Осциллограф на ЭЛТ своими руками.

[Valentin Gvozdev]

В общем, похоже, что тракт вертикального отклонения полностью отлажен. Поначалу во втором канале были сильные возбуды, но удалось эффективно подавить. Также пришлось перераспределять усиление, чтобы сохранить полносигнальную полосу. В итоге имеем два канала с практически идентичной Ачх, полосу в 50Мгц и воз ожность развернуть во весь экран сигнал 40 мгц. Подробности и картинки завтра...

[Valentin Gvozdev]

В общем, сюжет решающей серии сериала под названием "двухканальный осциллограф по мотивам С1-137 своими руками" примерно такова.

Как только была сделана плата второго канала по оригинальной схеме (с небольшими отличиями в плане усилителя синхронизации и схемы инверсии, которая была выполнена на реле), то началась практически непобедимая проблема, связанная с возбудом. Удивительно, но возбуд имел место быть только на втором канале и не лечился ничем. Выглядело это как генерация на частоте порядка 200 Мгц (!), которая была хорошо видна на быстрых развертках и каким-то образом даже синхронизировалась, давая вместо ровной нулевой линии красивые колебания в полклетки. Регулировками иногда удавалось уменьшить ее, но не полностью, иногда эта бака возникала только на определенных позициях аттенюатора, но так или иначе присутствовала она всегда.
Что только не делалось - и попытки экранировать сигнальную линию перед оконечником, и дополнительные коденсаторы в цепях питания - должного эффекта не было, а порой был только обратный.
Ларчик открылся просто - все почти 100% вылечилось конденсаторами в цепи баз выходных транзисторов, включенных параллельно резисторам в 30 Ом. Плюс еще конденсатор с выхода параметрического стабилизатора питания этих самых баз на землю. Конечно, кое-какие волнистости линии на самых быстрых развертках остались, но они уже не имели столь регулярного характера, да и амплитуда их стала гораздо меньше. Как следствие - сигналы на втором канале стали почти такие же гладкие, как и на первом. Почти - потому что что-то все-таки похоже осталось, но не более полумиллиметра по размаху, да и то далеко не во всех режимах.

Это очень порадовало, но не радовало другое - из-за подключения второго канала сильно уплыли режимы выходного усилителя по постоянному току, из-за чего связка предвыходного и выходного каскада стала работать далеко не в оптимальном режиме, обеспечивающем максимальный динамический диапазон и как следствие - максимально широкую ПОЛНОСИГНАЛЬНУЮ АЧХ. И это удалось победить, сделав явно не хуже, чем было при одном канале, а даже лучше. Нагрузочные резисторы в первом каскаде оконечника, собранного по схеме с ОБ, были уменьшены с 390 до 180 Ом. А падение усиления было скомпенсировано уменьшением межэмитерного резистора в первом каскаде после коммутатора со штатных 200 до 62 Ом. В итоге - сигнал до 40 Мгц разворачивается с некоторой нелинейностью во весь экран, а 25-30 Мгц вообще без искажений спокойно уходят за его границы. И это при спаде АЧХ по уровню -3dB около 50-55 Мгц.. Не знаю как другим, но по мне это отличный результат, дальнейшее улучшение которого уже вряд ли сильно целесообразно.
Так что - делаем плату коммутатора, входной делитель второго канала и затем - низковольтный блок питания. И прибор будет полностью готов!

Как всегда, немного картинок.
Два луча без сигнала:

Самая быстрая развертка (10 нс/дел), начальный участок лучей. Увы, тут не без проблем с переходными процессами в начале развертки. Особенно криво выглядит второй канал.


Далее картинки того, что видно при подаче на оба канала одинаковых сигналов. Во всех случаях амплитуда 1 В, включен предел 50 мВ/дел (плюс щуп 10:1).

Синус 1 Мгц, 0.5 мкс/дел:

Фотография немного искажает, тем не менее при вертикальном совмещении сигналов они реально сливаются в один.
Синус 10 Мгц, 0.05 мкс/дел:

Видны небольшие искажения (волнистость) линии в самом начале. А так - вполне себе ничего.

Синус 30 Мгц, 0.02 мкс/дел:

Клетки видно не очень хорошо, но реально просадки АЧХ практически нет.

И, наконец, синус 50 Мгц, 0.01 мкс/дел:

Тут уже видна разница в АЧХ обоих каналов. Но даже в худшем случае спад меньше 3 dB.


А теперь - импульсы.
2 Мгц:

10 Мгц:

Вполне себе хорошая ПХ, на мой взгляд.

Ради интереса - тот же самый сигнал во весь экран (20 мВ/дел) c совмещением картинок. Видны неизбежные небольшие отличия каналов:


И, наконец, 20 Мгц:

Тут различия больше бросаются в глаза из-за лучших свойств второго канала на ВЧ.

[ВикторС]

Валентин,
отличный результат! Поздравляю с очередным успехом.

[Valentin Gvozdev]

Виктор, собственно говоря, успех тут был предопределен. С большими или меньшими усилиями, с большим или меньшим количеством пожженных транзисторов, но прибор должен был заработать. Интрига была - удастся ли хотя бы приблизиться к 50 Мгц полосы. Похоже, что удалось. Причем с хорошей гладкой АЧХ.
Конечно, можно немного увеличить коллекторный ток выходных транзисторов, поставить небольшой вентилятор, ввести L-коррекцию и расширить полосу еще немного. Но на мой взгляд это лишено большого смысла - сильно все равно не расширишь (для этого нужны другие схемы и, прежде всего, ЭЛТ с распределенной отклоняющей системой, а они все большие, длинные, требуют много киловольт итд), а сильно больше, чем видно сейчас все равно не увидишь.

[ВикторС]

Валентин, по мне, так и 50МГц линейной полосы, для двухканального осциллографа радиолюбителя, вполне достаточно.
Радиочастотные цепи осциллогафом не смотрят, а кому надо блоки данных, с ног роцессора писать, не могут использовать аналоговый прибр по определению.
Делать домашний осциллограф на ЭЛЬ, длинее30 см - сомнительное занятие - затраты, включая стоимость занимаемой площади, могут не покрыться отдачей.
Ваше решение, наверное, самое удачное по критерию - размер/ стоимость/ эффективность.

[Valentin Gvozdev]

Валентин, по мне, так и 50МГц линейной полосы, для двухканального осциллографа радиолюбителя, вполне достаточно.

Тут я бы, конечно, поспорил. Полосы много не бывает, да и радиолюбительство бывает очень и очень разным. Я бы не отказался от возможности видеть сигналы и 100, и 200 Мгц во всех деталях.
Другое дело, что на подобных трубках 50 Мгц или около того - это именно та грань, за которой трудности нарастают гораздо быстрее, чем результат. Ведь недаром ВСЕ (поправьте, если ошибаюсь) промышленные осциллографы более высокого класса, имеющие полосу в 100 и более Мгц делают совсем на других трубках, чем 8ЛО6И и ее аналоги. Профессиональные инженеры-разработчики обычно не ошибаются.


А прибор получается и впрямь неплохой. С довольно плотным монтажем, очень добротным корпусом, полноценным функционалом. Только вот передняя панель уж больно тесна - но это плата за компактность.

Кстати, осталось все-таки победить эффект зависимости АЧХ в области 5-100 Кгц от внутреннего сопротивления источника. На втором канале он точно так же проявляется, что говорит о том, что это не дефект и не случайность. Пробовал увеличивать конденсаторы (те, которые 15 и 43 пФ) в первом каскаде УВО - ноль результата. Осталось попробовать заменить КПС104 на другие полевики - вдруг поможет... Хотя тут есть засада - те КПС104, что мне удалось купить, имеют очень ломкие ноги, которые ломаются при малейшем движении. Причем часто прямо у корпуса (видимо, какой-то дефект сплава, из которого они сделаны - со временем там произошла кристаллизация или иные фазовые переходы, из-за чего некоторые участки проволоки рассыпаются на глазах). Соответственно выпайка их очень чревата, а больше у меня их не осталось (купил 5 штук) да и цены на них из-за золота негуманные.

[ВикторС]

Валентин, вот скриншоты наставлений по подбору пар полевиков для промышленных осциллографов.
Я уже писал, что без труда собрал пары, пользуясь обычными приборами, а с транзистор - тестером - ещё проще.

[Valentin Gvozdev]

Виктор, большое спасибо!
Не знаю, насколько актуален такой подбор для входных каскадов по схеме С1-137 (там все-таки не симметричный дифкаскад, как в том же 73-ем, где заnвор холодного плеча тупо заземлен, а на затвор горячего подается сигнал), но вероятно, воспользуюсь приведенными методиками. Для начала нужно просто аккуратно поставить вместо КПС104 пару КП303 или КП307 и посмотреть, исчезнет ли тот странный эффект. Если произойдет чудо и он исчезнет, тогда уже думать о подборе и его необходимости. А если нет - то и нечего менять шило на мыло, мне так кажется.. Хотя я не верю, что в заводском С1-137 такая же хрень.

[ВикторС]

Валентин,
как я помню, источником тока в истоковом повторителе, рекомендуется ставить полевой транзистор с идентичными параметрами. Это делается для повышения термостабильности каскада.
Если менять КПС104 на дискретные полевики, то лучше сразу на КП307. И выбирать те, что с минимальной ёмкостью, минимальным напряжением отсечки и Максимальным током стока.

[Valentin Gvozdev]

Наверное, на днях попробую заменить КПС104 на КП307Г (наиболее "крутые" из всех подобных полевиков), благо некоторый запас их у меня имеется. О результате обязательно сообщу, ибо самому очень и очень любопытно.
А пока - делаем полноценный коммутатор каналов и режимов. Всего будет 6 режимов - канал 1, канал 2, сумма каналов, оба канала поочередно, оба канала прерывисто и X-Y.
Плата уже протравлена и залужена, деталей там совсем немного, так что скоро все будет в строю.

[ВикторС]

Валентин,
"Сумма каналов" - это как?

Сложение амплитуд или сложение амплитуд с инверсией одного канала (вычитание, выделение разностной составляющей), или что то другое?

[Valentin Gvozdev]

Именно так. Собственно, как и во всех двухканальных приборах.

[ВикторС]

Я правильно понимаю, что при сложении сигналов, открываются коммутаторы обоих каналов? При этом не уходят режимы постоянного тока в первом каскаде УВО, стоящим ЗА коммутатором?

[add.ocean]

тоже обратил внимание зачем в С1-137 и С1-131 пары полевиков хотя там не дифкаскад. похоже это чтобы не плыл ноль по постоянке. По крайней мере, у С1-118 (КП303) при открытом корпусе и балконе - линия на экране прямо плывет на глазах, 1мм/секунду. но что-то мне говорит что поставить КП303 рядом и сделать тепловой контакт - в данном случае будет почти так же хорошо как сборка. биполярные тр-ры на входе тоже стоти также ставить (тепловой контакт в паре). что касатеся пдбора - грубое расхождение нежелательно конечно, но думаю строгость значительно меньше чем для дифкаскада.

КП307Г (наиболее "крутые" из всех подобных полевиков - если есть в магазине, можно попробовать BF245B, C - у них и разброс от экземпляра меньше, и крутизна повыше (начальный ток В - 10ма, С - 20 ма)

[ВикторС]

Вот именно для проверки на тепловой дрейф, я реквизировал у жены не большой фен 1400Вт, с кнопкой подачи холодного воздуха - нагревать и быстро остужать собранные макеты. И уход постоянки и падение усиления (случается реже), становятся видны очень хорошо.Можно, кусочками картона, создавать барьеры для тёплого воздуха, и прогревать только отдельные аскады схемы, для понимания их вклада в общую картину.

[Valentin Gvozdev]

Я правильно понимаю, что при сложении сигналов, открываются коммутаторы обоих каналов? При этом не уходят режимы постоянного тока в первом каскаде УВО, стоящим ЗА коммутатором?

Виктор, посмотрите внимательно схему С1-137. Коммутатор там очень хитрый, и собственно коммутирующие каскады - это не ключи, которые либо пропускают сигнал, либо нет, а некие усилители с общей базой. Собственно, потенциалы на этих базах и управляют ими. Причем в каждое плечо включены два идентичных каскада параллельно, которые управляются противофазными сигналами, так что в любой момент времени один из каскадов выключен, а другой - включен. Интересно, что выходы тех каскадов, которые включаются в то время, когда канал не подключен к выходному УВО, закорочены между собой и подсоединены в середину симметричного делителя напряжения, концы которого связана с сигнальными линиями.. Честно говоря, я и сам толком не понимаю, как все это работает, но похоже, что все сделано для того, чтобы режимы не зависели или зависели очень мало от того, сколько каналов включено.

Кстати, сегодня утром все-таки дособирал коммутатор и разместил плату на штатном месте. Все работает прекрасно, переходные процессы стали существенно менее выраженными. Попробовал и режим суммы - по крайней мере на 2 Мгц меандре претензий нет. Форма хорошая, амплитуда удваивается фронты правильные.

П.С. Хотя по правде говоря, я не понимаю, в какой ситуации может понадобиться измерять сумму напряжений в разных точках. Вот РАЗНОСТЬ (т.е. с инверсией одного канала) - это другое дело, это нужно и порой часто. Кстати, в разностном режиме можно и сам прибор настраивать. Отладить один канал по АЧХ и ПХ, включить этот режим и подстраивать второй канал, минимизируя разностный сигнал. Разумеется, нужно будет соблюсти все меры, чтобы сигналы на входах были идентичны. Одинаковые щупы, одинаковая длина кабеля итд..

[ВикторС]

Валентин,
спасибо за объяснение работы коммутатора. Нужно будет посмотреть, для сравнения - есть ли режим "Сумма" в других двухканальных осциллографах. Сам режим "сумма без инверсии" полезен когда рассматриваем, например, диыыеренциальный выход бустера витой пары, или мостового УМЗЧ итп - там, где исследуемые сигналы противофазны и важно понять их расхождение.

Нашёл интересный операционник для первого каскада УВО - AD8067 FET Input 54MHz @ G=+10 640 V/μs slew rate Внешние полевики не нужны. Защитные диоды уже внутри. На вход можно поставить высокоимпедансный делитель 1:100 и интегратор постоянного напряжения, а на выход - низкоимпедансный делитель.
На Mouser.com эти оу по 7 долларов. На Али, у двух продавцов, судя по отзывам, подделки.
Есть ли идеи, где оу AD8067 купить по ценемене 7 долл in&

Сссылка на AD8067 на Маузере:
https://ru.mouser.com/ProductDetail/Ana ... yjwg%3D%3D

[ВикторС]

Коллеги привет,

Провёлизмерение ёмкости полевиков, находящихся в моём распоряжении.
Измерял транзистор - тестером, в режиме проверки диодов (измеряет и ёмкость)
И самодельным стрелочным мультиметром, измеряющим ёмкости от 1 до 100пФ на частоте 2,4МГц
Результаты немножко удивительные.
КП303Е - 4пФ
КТ303И - 4пФ
КП307А - 3пФ
КПС104А - 3пФ
КПС104Д - 4пФ
BF245A - 6пФ - куплены на Али.
2SK117 - 22пФ - ожидаемо - эти ПТ используются в электронных коммутаторах

Как мне представляется, в Истоковом повторителе входного каскада УВО, можно использовать любые из вышеперечисленных ПТ, за исключением 2SK117, а если интересно, чтобы входной каскаду УВО, на ПТ, работал как дифференциальный усилитель, лучше выбрать КП307А или КПС104А. Остальные - лучше в каскодном включении.

[Valentin Gvozdev]

Итак, некоторые последние новости по настройке-наладке нового осциллографа. Если все выводы сформулировать кратко и емко - то постепенно выясняется, что далеко не везде СВЧ-транзисторы типа КТ368, 363 и иже с ними полезны. И во многих местах гораздо оптимальнее использовать куда более низкочастотные КТ3102, 3107 и подобные, причем без существенных ухудшений основных параметров.

И хотя в целом все уже работало, внимательные наблюдения говорили о том, что все работает не совсем так , как надо. Основные возбуды были убраны несколько дней назад, тем не менее внимательное разглядывание картинки сигнала на втором канале говорило о том, что где-то что-то все-таки генерит на ВЧ. Ибо в отдельных местах сигнал выглядел излишне волнистым и размытым, вдобавок выяснилось, что АЧХ обоих каналов почему-то зависит от того, к какому из них подключен синхровход. Зависимость была небольшой, но все-таки заметной, особенно выше 30-40 Мгц. Также совершенно не радовало то, что регулировка частотной коррекции выходного УВО в некоторых ее положениях приводила к скачкообразному изменению и коэффициента передачи, и даже режима по постоянному току, чего очевидно не должно быть. Все это говорило только об одном - имеет место скрытый самовозбуд на очень высоких частотах, коорый мы не можем наблюдать на ЭЛТ..

К счастью, у меня есть замечательная штука под названием Osa130mini, которая имеет полосу пропускания около 500 Мгц, а с некоторым завалом - и выше. И как только я подключил ее ко входу выходного УВО, все стало очевидно - помимо полезеных сигналов, там с высоким уровнем присутствовали "палки" выше 300 Мгц (!). Причем сразу несколько. И которые плавали по частоте, исчезали и появлялись при кручении ручек и подстроечных элементов. Самые сильные из них вылезали, когда выходной УВО подстраивался в режим максимального динамического диапазона и "гасились" только при определенных положения корректировочных конденсаторов. Тут стало понятно, почему меняются режимы по постоянному току при регулировке АЧХ этого каскада.

Заменой входных транзисторов выходного УВО на КТ 3102 с одновременным заземлением их баз через емкости в 0.033 мкф удалось почти полностью побороть этот эффект. Почти - поточу что, загнав усилитель в режим, далекий от оптимума, возбуд вновь появляется.. Но в оптимуме от него и следа не осталось. И это стало заметно даже на картинке - она стала куда более четкой и гладкой, исчезла большая часть волнистости, а регулировка АЧХ выходного каскада приводила лишь к изменению именно АЧХ, а не общего усиления.. Причем сама АЧХ если и пострадала, то несильно и запросто вытягивалась до прежнего уровня подстроечными элементами.

Все было бы хорошо, но вот при включении второго канала небольшие ненужные палки (в других местах) появлялись вновь. На этот раз в районе 220 Мгц, 400 с чем-то и выше 600. Собственно, первую составляющую и было видно на экране в виде ВЧ-волн полсе каждого фронта сигнала. Причем эта генерация оказалась на редкость устойчивой. Надевание ферритовых колец на все транзисторы, касание пальцами всех цепей не могли сорвать ее. Методом научного тыка вкупе с интуицией было установлено, что "блудят" транзисторы коммутатора.
Пришлось и их менять на КТ3107. И как только это было сделано, от ВЧ-палок в спектре не осталось и следа. Только полезный сигнал, да небольшой "забор" из-за работы развертки и коммутатора каналов. И сигналы стали ровненькие, исчезла зависимость их формы от того, включен ли один канал или два, откуда идет синхронизация. Да и регулировка обоих УВО имеющимися подстроечниками не приводила ни к каким возбудам. Все стало хорошо и устойчиво. Причем АЧХ хоть и немного просела, но по прежнему вытягивалась до граничной частоты 45-50 Мгц.

Теперь, глядя на исходную схему, начинаешь понимать, что КТ361 в коммутаторе там стоят недаром. Конструктора знали, что и зачем делают. Так что даже в относительно широкополосных устройствах порой не стоит отказываться от старых добрых 3102, 3107, 315, 361 и тому подобных.

[ВикторС]

Валентин,
Большое спасибо за внимание, уделённое самовозбуду и звону СВЧ транзисторов в УВО
Низкоомные резисторы, в базовых цепях транзисторов УВО, как раз призваны бороться с этим возбудом