示波器中的延迟扫描。方案、说明

示波器中的延迟扫描。无线电电子电气工程百科全书

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本文作者继续他之前提到的关于提高示波测量精度的主题。他推荐的简单设备可以让您将自制或简单的工业示波器提高到只有带有信号延迟设备或数字扫描的示波器才能提供的水平。

在示波器的垂直偏转通道中，对所研究的信号进行时间延迟，这对于观察其初始截面是必要的。这通常通过延迟线 (DL) 来实现。决定在示波器中引入延迟的无线电爱好者可能会遇到困难：独立计算和制造具有必要参数的 LZ 实际上非常困难。

可以使用工业生产的 LZ，但通常没有适合宽带示波器的商用 LZ。特别是，具有集总参数的LM尽管具有显着的多样性，但仍然不适合在宽带中运行：它们在输出端具有较长的脉冲上升时间[1]。采用特殊延迟电缆制成的分布式参数LZ具有更好的参数[2]，但体积太大。因此，LZ宽带示波器S1-79的尺寸为160x180x30毫米，重量为600克，这对于小型业余示波器来说通常有点重。另外，制造和配置这样的LZ也相当困难。诚然，对于示波器的工业模型，现代高质量的小型 LZ 是使用微电子方法制造的 [1, 3]，但它们无法在商店购买。

但情况也并非那么绝望。对于业余无线电爱好者在测量参数时使用的周期性重复信号，借助延迟扫描，即使没有LZ，问题也完全可以解决。

为简单起见，让我们假设我们正在研究一系列脉冲。您不能延迟所研究的脉冲，而是可以延迟该脉冲触发扫描发生器的时间。选择开始时间，以便下一个脉冲的开始落在屏幕上可见的扫描部分上。通过改变触发延迟的持续时间，可以在示波器屏幕上移动所研究信号的图像并详细检查其任何细节。而且由于线性变化电压脉冲 (LIN) 的持续时间也可以改变，因此可以说，在具有放大倍数的显微镜下（即，在时间上有很大的延伸）来检查这个细节。 LZ不会提供这样的机会。当然，这并不意味着具有延迟扫描的示波器不需要它。最好安装一下。这将扩展示波器的功能。唯一希望的是延迟线可以在不需要时关闭，因为任何 LZ 都会引入失真。

延迟扫描装置包含两个单稳态单振器（其脉冲持续时间可以彼此独立地改变）、一个RS触发器、一个施密特触发器（TS）和一个LIN驱动器。扫频发生器的原理图比较简单（图1）。在没有同步脉冲的情况下，发生器以自振荡模式运行。打开电源电压后，日志级别在 RS 触发器 DD6、DD1.1 的输出 1.2 处设置，因此在单稳态 DD2.1 (OB1) 的输入 A 处设置。 1，在输出 Q - log 0 处。在单稳态 DD2.2 (OB2) 的输出 Q 处，日志级别也运行。 0、因此，二极管VD2、VD3和关键晶体管VT2闭合，并且电容器Cτ由流过电阻器Rτ的电流充电，即开始形成LIN。当电阻R12和R13连接点的电压达到TS DD1.3、DD1.4的触发电平时，它进行切换，并在其引脚11处出现日志。 1，传输到DD2.2的输入B。 OB被触发，其输出Q出现1，二极管VD2和晶体管VT2开路，电容器Cτ放电，LIN的形成停止。 TS 恢复到原来的状态。在持续时间为 t = 2C0.45R7 的 OB8 脉冲结束时，晶体管 VT2 关闭，并开始形成新的 LIN 脉冲。输出 1 DD0 从 8 到 1.3 的电平差馈送到 RS 触发器的输入 5，不能改变其状态并扰乱自振荡过程，因为自上电以来日志电平已在输入 4 处设置。已打开。 0。

（点击放大）

随着同步脉冲的到来，由于其到达时刻是随机的，因此可能出现两种情况。

我们假设同步脉冲是在 LIN 形成期间出现的。它被晶体管 VT1 反相和放大，并提供给 RS 触发器的输入 2，该触发器进行切换，并且在其引脚 6 和输入 A DD2.1 处，电压电平从日志中下降。 1 到 0。在输出 Q DD2.1 处，电压电平设置为 3。通过二极管 VD2 的电压打开晶体管 VT2 并停止 LIN 脉冲的形成。后来到达的时钟脉冲不会改变电路的有源元件的状态，因为它们到达RS触发器的相同输入2.1。开始 LIN 形成的延迟时间开始。延迟时间等于输出 Q DD6 的脉冲持续时间，由时间常数 (R7+R4)C 确定，其中 C - C6 - C2。 OB2 状态不会影响晶体管 VT0 的基极电路，并且不会加载输出 1V2，因为它通过闭合二极管 VDXNUMX 与它们隔离。

在延迟脉冲结束时，晶体管 VT2 关闭，LIN 开始形成。当它结束时，TS 被触发，来自其输出 8 的脉冲被馈送到 RS 触发器的输入 5 并将其返回到其原始状态。发生器已准备好接收新的同步脉冲。这种情况下电路各点的应力图如图 2 所示。 XNUMX. 除Usync 之外的所有电压均对应于TTL 电平。

示波器中的延迟扫描

如果同步脉冲在 LIN 脉冲之间的暂停时刻到达发生器的输入，则 OB1 正在生成具有对数电平的脉冲。输出 Q 处为 1。来自 RS 触发器引脚 6 的脉冲将重新启动 OB1。后续时钟脉冲无法重新启动 OB1，因为其输入被第一个时钟脉冲触发的 RS 触发器阻止。来自反相输出 DD2.1 的脉冲停止输出 Q DD2.2 处的脉冲，输出 Q DD2 通过二极管 VD2 使晶体管 VT3 保持开路。但晶体管并未闭合，因为稍早一点，来自 DD2.1 输出 Q 的脉冲通过二极管 VD2 到达晶体管。通过该脉冲，二极管 VD2 闭合。因此，二极管VD3和VD2消除了单振荡器对彼此的影响。晶体管 VT1 继续保持打开状态，但从此时起，启动 LIN 驱动器的延迟时间已经开始计算，该延迟时间由重启后 OBXNUMX 输出端的脉冲持续时间决定。然后一切都会像第一种情况一样发生。这里不考虑LIN驱动器的操作。

扫描延迟范围分为三个子范围。重复时，无线电爱好者可以根据自己的意愿进行选择。在图中。图3显示了对于图中所示的电容器C6-C4的电容值，延迟时间与电阻器R6的旋转角度的依赖性。电容C3是芯片电容和安装电容之和。在 SA1 的这个位置和电阻器 R6 滑块的下部位置，发生器几乎没有延迟地运行，因为 OB1 脉冲的持续时间不超过百分之几微秒。如果这个电容不够，可以添加一个 5...10 pF 的外部电容。

示波器中的延迟扫描

在图中。 1 SA2 扫描持续时间子范围开关未显示。它的执行方式与[4，图2]中所示的扫描时间开关类似。 XNUMX]。那里还给出了发生器的主要参数和重复设备所需的其他数据。

发生器电路的元件放置在带有 MPH-14-1 连接器的印刷电路板上，开关 SA1 和 SA2 位于板外。它们是使用簧片开关制成的。 [5] 中给出了此类开关的操作原理和设计的详细描述。允许偏差的电阻器和电容器的类型和值在[4]中描述。可变电阻器R6 - SPZ-9g，具有B型功能特性。KT316B晶体管可以用KT316A或吸收时间不超过4分钟的任何其他微波晶体管代替。允许用KT326A或KT326A、B代替KT363B晶体管，用截止电压约为303V的其他KP303系列晶体管代替KP0,5A晶体管。用KD512A或KD513A代替KD514A二极管，用KR1533系列微电路代替KD155A二极管。，使用MS K555和KXNUMX系列。在这种情况下扫描仪的速度会降低，但在大多数情况下已经足够了；在这种情况下，普通的高频晶体管和二极管是合适的。

安装微电路时，建议通过 1 kΩ 电阻将空闲输入连接到 + Upit。多个输入连接到它[6]。

[4] 中描述了扫描发生器的设置。 LIN 脉冲的幅度不应设置为超过 5 V。超过该值时，LIN 的非线性会急剧增加，尽管这在视觉上并不明显。建立扫描线性度的最简单方法是通过肉眼观察，但这并不完全符合逻辑，因为发生器允许您获得非线性度不超过百分之几的扫描。为了利用这个机会，需要特殊的非线性测量方法。它们很简单，但需要单独的描述[7]。

有关改进扫描发生器操作的一些信息。尽管扫描具有良好的线性度，但它不能被称为高精度设备，因为 LIN 脉冲的幅度和持续时间取决于温度。由于使用了源极跟随器以及晶体管 VT3 和 VT4 上的跟踪反馈，LIN 驱动器本身非常稳定。由于对场效应和双极晶体管的不稳定性进行部分补偿以及深度反馈，该中继器的参数对温度的影响很小[8]。使用热稳定元件 Ct 和 Rt，LIN 的倾斜角度实际上不会改变。

LIN 的温度依赖性可以通过 TS 响应阈值的变化来解释。与半导体热敏电阻一样，阈值对温度的依赖性是非线性的，这使得实现良好的热补偿相对容易。校正电路的电路原理图如图所示。 4. 在微电路外壳附近放置热敏电阻，使 LIN 脉冲的幅度和持续时间的不稳定性因温度而降低了 10 倍以上，在 20 ... 50 °C 的温度范围内不超过 0,7%。校正电路使用电阻器 MMT-1，其在 T = 20°C 时的电阻为 1660 欧姆。电阻器R4和R5-C2-29的功率为0,125W，与标称值的偏差不超过+0,25%。

示波器中的延迟扫描

引入校正后，LIN 幅度增加 0,8 V，但无需努力恢复之前的幅度：这可能会导致违反热校正。改变水平偏转放大器的增益比较容易。

与具有两个 LIN 发生器和两种同步类型的双扫描示波器不同，延迟扫描单元仅包含一个同步 LIN 发生器。该生成器更易于使用。除了示波器控件的常规操作之外，您通常只需要使用“扫描延迟”旋钮 (R6)，在极少数情况下，还需要使用子范围选择开关 (SA1)。

大多数使用双扫描示波器进行的测量都可以使用配备这种延迟扫描的仪器进行。 “B 照明 A”模式是一个例外：在“扫描视图”开关的此位置，要放大查看的区域会突出显示。但这里的过程相当复杂，并且没有特别需要照明，因为不需要照明也可以找到所需的区域。

所考虑的两种设备之间的基本相似之处在于，扫描同步不是由屏幕上可见的信号执行的，而是由另一个信号执行的。这使得可以查看脉冲边缘和幅度不足以触发触发的信号。

几乎不建议在简单的廉价示波器中使用发生器，因为它无法实现高精度。当然，这取决于品味和用户能力，但最好用不带延迟扫描的高精度示波器来补充它们。它也可以制成具有自主电源的独立单元的形式。然后将发生器输出连接到示波器的“X”输入。发生器通过外部信号和来自垂直偏差通道之一的时钟脉冲进行同步，每个示波器都提供其输出。为此，您还可以使用示波器的斜坡电压输出。如果有必要，您还必须在机顶盒中安装同步型开关和分压器。

文学

Baev E. F., Burylin E. I. 微型电延迟线。 - M.：索夫。广播，1977 年。
Blyudin E.K.、Bodnar E.M. 等人便携式示波器。 - M.：索夫。广播，1978 年。
Vishnevsky V. N. 等人，具有信号参数数字测量功能的便携式示波器。 - M.：Energoatom 日期，1991 年。
Dorofeea M. 示波器扫描发生器。 - 广播，1996 年，第 11 期，p。 32-34。
Khazarov K. I. 带有磁控触点的开关。 - M.：能源，1978 年。
数字和模拟集成电路。目录。埃德。 S.V.雅库博夫斯基。 - M.：无线电和通信，1990 年。
Dorofeev M. 测量扫描非线性。 - 广播，1998 年，第 7 期，p。 28.
Sevin L. 场效应晶体管。 - M.：和平号，1968 年。

作者：M.Dorofeev，莫斯科

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