示波器校准器。方案、说明

示波器校准器。无线电电子电气工程百科全书

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示波器纵横放大器校准装置

大多数示波器不包括内置参考信号发生器。当然，一些较旧的型号有 1V 全放大器校准输出，但此输出仅限于 50Hz，不够精确，无法进行调整。本文中描述的特殊示波器校准器提供了更多的自定义选项。该模块产生 1 Vp-p、1 kHz 方波信号，可用于设置示波器的垂直和水平放大器。

该器件还可用于微调示波器探头的补偿元件或用作测量音频放大器瞬态的信号源。该设备采用电池供电，便于携带。该器件电路对电源电压的变化不敏感：当电池电压从 7.7 变为 9.8 V 时，输出频率保持恒定。此外，低电流消耗 - 约 2 mA - 可以显着延长电池寿命。

电路说明如图。图1显示了校准器的示意图。振荡部分包含 4049 CMOS 反相器（DD2.1 和 DD2.2）的六个部分中的两个，以及定时元件 C2、R7、R8 和 R9。这部分电路的元件决定了输出频率。可以使用以下公式计算准确的频率值：

米。 1 校准器示意图（点击放大）

f=2,2(C2)(R7R8)。

假设输入 DD2.2（引脚 5）最初处于低电平状态，那么输出 DD2.2（引脚 4）将为高电平。由于输入 DD2.1（引脚 3）也将处于高电平状态，因此输出 DD2.1（引脚 2）将出现低电平信号。来自 DD2.2 输出的高电压将通过 R2 和 R7 对电容器 C8 充电。当电容C2两端的电压达到阈值时，元件DD2.2的输出和反相器DD2.1的输入将处于低电平状态。为此，DD2.1 输出将切换到高电平状态。由于电容 C2 两端的电压不能立即改变，DD2.2 输入端的电压将显着增加，并达到电源电压的大约 150%。这个正反馈回路以 CMOS 元件可以实现的最高频率切换逻辑电平。

当 DD2.1 和 DD2.2 的逻辑电平反转时，C2 向另一个方向充电，引脚 5 的电压开始下降。当引脚 5 达到阈值电平时，输出 DD2.2 和输入 DD2.1 将切换到高电平状态，输出 DD2.1 将分别进入低电平状态。同样在这种情况下，C2 处的电压不能立即改变，DD2.2 输入处的电压将下降到低于电源电压的 50% 左右。这反过来又反转了指定元件输出的逻辑电平。当 C9 上的电压超过电源电压时，电阻器 R2.2 限制 DD2 输入端的电流，从而保护输入二极管免受损坏。该电阻防止定时 RC 电路通过内部保护二极管放电。否则，信号边缘有拖曳的趋势。因此，填充 50% 的方波形状对电源电压的依赖性相对较小。

来自 DD2.1 输出的矩形信号被馈送到来自 4049 外壳的其余四个反相器的并联输入，它们的输出也并联连接。当这些输出端的电压变低时，2.5V LM336Z (DD1) 电压基准通过电阻器 R1 和二极管 D1 开启。此时，校准器的输出电压变高。

四个逆变器DD2.3至DD2.6的总负载能力超过14mA。该电路仅使用 2 mA 的电流，为方波输出提供陡峭的边缘。为了保证输出校准电压的幅度为1V，使用了精度为2%的电阻组件R6-R2。该组件中的电阻为 470 欧姆，分段提供 40V 方波幅度的 2,5%，对应于 L（校准器输出）引脚上的 1V。触点 J2 用作“公共”。当逆变器输出端出现输出电压脉冲时，二极管D1两端的电压不超过0,5V，同时二极管D1截止，输出电流不流经R1和DD0.2。此时，输出校准信号为零。输出信号的双边限制一方面通过处于开路状态的336欧姆量级的动态电阻来提供，另一方面通过在反相器DD2.3-DD2.6的输出处出现高电平电压时完全关断电流来提供。

DD1 将校准信号幅度的精度保持在高达 1% 的范围内。尽管电阻组件声称的精度为 2%，但其中各个电阻器之间的电阻偏差要小得多。该电路的输出阻抗约为1000欧姆。

输出方波主要取决于通过R2-R6的电流，所以9V电池B1不需要大滤波电容。电容器 C1 仅用于平滑开关逆变器 DD1 时的峰值电流浪涌。

设计

作者的原型是在一个特殊的面包板上组装的。该设备中组件的布局并不重要，因此您可以使用任何对您方便的选项。对于那些想要在印刷电路板上构建该设备的人，图 2 显示了接线图，图 3 中的电路如图 XNUMX 所示。图 XNUMX 显示了组件的放置。

示波器校准器。接线图
米。 2 接线图

按照正确的安装顺序，应先安装最不敏感的元件。焊接电池盒、DD2 块、开关、电位器和输出连接器的电线。然后安装其余的无源元件：首先是电阻器，然后是电容器。为使输出信号的频率漂移最小，电容C2必须是薄膜，R7-金属氧化物电阻，误差为2%，最好使用多匝线电位器作为R8。最后，您需要安装 D1、DD1 和 DD2。

示波器校准器。元件放置
米。 3 元件的放置

仔细检查极化组件的方向，如果您没有使用过 PCB，请检查接线。根据示波器的灵敏度，您可能需要不同的输出幅度。如果是这种情况，那么您可以将电路的输出级重新制作如下：将两个LM336Z串联并降低R1的电阻以保持分压器和LM1Z在336 mA左右。这将提供两倍的输出电压。

设置和校准

校准器的输出电压可以用任何好的数字万用表检查。将 R1 和 D1 的连接点暂时短接到地。这会将设备的输出设置为 1V DC。检查并确认是这种情况。

您可以使用数字频率计数器来检查输出频率。但是，如果您有测试 CD，则可以使用另一种确切的方法。打开测试盘以再现 1 kHz 的正弦频率并将其连接到立体声放大器的一个通道。将示波器校准器连接到另一个通道。转动电位器R8调节校准器的输出频率，使音频频率为零拍。这种声音平衡过程类似于钢琴或吉他通常的调音方式。

使用校准器

可以通过连接校准器并将示波器屏幕上的峰峰值方波与阴极射线管上的标记进行比较来测试示波器的垂直偏转放大器。通过将扫描旋钮设置为 1 ms 位置并将矩形信号边缘与管的垂直标记进行比较来检查扫描发生器。此外，使用此校准器，您可以检查示波器的输入分频器探头（x10、x100）。由于校准器产生的方波边缘非常陡峭，因此其形状的任何失真都会变得非常明显。如果远程探头包含调谐元件，则通过调整它们，您可以恢复通过分频器的校准信号的原始矩形形状。

固态元件：DD1 - LM336Z 精密电压基准（Jameco 23771 或同等产品） DD2 - 4049 六个 CMOS 反相器 D1 - 1 N4148 硅二极管

被动元件：
电阻器（所有固定电阻器 0,25 W，5%，除非另有说明）
R1 - 2,2 kOhm
R7 - 39 kOhm
R8 - 10 kOhm，微调器（见正文）
R9 - 1 兆欧
R2-R6 - 470Ohm5, 2% 电阻器组件
其他细节和材料：
C1 - 0,1uF 陶瓷圆盘电容器
C2 - 0,01uF精密薄膜电容
S1 - 微型开关
L、U2-吸头（红黑）
B1 - 9 V 电池

作者：查尔斯·汉森。翻译和编辑弗拉基米尔·沃尔科夫；出版物：radioradar.net

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