружить неисправный (или неправильно смонтированный) каскад, устранить неисправность и наладить приемник. Постарайтесь убедиться в этом сами.

Слово о катушке индуктивности

В радиолюбительской практике она встречается довольно часто: в виде элемента колебательного контура, обмотки дросселя или трансформатора, звуковой катушки динамической головки, обмотки электромагнитного реле. В одном случае катушку приходится подбирать по ее индуктивности, в другом оценка идет по добротности качеству изготовления катушки, в третьем нужно учитывать резонансную частоту колебательной системы.

Конечно, для определения этих параметров существуют промышленные и самодельные измерительные приборы, но они либо сложны в повторении, либо недоступны для начинающего радиолюбителя. Вот почему имеет смысл воспользоваться для контроля указанных параметров нашим осциллографом. Правда, понадобятся еще генератор звуковой частоты и генератор радиочастоты — в зависимости от индуктивности исследуемой катушки.

Познакомимся вначале с методикой определения индуктивности катушки.

Возьмем, к примеру, унифицированный выходной трансформатор ТВК-110ЛМ кадровой развертки телевизора и исследуем его первичную обмотку (выводы 1 и 2). Заранее зная, что придется иметь дело с катушкой сравнительно большой индуктивности, соберем измерительный комплекс из осциллографа и генератора 3Ч (рис. 53).

«Земляной» щуп осциллографа и общий зажим (или гнездо) генератора соедините вместе, а входной щуп осциллографа подключите к выходному зажиму генератора. Между входным щупом и гнездом «ВХОД X» осциллографа включите переменный резистор R1 сопротивлением 10 кОм.

Осциллограф должен работать в автоматическом режиме (кнопка «АВТ.-ЖДУЩ.» отпущена) с разверткой от внешнего сигнала (кнопка «РАЗВ.-ВХ.Х» нажата) при любом входе (открытом или закрытом) и наименьшей чувствительности (50 В/дел). Выходной сигнал генератора может быть 2…3 В, частота 100… 1000 Гц. При этих условиях на экране осциллографа появится горизонтальная линия (рис. 54, а), длину которой следует установить переменным резистором R1 равной примерно четырем делениям.

Затем сигнал с гнезда «ВХОД X» снимают и подбором чувствительности осциллографа добиваются появления вертикальной линии такой же длины (рис. 54, б).

Далее вновь подают сигнал на гнездо «ВХОД X» и регулировкой (в небольших пределах) амплитуды сигнала генератора 3Ч, а также перемещением движка переменного резистора добиваются прямой линии, наклоненной точно под углом 45° к линии развертки (рис. 54, в). Вот теперь осциллограф готов к измерениям.

Рис. 54

В разрыв провода, соединяющего переменный резистор с гнездом «ВХОД X», включите последовательный колебательный контур, состоящий из конденсатора С1 емкостью 0,5 мкФ и первичной обмотки трансформатора Т1. В зависимости от частоты генератора 3Ч на экране осциллографа может появиться изображение эллипса, наклоненного ближе к вертикальной (рис. 54, г) или горизонтальной (рис. 54, д) оси. Плавно изменяя частоту генератора, добиваются прямой линии (рис. 54, е), свидетельствующей о равенстве фаз сигналов, поступающих на входы усилителей каналов осциллографа, а значит, о соответствии резонансной частоты проверяемого контура частоте генератора. Небольшая расстройка частоты генератора будет сопровождаться появлением на экране эллипса вместо прямой, что подтвердит точное нахождение резонансной частоты. А чтобы наверняка избежать ошибки, следует добиваться прямой линии при перестройке частоты генератора от самой нижней, скажем, 20 Гц, в сторону увеличения.

Индуктивность первичной обмотки трансформатора теперь можно определить по формуле

L = 25300/f^2C

где L — индуктивность катушки, Гн; f — частота генератора, Гц; С — емкость конденсатора, мкФ. Поскольку при проверке обмотки трансформатора резонанс наступил на частоте 60 Гц, нетрудно подсчитать, что индуктивность обмотки составляет 14 Гн, что соответствует указанному в паспорте на трансформатор значению (15±3 Гн в зависимости от тока через обмотку).

Совсем не обязательно использовать в контуре конденсатор указанной емкости (0,5 мкФ), тем более при проверке обмотки неизвестной индуктивности. Включайте поочередно конденсаторы разной емкости (например, 1 мкФ, 0,5 мкФ, 0,1 мкФ, 0,01 мкФ) и делайте замеры. В любом варианте результат замера должен быть неизменным. Только при одной емкости момент резонанса более выражен, чем при другой. Предлагаем вам убедиться в этом, проведя эксперименты по измерению индуктивности не только первичной, но и вторичных обмоток (выводы 3 и 4–5, 3 и 6, 4–5 и 6).

По мере уменьшения индуктивности проверяемой катушки, когда резонанс наступает на частотах в единицы килогерц, напучить прямую линию не удается — ее заменяет на более узкий эллипс. Поэтому проверку катушек малой индуктивности удобнее проводить по другой методике, когда катушку (L1 на рис. 55, а) совместно с контурным конденсатором Ск подсоединяют к генератору РЧ через конденсатор С1 небольшой емкости, а параллельно получившемуся колебательному контуру подключают (через конденсатор С2 также небольшой емкости) входные щупы осциллографа. Выходной сигнал генератора и чувствительность осциллографа устанавливают такими, чтобы на экране была небольшая по длине вертикальная линия (рис. 55, б). Осциллограф работает, как и в предыдущем случае, в автоматическом режиме с разверткой от внешнего сигнала, но на гнездо «ВХОД X» сигнала не подают.

Изменяя частоту сигнала генератора РЧ, находят такое ее значение, при котором размах вертикальной линии будет наибольшим (рис. 55, в). При подходе к резонансной частоте по мере увеличения длины линии снижают чувствительность осциллографа.

Рис. 55

Отсчитав по шкале генератора РЧ значение резонансной частоты, определяют по вышеприведенной формуле индуктивность катушки, подставляя в нее частоту в МГц, контурную емкость в пФ (индуктивность получается в мкГн).

Контурный конденсатор может быть разной емкости (от 50 до 500 пФ) — это зависит от индуктивности катушки. Подключая к катушке разные контурные конденсаторы, проведите замеры и сравните результаты. Не удивляйтесь, если они будут несколько отличаться друг от друга. Причина в том, что при разных контурных конденсаторах будет и разное влияние емкостей измерительных цепей (подключенных через конденсаторы C1 и С2 генератора и осциллографа) на общую емкость колебательного контура. Чем больше емкость контурного конденсатора, тем меньше влияние указанных цепей.

При проверке и налаживании усилителей РЧ или ПЧ, входных цепей приемников, полосовых фильтров и других узлов с катушками индуктивности бывает важно знать добротность контура (а значит, добротность катушки) и полосу его пропускания. Эти параметры можно «просмотреть» на экране осциллографа и сразу же по изображению вычислить их значение.

Как это сделать, показано на рис. 56.

Рис. 56

Для примера взята магнитная антенна «карманного» радиоприемника. Ее колебательный контур составлен катушкой индуктивности L1 и конденсатором переменной емкости Ск. Катушка содержит 85 витков провода ПЭВ-1 0,15, намотанных виток к витку на стержне диаметром 8 и длиной 80 мм из феррита 600НН (можно 400НН). Конденсатор Ск — КП-180 (с изменением емкости от 5 до 180 пФ).

Через конденсатор С2 к контуру подключены входные щупы осциллографа, а через С1 подано пилообразное напряжение развертки с гнезда, расположенного на задней стенке осциллографа. В результате во время резкого спада напряжения «пилы» (в конце ее) колебательный контур возбуждается и становится генератором, вырабатывающим синусоидальные колебания частотой, равной резонансной частоте контура. Но поскольку на контур поступает импульсное напряжение, его колебания после возбуждения постепенно затухают и вскоре прекращаются.

Чем больше добротность контура, тем дольше будут продолжаться колебания. Поэтому достаточно взглянуть на характер затухающих колебаний, чтобы дать оценку контуру.

Итак колебательный контур L1Cк подключен к осциллографу, который в данном случае должен работать в автоматическом режиме (кнопки «АВТ. — ЖДУЩ.», «ВНУТР. ВНЕШН.», «РАЗВ.-ВХ X» отжаты) при максимальной длине линии развертки, длительности развертки, например, 50 мкс/дел. и чувствительности, скажем, 0,05 В/дел. Тогда на экране удастся увидеть изображение затухающих колебаний, показанное на рис. 57, а. Изменением длительности развертки «растяните» изображение настолько, чтобы были видны начальные колебании (рис. 57, б). Форма их синусоидальная, но с каждым последующим периодом амплитуда колебаний падает.

Повернув ротор конденсатора переменной емкости в положение максимальной емкости, «растяните» изображение настолько, чтобы можно было наблюдать колебание, вдвое меньшее по амплитуде в сравнении с первоначальным (рис. 57, в).

Подсчитайте число периодов до этого колебания и определите добротность контура на данной частоте по формуле

Q = N/0,22,

где Q — добротность контура; N — число подсчитанных периодов.

В показанном на рис. 57, в примере добротность составит 45.

Перестроив контур конденсатором переменной емкости на наиболее коротковолновый участок (соответствует минимальной емкости конденсатора), вновь определите добротность. Результат получится более высокий по сравнению с предыдущим из-за некоторого уменьшения потерь в конденсаторе и увеличении индуктивного сопротивления катушки.

Дальнейшее повышение добротности наблюдается при уменьшении емкости конденсаторов связи С1 и С2, но одновременно уменьшается и размах наблюдаемых на экране колебаний.

Может случиться, что добротность контура будет весьма высокой и подсчитать число периодов до нужного колебания не удастся — настолько плотно «выстроятся» колебания. В этом случае поступают так, как показано на рис. 57, г, — «растягивают» изображение настолько, чтобы можно было заметить уменьшение амплитуды колебания всего лишь до 0,8 первоначального значения. И тогда, подсчитав число периодов до этого колебания, подставляют в формулу другой коэффициент — 0,071 (вместо 0,22).

Определив добротность, можете измерить частоту резонансных колебаний известным вам способом (по длительности периода одного колебания) и подсчитать полосу пропускания контура по формуле

Δf = f_0/Q,

где Δf — полоса пропускании, кГц; f_0 — резонансная частота, кГц; Q — добротность.

Освоив предложенную методику, вы сможете провести немало интересных экспериментов, например, по изучению влияния на добротность числа витков катушки связи магнитной антенны и входного сопротивления первого каскада усилителя РЧ. Наблюдения за добротностью помогут подобрать наиболее оптимальный режим работы «высокоомного» усилителя РЧ при непосредственном подключении к нему колебательного контура магнитной антенны. Не менее полезными окажутся измерения добротности при самостоятельной разработке магнитной антенны для данного перекрытия диапазона волн — ведь на добротности сказывается и магнитная проницаемость ферритового сердечника, и число витков катушки, и диаметр провода.

Еще раз подчеркнем, что описанная методика измерений пригодна не только для магнитной антенны, а практически для любого колебательного контура.

И еще об одном варианте «индуктивных» измерений. Как известно, любая динамическая головка обладает своей резонансной частотой, которую необходимо знать при изготовлении громкоговорителя или акустической системы. Чтобы избежать ошибки, а также проконтролировать результат согласования динамической головки с акустическим объемом корпуса громкоговорителя, нужно предварительно более точно определить резонансную частоту головки. Здесь также поможет осциллограф, но в паре с генератором 3Ч, желательно с большой выходной мощностью (не менее 2 Вт). Соединяют их так, как показано на рис. 58, а.

Выходной сигнал генератора 3Ч поступает на цепочку из последовательно соединенных резистора R1 и динамической головки ВА1. Параллельно головке подключены входные щупы осциллографа, а «земляное» гнездо (или зажим) генератора соединено с гнездом «ВХОД X» осциллографа. Такое подключение осциллографа позволяет наблюдать фазовый сдвиг между током и напряжением в цепи звуковой катушки головки и фиксировать момент резонанса.

Сопротивление резистора R1 должно быть в 20…30 раз больше сопротивления звуковой катушки, чтобы амплитуда тока в цепи катушки оставалась постоянной — тогда наряду с фазой и частотой резонанса удастся определять амплитуду напряжения на катушке.

Последовательность работы напоминает вышеописанную процедуру измерения индуктивности катушек. Осциллограф работает в автоматическом режиме с разверткой от внешнего сигнала. Выходной сигнал генератора и чувствительность осциллографа устанавливают такими, чтобы при частоте генератора 200…500 Гц на экране осциллографа был виден эллипс (рис. 58, б) с наклоном к линии развертки примерно в 45°.

Затем перестраивают частоту генератора в сторону нижних частот до получения прямой линии (рис. 58, в). Получившаяся при этом частота генератора будет соответствовать резонансной частоте динамической головки.

Рис. 58

О чем поведал прямоугольный импульс

Разве может о чем-то поведать импульс? — скажете вы. Импульс он и есть импульс, разве только прямоугольной формы. Но в том-то и дело, что если использовать прямоугольный импульс в качестве контрольного сигнала и подавать его, например, на вход усилителя 3Ч, то по форме выходного сигнала можно сразу же оценить работу усилителя и назвать его недостатки — малую полосу пропускания, недостаточное усиление на низших или высших частотах, самовозбуждение в какой-то области частот.

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

Чтобы сказанное стало понятно, давайте сначала познакомимся с некоторыми параметрами импульсного сигнала, которые нередко упоминаются в описаниях различных генераторов, устройств автоматики и вычислительной техники. Для примера на рис. 59, а показан «внешний вид» несколько искаженного (по сравнению с прямоугольным) импульса, чтобы нагляднее были видны его отдельные части.

Рис. 59

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

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

Импульсный сигнал оценивают еще и скважностью, показывающей соотношение между длительностью импульса и периодом следования импульсов. Скважность — частное от деления периода на длительность. В показанном на рис. 59, б примере скважность равна 3.

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

Наиболее просто обеспечить поставленные требования может генератор на микросхеме и транзисторе (рис. 60). Он содержит немного деталей, работоспособен при снижении напряжения питания до 2,5 В (при этом падает в основном амплитуда сигнала) и позволяет получить выходные импульсы амплитудой до 2,5 В (при указанном напряжении питания) при скважности 2,5.

Рис. 60

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

Далее импульсный сигнал поступает через резистор R2 на эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT1. С движка переменного резистора R3, являющегося нагрузкой повторителя, сигнал подается на выходной зажим ХТ1.

В итоге с зажимов ХТ1 и ХТ2 можно снимать прямоугольные импульсы амплитудой от нескольких десятков милливольт до единиц вольт. Если по каким-либо причинам даже минимального сигнала окажется в избытке (например, при проверке весьма чувствительного усилителя), выходной сигнал можно уменьшить либо включением между верхним по схеме выводом резистора R3 и эмиттером транзистора постоянного резистора сопротивлением 1…3 кОм, либо применением внешнего делителя напряжения.

Несколько слов о деталях. В генераторе могут работать элементы И-НЕ других микросхем серий К155 (скажем, К155ЛА4), а также любой транзистор серии КТ315. Конденсатор C1 — К50-6 или другой, рассчитанный на напряжение не ниже 10 В; С2 — любой, возможно меньших габаритов. Резисторы — МЛТ-0.125 и СП-I (R3), источник питания — батарея 3336. Потребляет генератор менее 15 мА, поэтому такого источника хватит надолго.

Поскольку деталей в генераторе немного, нет нужды давать чертеж печатной платы — разработайте ее самостоятельно. Плату с деталями и источник питания укрепите внутри корпуса (рис. 61), а на его передней стенке разместите переключатель диапазонов, выключатель питания, переменный резистор и зажимы.

Рис. 61

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

После подачи питания на генератор и установки переключателя SA1 в показанное на схеме положение, на экране осциллографа появится изображение в виде двух параллельных линий (рис. 62, а), составленных перемещающимися «штрихами». Так выглядит несинхронизированное изображение импульсного сигнала.

Достаточно теперь перевести осциллограф в ждущий режим (нажать кнопку «АВТ. ЖДУЩ») и установить синхронизацию от положительного сигнала поворотом ручки «СИНХР.» в крайнее по часовой стрелке положение, чтобы изображение на экране «остановилось» (рис. 62, б). Если изображение немного подергивается, добейтесь лучшей синхронизации его ручкой регулировки длины развертки.

Рис. 62

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

Измерить точно период при установленной длительности развертки затруднительно, поэтому воспользуйтесь простым приемом. При данной синхронизации установите длительность развертки равной 2 мс/дел. На экране должно появиться более растянутое изображение импульса (рис. 62, в), длина вершины которого составит примерно 3,5 деления, т. е. длительность импульса будет равна 7 мс.

Затем при этой же длительности развертки установите синхронизацию отрицательным сигналом, повернув ручку «СИНХР.» в крайнее положение против часовой стрелки. На экране увидите изображение паузы (рис. 62, г), поскольку развертка осциллографа запускается теперь спадом импульса. Длина линии 6,5 деления, значит, длительность паузы равна 13 мс. Сумма длительностей импульса и паузы составит значение периода повторения импульсов (20 мс).

Аналогично проверьте работу генератора на втором диапазоне, установив подвижный контакт переключателя в нижнее по схеме положение («2 кГц»).

Длительность развертки осциллографа в этом случае установите равной, например, 0,1 мс/дел. Период следования импульсов на этом диапазоне должен составить 0,5 мс, что соответствует частоте повторения 2000 Гц. Подстраивать в генераторе ничего не нужно, поскольку точность частоты на этом диапазоне особой роли не играет. В случае же значительного отклонения частоты от указанной ее можно изменить подбором конденсатора С2.

После этого переключите входной щуп осциллографа на зажим ХТ1 и проверьте действие регулятора амплитуды выходного сигнала — переменного резистора R3. Вы наверняка обратите внимание, что при установке движка переменного резистора в верхнее по схеме положение максимальная амплитуда импульсов будет несколько меньше, чем на мультивибраторе. Объясняется это действием эмиттерного повторителя, коэффициент передачи которого меньше единицы (для сравнительно низкоомного сопротивления нагрузки — 470 Ом он приближается к 0,8).

Генератор готов, можно проводить эксперименты. Начнем с проверки действия на импульс простых RC-цепей: дифференцирующей и интегрирующей.

Сначала подключите к выходу генератора дифференцирующую цепь, составленную из конденсатора и переменного резистора (рис. 63).

Движок резистора поставьте в нижнее по схеме положение, а на генераторе установите диапазон «50 Гц» и максимальную амплитуду выходного сигнала. При этом на экране осциллографа (он работает в ждущем режиме с синхронизацией от положительного сигнала, длительность развертки — 5 мс/дел., чувствительность — 1 В/дел.) увидите изображение импульсов со скошенной вершиной (рис. 64, а). Нетрудно заметить, что импульс как бы опустился по линии спада, из-за чего увеличился размах изображения.

Искажения импульса будут расти, а размах изображения увеличиваться при перемещении движка переменного резистора вверх по схеме. Уже при сопротивлении резистора около 4 кОм размах практически достигнет удвоенной амплитуды импульса (рис. 64, б), а при дальнейшем уменьшении сопротивления (до 1 кОм) от импульса останутся лишь остроконечные пики на месте фронта и спада. Иначе говоря, в результате дифференцирования из прямоугольного импульса удастся получить два остроконечных — положительный (по фронту) и отрицательный (по спаду).

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

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

А теперь поменяйте детали местами (рис. 65) — получится интегрирующая цепочка. Поставьте движок переменного резистора в крайнее левое по схеме положение, т. е. выведите сопротивление резистора. Изображение сигнала останется практически таким же, что и на выходе генератора до подключения цепочки. Правда, спад импульсов станет слегка изогнутым — результат разрядки конденсатора, успевающего зарядиться во время импульса.

Рис. 65

Начинайте плавно перемещать движок резистора вправо по схеме, т. е. вводить сопротивление резистора. Сразу же фронт импульса и спад начнут скругляться (рис. 66. а), амплитуда сигнала падать. При максимальном сопротивлении резистора наблюдаемый сигнал станет походить на пилообразный (рис. 66, б).

Рис. 66

В чем суть интегрирования? С момента появления фронта импульса конденсатор начинает заряжаться, а по окончании импульса — разряжаться. Если сопротивление резистора или емкость конденсатора малы, конденсатор успевает зарядиться до амплитудного значения сигнала и тогда «заваливается» лишь фронт и часть вершины импульса (рис. 66, а). В этом случае можно сказать, что постоянная времени интегрирующей цепи (произведение емкости на сопротивление) меньше длительности импульса. Если же постоянная времени соизмерима или превышает длительность импульса, конденсатор не успевает зарядиться полностью во время импульса и тогда амплитуда сигнала на нем падает (рис. 66, б).

Конечно, характер интегрирования зависит не только от длительности импульсов, но и частоты их повторения.

Чтобы убедиться в сказанном, вновь выведите сопротивление резистора, установите на генераторе диапазон «2 кГц» и соответственно измените длительность развертки осциллографа. На экране предстанет картина уже проинтегрированных импульсов (рис. 66, в). Это результат «взаимодействия» сопротивления эмиттерного повторителя и емкости конденсатора. Введите хотя бы небольшое сопротивление переменным резистором — и вы увидите на экране осциллографа сигнал треугольной формы (рис. 66, г). Амплитуда его мала, поэтому придется увеличить чувствительность осциллографа. Не правда ли, отчетливо видна линейность процесса зарядки и разрядки конденсатора?

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

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

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

Для примера можете исследовать усилитель 3Ч с темброблоком (либо другой широкополосный усилитель). Его соединяют с генератором и осциллографом в соответствии с рис. 67.

Переключатель диапазонов генератора устанавливают в положение «50 Гц», а выходной сигнал таким, чтобы при максимальном усилении усилителя и примерно средних положениях ручек регуляторов тембра амплитуда сигнала на эквиваленте нагрузки соответствовала номинальной выходной мощности, например, 1,4 В (для мощности 0,2 Вт при сопротивлении нагрузки 10 Ом).

Картина на экране осциллографа, подключенного к эквиваленту нагрузки, может соответствовать показанной на рис. 68, а, что будет свидетельствовать о недостаточной емкости разделительных конденсаторов между усилительными каскадами или конденсатора на выходе усилителя, если через него подключена нагрузка.

Чтобы убедиться, скажем, в последнем предположении, достаточно перенести входной щуп осциллографа непосредственно на выход усилителя — до разделительного конденсатора. Если скос вершины уменьшится (рис. 68, б), значит вывод верен и для лучшего воспроизведения нижних частот емкость конденсатора следует увеличить.

Аналогично просматривают изображения импульсов до и после разделительных конденсаторов между каскадами усилителя и обнаруживают тот, емкость которого недостаточна.

Если усилитель вообще плохо пропускает низшие частоты, могут наблюдаться на экране осциллографа узкие пики на месте фронта и спада импульсов, как это было при сильном дифференцировании.

Но более полная картина состояния усилителя получается при подаче на его вход импульсов частотой 2000 Гц. Считается, что фронт и спад отражают прохождение высших частот звукового диапазона, а вершина— низших.

Если в усилителе все в порядке и он равномерно пропускает сигнал в широкой полосе частот, то выходной импульс (сигнал на эквиваленте нагрузки) будет соответствовать по форме входному (рис. 69, а). В случае «завала» фронта и спада (рис. 69, б) можно считать, что на высших частотах уменьшилось усиление.

Еще большее снижение усиления на этих частотах зафиксирует изображение, приведенное на рис. 69, в.

Возможны и многие другие варианты: падение усиления на низших частотах (рис. 69, г), некоторое повышение усиления на низших частотах (рис. 69, д), падение усиления на низших и средних (провал в вершине) частотах (рис 69, е), мала постоянная времени межкаскадных связей (рис. 69, ж) — обычно мала емкость переходных конденсаторов, подъем усиления на низших (рис. 69, з) или высших (рис. 69, и) частотах, снижение усиления в каком-то узком диапазоне (рис. 69, к).

А вот два примера изображения выходного импульса (рис. 69, л, м), когда в усилителе есть резонирующие цепи.

Практически большинство этих изображений вам удастся наблюдать при изменении положений ручек регулировки тембра по низшим и высшим частотам. Одновременно с просмотром изображений неплохо было бы снимать амплитудно-частотную характеристику усилителя и сравнивать ее с «показаниями» импульсов.

И еще об одном примере применения прямоугольных импульсов — для настройки широкополосных делителей напряжения. Такой делитель, например, стоит в нашем осциллографе, он может быть в вольтметре или милливольтметре переменного тока. Поскольку полоса частот намеряемых сигналов может быть весьма широкой (от единиц до миллионов герц), делитель должен эти сигналы пропускать с одинаковым ослаблением. Иначе неизбежны ошибки в измерении.

Можно, конечно, проконтролировать работу делителя снятием его амплитудно-частотной характеристики, которая подскажет, в какую сторону следует изменить номинал того или иного элемента. Но дело это значительно более трудоемкое по сравнению с методом анализа прямоугольными импульсами.

Взгляните на рис. 70, а — на нем приведена схема широкополосного компенсированного делителя напряжения. Если на низших частотах можно было бы обойтись только резисторами, сопротивления которых определяют коэффициент передачи (или коэффициент деления) делителя, то на высших частотах, помимо резисторов, в работе делителя участвуют конденсаторы в виде емкости монтажа, входной емкости, емкости соединительных проводников. Поэтому коэффициент передачи делителя на этих частотах может измениться значительно.

Чтобы этого не произошло, в делителе используют конденсаторы, шунтирующие резисторы и позволяющие компенсировать возможное изменение коэффициента передачи на высших частотах. Причем конденсатором С2 может быть емкость монтажа, достигающая иногда десятков пикофарад. Резистором же R2 может быть входное сопротивление устройства (осциллограф или вольтметр).

Компенсированным делитель станет в том случае, если будет обеспечено вполне определенное соотношение сопротивлений и емкостей делителя, а значит, будет равномерным коэффициент передачи делителя независимо от частоты входного сигнала. К примеру, если применен делитель на 2, то должно соблюдаться условие R1∙С1 = R2∙С2.

При других соотношениях нарушится равномерность передачи сигнала разной частоты.

Принцип проверки компенсированного делителя с помощью прямоугольных импульсов аналогичен принципу проверки усилителя — подавая сигнал частотой 2000 Гц на вход делителя, наблюдают форму его на выходе. Если делитель скомпенсирован, форма (но, конечно, не амплитуда) сигналов будет одинаковой. В противном случае окажутся «заваленными» фронт и спад либо искажена вершина — свидетельства неравномерного пропускания делителем сигналов разных частот.

Если, к примеру, изображение сигнала будет таким, как показано на рис. 70, б, значит на высших частотах коэффициент передачи делителя падает из-за большого сопротивления на этих частотах цепочки R1C1. Следует увеличить емкость конденсатора С1. В случае появления искажений импульсов, показанных на рис. 70, в, придется; наоборот, уменьшить емкость конденсатора С1.

Рис. 70

Попробуйте самостоятельно составить делители с разными коэффициентами деления (например, 2, 5, 10) из резисторов с высоким сопротивлением (100…500 кОм) и конденсаторов разной емкости (от 20 до 200 пФ) и добиться полной компенсации подбором конденсаторов.

В этой работе вы заметите влияние на результаты измерений самого осциллографа — ведь его входная емкость составляет десятки пикофарад, а входное сопротивление около мегаома. Помните, что аналогичное влияние осциллограф оказывает на все высокоомные цепи, а также на частотозависимые. А это порою приводит либо к получению ошибочных результатов, либо вообще лишает возможности применить осциллограф, скажем, для анализа работы и измерения частоты радиочастотных генераторов. Поэтому в подобных случаях следует пользоваться активным щупом — приставкой к осциллографу, позволяющей сохранить высокое входное сопротивление его и в десятки раз уменьшить входную емкость.

Вот теперь, когда вы познакомились с возможностью прямоугольного импульса подсказывать «диагноз» и контролировать «лечение», соберем делитель, с помощью которого осциллографом станет возможно контролировать цепи с напряжением до 600 В, например, в телевизионных приемниках (как известно, осциллограф ОМЛ-2М допускает подачу на вход напряжения до 300 В).

Делитель образован всего двумя деталями (рис. 71), составляющими верхнее плечо предыдущей схемы. Нижнее же плечо сосредоточено в самом осциллографе — это его входное сопротивление и суммарная входная емкость, включая емкость выносного кабеля со щупами.

Поскольку нужно лишь вдвое уменьшить входной сигнал, резистор R1 должен быть такого же сопротивления, что и входное сопротивление осциллографа, а емкость конденсатора C1 соответствовать суммарной входной емкости осциллографа.

Делитель можно выполнить в виде переходника со щупом ХР1 на одном конце и гнездом XS1 на другом. Резистор R1 должен быть мощностью не менее 0,5 Вт, а конденсатор с номинальным напряжением не ниже 400 В.

Налаживание делителя весьма упрощено благодаря использованию нашего генератора импульсов. Его сигнал подают на гнездо ХР1 делителя и «земляной» щуп осциллографа. Вначале устанавливают на генераторе диапазон «50 Гц», на осциллографе включают ждущий режим и открытый вход. Касаются входным щупом осциллографа щупа ХР1 делителя (или зажима ХТ1 генератора). Подбором чувствительности осциллографа и амплитуды выходного сигнала генератора добиваются размаха изображения, равного, скажем, четырем делениям.

Затем переключают входной щуп осциллографа в гнездо XS1 делителя. Размах изображения должен уменьшиться ровно вдвое. Более точно коэффициент передачи делителя можно установить подбором резистора R1 делителя. После этого устанавливают на генераторе диапазон «2 кГц» и подбором конденсатора С1 (если это понадобится) добиваются правильной формы импульсов— такой, как и на входе делителя.

При пользовании таким делителем для проверки режимов работы блоков развертки телевизоров по приводимым в инструкциях и различных статьях изображениям сигналов чувствительность осциллографа устанавливают равной 50 В/дел., а проверку ведут при закрытом входе осциллографа. Как и прежде, отсчет ведут по шкале масштабной сетки, но результаты увеличивают вдвое.

Занимательные эксперименты

Теперь, когда вы освоили осциллограф, с его помощью нетрудно провести несколько экспериментов и попытаться «взглянуть» на интересные физические процессы, происходящие в том или ином электронном устройстве. Познакомившись же с методикой измерений в предлагаемых экспериментах, вы, несомненно, обогатите свои познания возможностей осциллографа и сможете использовать ту или иную методику в других аналогичных случаях радиолюбительской практики.

Итак, рассмотрим несколько экспериментов.

Что такое самоиндукция? Если подать постоянное напряжение в цепь с катушкой индуктивности, то номинальный ток в цепи появится не мгновенно, а с некоторым запаздыванием, продолжительность которого зависит от индуктивности катушки. С таким же запаздыванием будет падать ток после выключения питания, словно энергия была запасена оксидным конденсатором большой емкости.

Наглядно убедиться в сказанном поможет электрическая цепь, собранная в соответствии с рис. 72. В ней две параллельные ветви: в первой последовательно включены резисторы R1, R2, а во второй — катушка индуктивности L1 и резистор R3 (к нему и подключается вначале осциллограф).

Питание на цепь поступает с источника постоянного тока GB1 через кнопочный выключатель SB1. Через конденсатор С1 с цепи снимают сигнал включения питания и используют его в качестве сигнала внешней синхронизации осциллографа. Сам осциллограф должен работать в режиме ждущей развертки (кнопка «АВТ.-ЖДУЩ» нажата) с внешней синхронизацией (кнопка «ВНУТР.-ВНЕШН.» нажата), с открытым входом.

Но вначале нужно установить на осциллографе автоматический режим работы развертки, сместить линию на нижнее деление масштабной сетки, а затем, нажав кнопку SB1, установить входным аттенюатором такую чувствительность осциллографа, чтобы линия развертки оказалась отклоненной от первоначального положения на 3…4 деления. Конечно, при переключении кнопок аттенюатора будет изменяться положение исходной линии, поэтому не забывайте корректировать его ручкой смещения луча по вертикали. Но начало развертки должно быть в нижнем левом углу (конечно, при отключенном питании цепи).

Катушку L1 желательно использовать с возможно большей индуктивностью.

Хорошие результаты получаются, например, с первичной обмоткой трансформатора ТВК-110ЛМ. Тогда с батареей питания напряжением 4,5 В удастся получить отклонение линии развертки на три деления при чувствительности осциллографа 0,05 В/дел.

Такого же результата по отклонению линии развертки нужно добиться при подключении входного щупа («земляной» остается на месте) осциллографа к точке соединений резисторов R1 и R2. Но в этом случае пользуются лишь подстроечным резистором R1, регулирующим ток в ветви, а значит, падение напряжения на резисторе R2.

Вот теперь кнопку SB1 отпускают, устанавливают ждущий режим и подбирают уровень синхронизации и полярность сигнала (ручка «СИНХР.») такими, чтобы при нажатии кнопки запускалась развертка осциллографа, т. е. луч «пробегал» по экрану один (!) раз. Длительность развертки устанавливают равной 50 мс/дел. (если индуктивность катушки небольшая, можно ставить 20 мс/дел. и даже 10 мс/дел.).

Подключив входной щуп осциллографа к резистору R3, нажмите кнопку и просмотрите на экране кривую нарастания напряжения — она будет похожа на приведенную на рис. 73, а. Как только экран погаснет (генератор развертки будет «ждать» очередного запускающего сигнала), отпустите кнопку — теперь луч осциллографа очертит линию, показанную на рис. 73, б.

Для сравнения подключите осциллограф к ветви, в которой нет индуктивности, — к резистору R2 и вновь нажмите, а затем отпустите кнопку. На экране увидите практически мгновенно нарастающее (рис. 73, в) или спадающее (рис. 73, г) напряжение. Как видите, характер изменения одинакового напряжения на одинаковых нагрузочных резисторах R2 и R3 различен — в ветви с индуктивностью из-за явления самоиндукции он более пологий.

Конечно, по длительности нарастания или спада напряжения можно судить об индуктивности испытываемой катушки, но этот вопрос не входит в планы данного рассказа.

Рис. 73

Петля гистерезиса — какая она? Надеемся, что многие из вас встречали ее изображение на страницах популярной литературы, характеризующее зависимость индукции (В) в сердечнике от напряженности (Н) магнитного поля. Знание такой зависимости позволяет судить, скажем, о максимально возможном токе через первичную обмотку выходного трансформатора, при котором не будет искажаться форма передаваемого (трансформируемого) сигнала или будет соблюдаться заданный коэффициент трансформации. Если же ток превысить, сердечник трансформатора (его магнитопровод) войдет в насыщение, коэффициент трансформации упадет, а форма синусоидального сигнала окажется весьма искаженной.

Для просмотра кривой гистерезиса на экране осциллографа нужно собрать установку по схеме, приведенной на рис. 74. В качестве трансформатора Т1 использован известный вам ТВК-100ЛМ. Его вторичную обмотку включают как сетевую и подают на нее переменное напряжение с автотрансформатора (скажем, ЛАТРа), обеспечивающего в данном случае регулировку напряжения в пределах 15…60 В.

Рис. 74

В цепь первичной обмотки включают цепочку из параллельно соединенных постоянного резистора R1 и переменного R2 — падающее на ней переменное напряжение, характеризующее ток первичной обмотки, а значит, напряженность магнитного поля, подают на вход горизонтальной развертки осциллографа. Ко вторичной обмотке подключают интегрирующую цепочку R3C1 (конденсатор обязательно бумажный с номинальным напряжением не менее 300 В), сигнал с которой поступает на вход вертикальной развертки осциллографа. Этот сигнал будет пропорционален величине магнитной индукции в сердечнике.

В итоге на экране осциллографа можно наблюдать кривую взаимозависимости двух магнитных величин — магнитной индукции и напряженности магнитного поля. Но сначала подготовим для таких наблюдений сам осциллограф.

Начнем с горизонтальной развертки. Кнопка «РАЗВ. -ВХ. Х» должна быть нажата (развертка от внешнего сигнала), остальные ручки управления разверткой могут находиться в любом положении. Вход осциллографа закрытый, чувствительность минимальная (50 В/дел.), входной щуп пока не подключают. С автотрансформатора подают напряжение около 15 В и переменным резистором устанавливают длину линии развертки, например равную четырем делениям (рис. 75, а). Если она не получается такой даже при крайнем левом по схеме положении движка переменного резистора R2, немного увеличивают напряжение с автотрансформатора.

Затем подключают к конденсатору С1 входной щуп осциллографа и изменением чувствительности добиваются длины появившейся вертикальной линии (входной сигнал с гнезда «ВХОД X» снимают), тоже равной четырем делениям. Если она получается больше или меньше (ведь регулировка чувствительности в осциллографе скачкообразная), можно скорректировать под нее длину линии развертки переменным резистором R2.

Рис. 75

После этого подают на осциллограф оба сигнала и наблюдают изображение в форме эллипса (рис. 75, б). Увеличивают напряжение, подаваемое с автотрансформатора на испытываемый трансформатор. Эллипс вытягивается и при определенном напряжении (около 30 В) на его концах можно наблюдать загибы (рис. 75, в), характерные для гистерезиса. При дальнейшем повышении напряжения (в данном случае максимум до 60 В, но на короткое время) концы эллипса исказятся (рис. 75, г), что будет свидетельствовать о чрезмерных искажениях сигнала в трансформаторе. В этом нетрудно убедиться, если проконтролировать осциллографом сигнал на вторичной обмотке при работе осциллографа и автоматическом или ждущем режиме (конечно, при минимальной чувствительности, поскольку напряжение на обмотке может быть сравнительно высоким).

Известно, что напряженность магнитного ноля в сердечнике (магнитопроводе) трансформатора определяется числом ампер-витков, т. е. произведением тока через обмотку на число ее витков. Отсюда нетрудно сделать вывод о способе определения этого показателя — достаточно установить такое напряжение с автотрансформатора, при котором начинаются искажения эллипса, измерить (например, по падению напряжения на резисторе R1) ток через обмотку и умножить его на число витков обмотки.

А если нужно определить ампер-витки для неизвестного сердечника? Тогда нужно намотать на него две обмотки, как у трансформатора, расположив между ними электростатический экран, чтобы напряжение на вторичной обмотке определялось только электромагнитной индукцией, и провести испытания по приведенной методике. В зависимости от напряжения на вторичной обмотке иногда приходится подбирать резистор R3, чтобы получить изображение эллипса.

Как ««увидеть» звук? Очень просто — нужно подключить ко входу усилителя 3Ч динамическую головку ВА (рис. 76) или абонентский громкоговоритель, а к выходу — резистор нагрузки Rн (вместо динамической головки). К выводам резистора подсоединяют входные щупы осциллографа, работающего в автоматическом режиме.

Рис. 76

Разговаривая перед динамической головкой, будете наблюдать на экране осциллографа резкие всплески линии развертки (рис. 77, а) — это электрические колебания звуковой частоты, преобразованные динамической головкой из звуковых колебаний.

Если издавать какой-то протяжный звук постоянной громкости, можно ручками управления разверткой осциллографа засинхронизировать изображение (рис. 77, б) и даже измерить частоту звука.

Вместо динамической головки или громкоговорителя ко входу усилителя можно подключать микрофон, телефонный капсюль или другой преобразователь звуковых колебаний в электрические и сравнивать их по чувствительности.

Быстро ли срабатывает реле? Как известно, время срабатывания электромагнитного реле — это интервал времени от момента подачи на обмотку напряжения до замыкания любых замыкающих либо размыкания любых размыкающих контактов. Время отпускания реле — аналогичный интервал времени, но от момента снятия напряжения с обмотки. Для современных реле эти параметры могут измеряться единицами и десятками миллисекунд. Подобные интервалы времени вполне возможно определить с помощью любого осциллографа, способного работать в ждущем режиме с запуском от внешнего сигнала и имеющего открытый вход (последнее условие не обязательно).

Рассмотрим конкретную методику испытания реле с помощью нашего осциллографа, подключаемого в соответствии с рис. 78, а. Питающее напряжение Uпит, которое должно быть равно напряжению срабатывания реле К1 или превышать его, подается на обмотку реле через кнопку SB1. Это же напряжение поступает через замыкающие контакты К1.1 на вход усилителя вертикального отклонения. С обмотки реле импульс напряжения поступает через конденсатор C1 на гнездо «ВХОД X» осциллографа — это импульс запуска генератора развертки.

Подготавливая осциллограф к измерениям, устанавливают такую сто чувствительность, чтобы для данного напряжения питания отклонение луча по вертикали (конечно, при открытом входе) составило 2…3 деления либо был заметен всплеск на линии развертки при отсутствии у осциллографа открытого входа.

Если, к примеру, питающее напряжение равно 10 В, то чувствительность нужно установить равной 5 В/дел. Осциллограф работает в режиме ждущей развертки (кнопка «АВТ.-ЖДУЩ.» нажата) с внешней синхронизацией (кнопка «ВНУТР.-ВНЕШН.» нажата) положительным сигналом (ручка «СИНХР.» в крайнем, по часовой стрелке, положении). Длительность развертки зависит от предполагаемого измеряемого интервала времени, в данном случае ее можно установить, скажем, равной 10 мс/дел.

При нажатии кнопки SB1 на гнездо «ВХОД X» поступает импульс синхронизации и генератор развертки осциллографа «срабатывает». На экране появляется светящаяся точка, которая «пробегает» по экрану два деления (по линии развертки) и резко отклоняется вверх (рис. 78, б) — это замкнулись контакты К1.1 и подали на вход усилителя вертикального отклонения постоянное напряжение. Длина «пробега» точки и есть время срабатывания реле — около 20 мс.

Рис. 78

Отпустив кнопку, снова нажмите ее и повторите измерения, после чего, наоборот, нажав кнопку и подержав ее несколько секунд, отпустите. Теперь точка «пробежит» по верхней линии и через два деления резко опустится на линию развертки. Здесь также длина «пробега» до изменения уровня составит время отпускания реле.

Проверяя самые разнообразные электромагнитные реле, вы сможете убедиться, что время срабатывания и отпускания может быть как одинаковым, так и отличаться друг от друга, иногда значительно — все зависит от конструкции реле.

Почему остановился будильник? Конечно, разговор пойдет о популярном электронно-механическом будильнике «Слава». К сожалению, со временем работа его электронного узла нарушается и приходится обращаться в часовую мастерскую. Но не спешите так поступать, в большинстве случаев дефект удастся самостоятельно обнаружить и устранить с помощью осциллографа.

Вынув из корпуса часовой механизм, проверьте авометром или осциллографом напряжение питания на входе платы электронного узла. Затем подключите входной щуп осциллографа к коллектору транзистора генератора (рис. 79), а «земляной» щуп — к эмиттеру.

Качните маятник часов. Если на экране осциллографа, работающего в автоматическом режиме при малой длительности развертки (например, 10 мс/дел.), появятся импульсы в виде широкой «дорожки» (размахом до 2 В), а амплитуда колебаний будет недостаточна для работы часового механизма, значит электронный узел самовозбуждается на сравнительно высокой частоте. Чтобы возбуждение устранить, следует впаять между выводами коллектора и эмиттера транзистора конденсатор С3 емкостью 1…10 мкФ.

Если же при первоначальных колебаниях маятника будут появляться «чистые» импульсы (рис. 80, а), следующие с частотой 4…5 Гц (длительность паузы между импульсами 200…250 мс), а затем амплитуда колебаний маятника упадет и станет стабильной, но недостаточной для работы часового механизма, вероятной причиной отказа часов может быть повышенное торможение шестерни, приводимой в движение маятником. В этом случае достаточно слегка отвести or валика шестерни пружину (повернув на корпусе винт, в котором зажат конец пружины) — и часы пойдут.

В нормально работающих часах сигнал на выводе коллектора транзистора имеет форму, показанную на рис. 80, а, а на выводе базы — на рис. 80, б.

Случается, что выходит из строя транзистор. Тогда его заменяют любым из серий МП25, МП26, МП39-МП42.

Проверить транзистор можно авометром, работающим в режиме омметра, не отпаивая выводы транзистора. Отсоединив от часов источник питания, кратко временно замыкают выводы питания, а затем касаются их щупами омметра в обратной полярности, т. е. плюсовой щуп омметра соединяют с минусовым выводом питания, а минусовой щуп — с плюсовым выводом. Стрелка омметра вначале отклонится к нулевой отметке шкалы, а затем начнет «падать». Как только показания омметра станут около 50…60 кОм, щупы меняют местами, т. е. омметр подключают в прямой полярности. Стрелка омметра достигнет отметки «100 кОм», а затем плавно отклонится в сторону нулевой отметки и зафиксирует сопротивление около 2 кОм. Это свидетельствует о том, что транзистор работоспособен и в данный момент открыт. Омметр же показывает суммарное сопротивление участка коллектор эмиттер транзистора и катушки L1.

Сам себе контролер. Если необходимо проверить входное сопротивление и входную емкость осциллографа, сделать это несложно… с помощью самого осциллографа. Так, проверяя входное сопротивление, нужно подключить входной щуп к гнезду пилообразного напряжения развертки, расположенному на задней стенке. Установив длительность развертки примерно 10 мс/дел., нужно подобрать такую чувствительность осциллографа, чтобы размах изображения на экране составил, скажем, четыре деления.

Затем между входным щупом и указанным гнездом включают переменный резистор (рис. 81, а) сопротивлением 1…2 МОм и перемещением его движка добиваются вдвое меньшего размаха изображения. Получившееся при этом сопротивление переменного резистора будет равно входному сопротивлению осциллографа.

Аналогично измеряют и входную емкость осциллографа, но вместо переменного резистора пользуются подстроечным конденсатором (рис. 81, б), а длительность развертки устанавливают равной 10 мкс/дел. (иначе говоря, при переходе от одного вида измерения на другой нажимают кнопку «МС-МКС»). Установив подстроечным конденсатором вдвое меньший размах изображения на экране, измеряют емкость конденсатора — она и будет равна входной емкости осциллографа (включая и входной кабель со щупами).

А если гнездо пилообразного напряжения в вашем осциллографе отсутствует? Тогда сигнал подают с генератора 3Ч (частота 100 Гц) при проверке входного сопротивления или с генератора РЧ (частота 100 кГц), когда проверяют входную емкость.

Рис. 81

Вопрос — ответ

Каково отличие осциллографа ОМЛ-ЗМ от его «предшественника» ОМЛ-2М?

Осциллограф ОМЛ-3М завод изготовитель начал выпускать сравнительно недавно. Именно эту модель можно встретить сегодня в торговой сети. Она же рассылается и базой Роспосылторга наложенным платежом. Кстати, заказы на осциллограф следует направлять по адресу: 111126, г Москва, К-126, Авиамоторная ул… 50. Центральная торговая базы Роспосылторга. В заказе следует указать номер этого изделия по каталогу — 01183801, цена осциллографа — 214 руб.

Новая модель практически не отличается от предыдущей, за исключением некоторой модернизации задней стенки — появился кожух, прикрывающий трансформатор питания (он несколько выходит наружу). Как сообщили разработчики осциллографа, основная цель доработки — повышение надежности осциллографа при длительной его эксплуатации. Кроме того, существенно переработано «Руководство», в нем учтены пожелания многих владельцев предыдущей модели

Meтодика же работы с осциллографом ОМЛ-3М ничем не отличается от той, о которой рассказывается в данной брошюре.

* * *

При «заземлении» осциллографа, как рекомендует «Руководство», и проверке работы конструкции с бестрансформаторным питанием от сети может произойти короткое замыкание и неизбежно перегорят пробки в квартире. В чем тут дело?

Действительно, осциллограф желательно во время работы заземлять, для чего на задней стенке его есть специальный зажим. Но проверять при этом конструкции с бестрансформаторным питанием (либо с гальванической связью общего привода конструкции с сетью) нельзя, поскольку корпус осциллографа оказывается соединен через заземление с нулевым проводом сети, а «земляной» щуп (он соединен с корпусом осциллографа) может оказаться подключенным в конструкции к фазному проводу. В результате неизбежно короткое замыкание.

Чтобы предупредить подобное, бестрансформаторные конструкции при налаживании необходимо подключать через развязывающий трансформатор.

* * *

Можно ли измерять осциллографом ОМЛ-2М пульсации выпрямленного напряжение при выходном напряжении выпрямителя 300…330 В? Почему в «Памятке торгующим организациям», прикладываемой и «Руководству», запрещается при проверке осциллографа подавать на его вход напряжение питающей сети 220 В?

Из технических характеристик осциллографа следует, что допустимая суммарная величина постоянного и переменного напряжений на входе прибора не должна превышать 300 В. Поэтому, казалось бы, ответ на вопрос должен быть отрицательным, иначе может выйти из строя разделительный конденсатор во входной цепи осциллографа, «работающий» в режиме с закрытым входом (именно в таком режиме измеряют пульсации). Однако практика показывает, что указанные измерения можно проводить, если принять меры по защите входной цепи осциллографа.

Для этого входной щуп следует подключать к исследуемой цепи с большим постоянным напряжением через бумажный конденсатор, например, типа БМТ, емкостью 0,047 мкФ на номинальное напряжение не менее 400 В. Причем подключение должно быть выполнено до включения конструкции в сеть. На осциллографе (он теперь должен работать в режиме с открытым входом) вначале устанавливают минимальную чувствительность (50 В/дел.), а через несколько секунд после включения выпрямителя — такую, при которой можно наблюдать пульсации и измерять их амплитуду.

На второй вопрос ответить нетрудно. Ведь указанное сетевое напряжение 220 В — это эффективное значение, амплитудное будет в 1,414 раза больше, т. е. около 311 В, что выше допустимого

* * *

В брошюре приведены частоты 20 Гц и 10 МГц, соответствующие крайним значениям длительности развертки, устанавливаемым соответствующими переключателями осциллографа. А в технических данных указаны другие крайние значения частот (3 Гц—5 МГц) сигнала, который можно наблюдать на экране осциллографа. Чем объяснить такое несоответствие?

Разговор в брошюре идет о крайних значениях длительности (50 мс и 0,1 мкс) по отношению к одному делению масштабной сетки. Это наиболее «плотный» масштаб, но различить один период синусоидальных колебаний даже в таком масштабе нетрудно. Другое дело — полоса пропускаемых усилителем осциллографа частот. Она ограничивается сверху значением 5 МГц, поэтому на частоте, вдвое большей, усилитель неизбежно внесет ослабление. Измеренная по масштаб ной сетке амплитуда сигнала окажется заниженной. Но порою это не столь важно при проверке и налаживании, скажем, генераторов или усилителей, работающих в таком диапазоне частот.

Что касается низшей частоты сигнала, она ограничена наибольшей длительностью, которая «уместится» на масштабной сетке, т. е. 50 мс/дел. х 8 дел. = 400 мс.

Значит, на экране осциллографа удастся рассмотреть один период колебаний синусоидального сигнала частотой 2,5 Гц (полоса пропускаемых усилителем частот снизу не ограничена). Правда, изображение теперь не будет непрерывным, как при наблюдении сигнала частотой более 20 Гц, а станет «рисоваться» медленно перемещающейся по экрану яркой точкой.

* * *

В брошюре рассказывается о том, что устойчивое изображение сигнала получается в ждущем режиме работы генератора развертки. Зачем тогда нужен автоматический режим?

В ждущем режиме генератор развертки «ожидает» поступления на его вход сигнала определенной амплитуды. Пока его нет, генератор бездействует, линии развертки на экране осциллографа нет. Это неудобно. Поэтому вначале рекомендуется работать в режиме автоматического запуска генератора, чтобы на экране все время была линия развертки. А уже когда удастся получить на экране сигнал достаточной высоты (более одного деления), можно включать ждущий режим.

* * *

Брошюра рассчитана на изучение осциллографа серии ОМЛ, но в арсенале радиолюбителя может оказаться другой, скажем. Н313. Как быть?

Подобных вопросов может возникнуть немало. Ведь промышленность выпускает сегодня для радиолюбителей осциллографы самых разных марок. Да еще в радиокружках внешкольных учреждений используются промышленные осциллографы, переданные ребятам шефами. Действительно, как быть?

К сожалению, невозможно организовать изучение всех марок приборов, поэтому и был выбран наиболее доступный в приобретении ОМЛ-3М (OMЛ-2M). Именно для него указываются подробные сведения о получении того или иного режима работы при исследовании соответствующих сигналов.

Но это совсем не означает, что владельцы других осциллографов не могут изучать свои приборы по дайной брошюре и участвовать в предлагаемых экспериментах.

Конечно, осциллограф от осциллографа отличается и по частотным характеристикам, и по чувствительности, и по наличию или отсутствию каких-то регулировок, дополнительных гнезд или разъемов. Но принципы работы с осциллографом, независимо от его марки, остаются.

В чем же заключаются эти принципы? Любой осциллограф имеет, конечно, вход вертикального сигнала (вход Y), регулятор чувствительности (грубый и плавный), переключатель частоты развертки, вида работы развертки (автоматический или ждущий режим), вида синхронизации (внутренняя или внешняя). Пользоваться этими органами управления нужно так же, как и описываемыми для выбранного осциллографа.

Во-первых, после включения осциллографа в сеть нужно установить линию развертки в центре экрана. Осциллограф должен работать в автоматическом режиме с внутренней синхронизацией при минимальной чувствительности по входу Y, т. е. при минимальном усилении. Затем подают на вход осциллографа исследуемый сигнал и устанавливают регулятором чувствительности такое усиление, чтобы на экране появилось изображение сигнала или размытая дорожка высотой не менее трети высоты экрана. Далее изменением частоты (или длительности) развертки пытаются увидеть на экране исследуемый сигнал, а поворотом ручек синхронизации — остановить его. В крайнем случае можно сразу же включить ждущий режим и изменением частоты развертки подобрать наиболее удобное для наблюдения изображение сигнала.

Если в осциллографе есть калибраторы амплитуды и длительности (частоты), можно измерить параметры сигнала.

Гнездами входа канала X и внешней синхронизации пользуются так же, как описано в брошюре. При отсутствии входа X его можно вывести самостоятельно, соединив экранированным проводом входную цепь усилителя канала X с гнездом (или разъемом), установленным, например, на задней стенке осциллографа. Но пользоваться этим входом придется редко, поэтому вопрос необходимости доработки решите сами.

Вот вкратце основные принципы работы с осциллографом. Точнее пользоваться теми или иными регулировками поможет инструкция и принципиальная схема на имеющийся в вашем распоряжении осциллограф.

Расширить же возможности практически любого осциллографа помогут разнообразные электронные приставки (коммутатор, характериограф, генератор качающейся частоты, активный щуп и другие), о которых будет рассказано во второй нашей брошюре под таким же названием.

Рекомендуемая литература

1. Борноволоков Э., Кривопалов В. Электронный осциллограф. — Радио, 1970, № 10, с. 49, 50; № 11, с. 44–46; № 12, с. 43 45.

2. Евсюков А. А. Электронный осциллограф в преподавании физики. — М.: Просвещение, 1972.

3. Измерения в электронике (справочник). — М.: Энергоатомиздат, 1987.

4. Новомлинов В. Осциллограф для радиолюбителей. — Радио, 1981, № 2, с. 29–33.

5. Новопольский В. А. Как работать с осциллографом. — М.: Энергия, 1978.

6. Соловов В. Я. Осциллографические измерения. — М.: Энергия, 1975.

7. Чех И. Осциллографы в измерительной технике. Пер. с нем. — М.: Энергия, 1965.

* * *

ПРИЛОЖЕНИЯ к журналу «Радио»

Малое предприятие «Символ-P» совместно с редакцией журнала «Радио» приступили к выпуску брошюр и книг в помощь радиолюбителям и специалистам.

В 1991 г. намечается издать: Две брошюры Иванова Б. С., объединенные общим названием «Осциллограф — ваш помощник».

Первая брошюра имеет подзаголовок. «Как работать с осциллографом». Ориентировочный объем 6 авторских листов, цена 3 р. 40 к.

Вторая - «Приставки к осциллографу». Ориентировочный объем 6 а. л., цена 3 р. 40 к.

Каждая из этих брошюр совершенно самостоятельна.

«Как работать с осциллографом» (осциллограф — ваш помощник) — рассказ о приемах работы с осциллографом в различных случаях радиотехнической практики. Осциллограф весьма универсальный прибор. Возможность с его помощью визуально наблюдать процессы в электрических цепях позволяет существенно ускорить налаживание различных радиотехнических устройств к поиск неисправностей.

«Приставки к осциллографу» (осциллограф ваш помощник) — описание достаточно простых дополнительных устройств, применение которых значительно расширяет возможности использования осциллографа Описываемые приставки вполне доступны для самостоятельного изготовления.

Борисов В. Г. и Партин А. С. Практикум радиолюбители по цифровой технике. Ориентировочный объем 9 а л., цена 4 р. 20 к.

Цифровая техника это не завтрашний, а уже сегодняшний день радиоэлектроники, в том числе бытовой. Предлагаемая книга оригинальна по форме подачи материала, она позволяет радиолюбителям овладеть основами знаний в области цифровой техники и самостоятельно изготовить ряд цифровых устройств.

Синельников А. X. Современные электронные автомобильные приборы. Ориентировочный объем 10 а л., ценз 4 р 70 к

Описываются автомобильные электронные приборы, выпускаемые промышленностью (системы зажигания, октан корректоры, противоугонные устройства, стробоскопы и ряд других) и популярно рассказывается о их эксплуатации, нахождении неисправностей, ремонте.

Выпуски Приложений к журналу «Радио» можно приобрести на предприятиях книжной торговли. Предварительные заказы, которые выполняются по мере выхода изданий, наложенным платежом, следует направлять по адресу. 123458. Москва, аб. ящ. 453 МП «Инфор» или 103045. Москва. Селиверстов пер., 10, журнал «Радио» с пометкой «Приложение».

Название заказываемой книги и обратный адрес с указанием фамилии, имени и отчества получателя (полностью) просьба писать печатными буквами на обратной стороне открытки.

На каждое издание должна быть выслана отдельная открытка.

* * *

Content

Иванов Б.С.
«ОСЦИЛЛОГРАФ — ВАШ ПОМОЩНИК»
(как работать с осциллографом)
Приложение к журналу «Радио»
Выпуск № 1

От автора

Немного теории

Структурная схемам осциллографа

О других регулировках

Внимание! Включаем!

На экране — синусоидальный сигнал

«Хитрости» ждущего режима

Измеряем постоянное напряжение

Исследуем выпрямитель

По фигурам Лиссажу

Как проверить усилитель ЗЧ

Радиочастота и модуляция

Радиоприем и детектирование

Проверяем рефлексный приемник

Проверяем приемник прямого усиления

Слово о катушке индуктивности

О чем поведал прямоугольный импульс

Занимательные эксперименты

с — ответ

Рекомендуемая литература