Каталог радиолюбительских схем

В. Тарасов

Прибор предназначен для снятия вольтамперных характеристик (ВАХ) двух- и трехполюсников. При снятии характеристик трехполюсных элементов потенциал одного из электродов фиксируется на время снятия одной ВАХ.

Структурная схема прибора представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема характериографа:

Цикл работы прибора определяется системой управления. Система состоит из двух ждущих мультивибраторов — мультивибратора 1, задающего время действия пилообразного напряжения, и мультивибратора 2 времени восстановления начального состояния устройства; двух триггеров (10, 11), управляющих электронными ключами суммирующих усилителей “X” и “У” (18, 19), и трех триггеров, определяющих входные сигналы цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Ступенчатое напряжение с выхода усилителя ЦАП 6 инвертируется (инвертором 8), и в зависимости от типа исследуемого устройства или элемента прямое или инвертированное напряжение определяет фиксированный параметр на время воспроизведения на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) одной ВАХ.

В результате реализации полного цикла работы устройства на экране ЭЛТ воспроизводится восемь вольтамперных характеристик, Перед воспроизведением характеристик на экране электронный луч “прочерчивает” оси абсцисс и ординат.

В рабочем режиме (режиме измерения) отклонение луча вдоль оси абсцисс пропорционально заданному напряжению, подаваемому на исследуемый прибор или устройство с генератора пилообразного напряжения. Отклонение луча вдоль оси ординат пропорционально току исследуемого прибора или устройства.

Система управления определяет следующий порядок прохождения сигналов через электронные ключи суммирующих усилителей “X” и “У”:

1. Задаваемое пилообразное напряжение подается на вход канала “X” для “прочерчивания” оси абсцисс.

2. Пилообразное напряжение подается на вход канала “У” для “прочерчивания” оси ординат.

3. Задающее пилообразное напряжение подается в канал “X”, а напряжение, пропорциональное измеряемому току исследуемого устройства,—в канал “У” (на этом этапе отображаются восемь вольтамперных характеристик).

Затем весь цикл работы прибора повторяется. Перед началом каждого цикла устройство сброса устанавливает все триггеры в начальное состояние. В зависимости от типа испытываемого элемента (устройства) переключателем ' В2 выбирают требуемый режим питания (соответствующую полярность ступенчатого и пилообразного напряжений).

Для калибровки оси ординат служит образцовый резистор Rобр, который подключается вместо испытываемого устройства переключателем ВЗ. Модуляция яркости электронного луча трубки осуществляется импульсом, формируемым системой управления на время прямого хода генератора пилообразного напряжения. Переключателем В1 определяется режим работы прибора (ручной или автоматический). Кнопка К.н1 служит для запуска прибора.

Для более четкого представления о работе прибора рассмотрим некоторые его основные узлы.

Рис. 2. Принципиальная схема генератора пилообразного напряжения

Генератор пилообразного напряжения 13. В качестве задающего генератора пилообразного напряжения применяется устройство, в котором используется заряд конденсаторов С2, СЗ от источника постоянного тока, собранного на транзисторе Т2 (рис. 2). Разряд конденсаторов происходит через диоды Д1—ДЗ и транзистор Т], который работает в ключевом режиме. Он управляется импульсом от ждущего мультивибратора. Длительность импульса мультивибратора, определяющего время прямого хода пилообразного напряжения, составляет приблизительно 1,4 мс. С выхода составного эмиттерного повторителя на транзисторах ТЗ—Т5 сигнал поступает на делитель напряжения, состоящий из резисторов R13—R15.

Рис. 3. Принципиальная схема выходного каскада положительного линейно возрастающего пилообразного напряжения

Выходные каскады пилообразного напряжения. Сигнал задающего генератора пилообразного напряжения с делителя поступает на выходной каскад 14, формирующий положительное, линейно возрастающее пилообразное напряжение. Выходной каскад (рис. 3) представляет собой инвертирующий операционный усилитель, коэффициент передачи которого определяется отношением сопротивлений резисторов R1 и R4, R9 (при условии, что коэффициент передачи усилителя без цепи обратной связи намного больше 1). Усилитель состоит из дифференциального каскада на транзисторах Т1, ТЗ с генератором тока, включенным в их эмиттерные цепи (транзистор Т2), и составного эмиттерного повторителя (транзисторы Т4, Т5). Усилитель обладает низким выходным сопротивлением.

Рис. 4. Принципиальная схема выходного каскада отрицательного линейно уменьшающего пилообразного напряжения

Схема выходного каскада (рис. 4), формирующего отрицательное линейно уменьшающееся пилообразное напряжение, аналогична схеме описанного выходного каскада. Отличие состоит лишь в применении в его узлах других типов транзисторов.

Рис. 5. Принципиальная схема усилителя измерения тока

Узел измерения тока. Пилообразное напряжение с выходных каскадов через переключатель В2 (см. рис. I). подается на узел измерения тока (рис. 5), особенностью которого является питание от “плавающего” источника. Переключателем В4 выбирают необходимый интервал измеряемого тока. Напряжение, пропорциональное измеряемому току, действующее на одном из резисторов R1—R3, подается на вход балансного усилителя 16.

Балансный усилитель состоит из входного и выходного дифференциальных каскадов соответственно на транзисторах Т1, Т4 и T2, ТЗ. Резисторы R17—R19 служат для устранения смещения балансного усилителя при переключении диапазонов измеряемого тока. Балансировка усилителя осуществляется переменным резистором R9. Выходным напряжением балансного усилителя узла измерения тока является сумма соответствующего пилообразного напряжения и напряжения, пропорционального измеряемому току.

Рис. 6. Принципиальная схема суммирующего усилителя тока

Чтобы выделить составляющую напряжения, пропорциональную измеряемому току, применен суммирующий операционный усилитель 17 (рис. 6). Операционный усилитель выполнен на основе усилителя, примененного в выходных каскадах генератора пилообразного напряжения. На один из входов суммирующего усилителя подается выходной сигнал балансного усилителя, а на второй через резисторы R1, R1' или R2, R2' — напряжение для компенсации пилообразного напряжения. Переменным резистором R5 устанавливают нулевой выходной потенциал операционного усилителя.

Рис. 7. Принципиальная схема суммирующих усилителей

Суммирующие усилители “X” и “Y” 18 и 19 (рис. 7) служат для распределения сигналов на входы усилителей отклонения луча ЭЛТ за время цикла работы прибора. Каждый из них состоит из входного делителя, коммутируемого переключателем В5, электронного ключа (МС1) и операционного усилителя (транзисторы Т1, ТЗ и T2, Т4}. На вход усилителя “X” поступает соответствующее пилообразное напряжение, а на входы усилителя “Y” - соответствующее пилообразное напряжение и напряжение, пропорциональное измеряемому току. Управление электронными ключами осуществляется триггерами 10 и 11.

Усилители отклонения “X” и “Y”. Принципиальная схема усилителей отклонения XV” и “У” 21 и 20 приведена на рис. 8.

Каждый из усилителей представляет собой четырехкаскадный дифференциальный усилитель.

Для управления лучом ЭЛТ предусмотрены следующие регулировки: балансировка (переменный резистор R19), усиление (R12) и перемещение (R9).

Более подробное описание аналогичной схемы усилителя дано в статье “Малогабаритный осциллограф”, опубликованной в журнале “Радио”, 1974, № 8.

Усилитель с цифро-аналоговым преобразователем (усилитель ЦАП) (рис. 9) служит для формирования ступенчато изменяющегося напряжения отрицательной полярности. Он представляет собой суммирующий усилитель, на вход которого подключен ЦАП (резисторы R1—R3). Резистором R6 устанавливают начальный уровень выходного ступенчатого напряжения.

Для формирования ступенчато изменяющегося напряжения положительной полярности применен инвертирующий операционный усилитель 8 с коэффициентом передачи, равным 1 (рис. 10).

Инвертор состоит из входного эмиттерного повторителя (транзистор T1), усилителя на транзисторах T2, ТЗ и выходного эмиттерного повторителя (транзистор Т4). Коэффициент передачи усилителя зависит от отношения сопротивлений резисторов R1 и R3, R9. Если начальный уровень выходного напряжения инвертора необходимо будет регулировать независимо от начального уровня выходного сигнала усилителя ЦАП, следует предусмотреть аналогичный резистор во входной цепи инвертора.

Устройство сброса состоит из ждущею мультивибратора 7 (рис. 11) и каскада 9 на транзисторе Т1, формирующего отрицательный импульс сброса (рис. 12). Этот импульс в конце цикла работы прибора устанавливает все триггеры в первоначальное состояние. Запуск ждущего мультивибратора осуществляется положительным фронтом выходного сигнала триггера 5.

приведена на рис. 13. Напряжения питания электродов трубки подаются с делителя, который подключен к высоковольтному источнику. Переменным резистором R5 регулируют яркость луча, a R7 — его фокусировку.

Импульс подсвета, сформированный модулятором яркости 12 (рис. 14), через высоковольтный стабилитрон (Л2 на рис. 12) подается на модулятор ЭЛТ. Модулятор яркости представляет собой операционный усилитель, на вход которого подается отрицательный импульс со ждущего мультивибратора, определяющий время прямого хода пилообразного напряжения. Принципиальные схемы триггера и ждущего мультивибратора приведены на рис. 15 и 11.

Все узлы характериографа собраны на дискретных элементах, которые в значительной своей части могут быть заменены интегральными схемами. На это следует обратить внимание при изготовлении прибора.

Конструкция. На горизонтальном шасси прибора установлены семь плат, на которых смонтированы электронные узлы. Блок питания прибора расположен на отдельном шасси.

Все органы управления прибором выведены на переднюю панель. Съемные крышки обеспечивают свободный доступ к узлам прибора.

Для переноски прибора предусмотрены две ручки. Подставка, укрепленная снизу прибора, позволяет устанавливать прибор под определенным углом. Внешний и внутренний виды прибора представлены на рис. 16.

Налаживание характериографа для опытных радиолюбителей, решивших построить прибор, особой сложности не представляет и здесь не описывается.