Осциллограф на ЭЛТ своими руками.

[El-Eng]

Валентин, не буду рекламировать свою схему, хотя она легко пересчитывается под нужные напряжения, просто хочу озвучить некоторые нюансы, которые можно не учесть при проектировании/использовании схемы бланкирования.
1. Во время прямого хода напряжения на бланкирующих пластинах и втором аноде должны быть равны или очень близки друг к другу.
2. Напряжение на втором аноде не должно отличаться от среднего напряжения на отклоняющих пластинах более чем на 20В (для 8ЛО6И) в любую сторону.
3. Если вы делаете осциллограф с линией задержки, то время включения луча критически важно, это будет основное время, на которое нужно задерживать сигнал, поскольку относительно высоковольтный быстродействующий ключ сделать труднее, чем низковольтную схему.

[Valentin Gvozdev]

Большое спасибо за ценные советы и соображения. Линии задержки у меня скорее всего не будет. Честно говоря, ввязываться в ее изготовление не очень хочется, по мне лучше отдать приоритет не возможности просмотра фронта запускающего импульса, а максимальной полосе УВО и оптимальной ПХ.

А сейчас актуальная задача - запуск УГО в "настольном" варианте без ЭЛТ (понимаю, что так всех нюансов не увидишь и точную настройку не произведешь, но это хотя бы позволит понять, насколько хорошо все работает и нет ли грубых ошибок/косяков. Н а потом предстоит слесарка с изготовлением горизонтальной перегородки в корпусе, размещению ЭЛТ, высоковольтного узла ее питания и скорее всего, остальных питальников (как наиболее критичных узлов с точки зрения габаритов). А также уже готовых плат КГО, которые будут располагаться в верхней части корпуса. По предварительным прикидкам все должно уместиться.
Ну а когда все это будет готово, можно будет ради эксперимента взять, скажем, сигнал с выхода КВ-трансивера и подать его на вертикальные отклоняющие пластины, а через аттенюатор завести его же на вход синхронизации. И посмотреть, как весь КГО работает в целом - устойчивость синхронизации, линейность на быстрых развертках, диапазон горизонтального смещения, адекватность пределов регулировки штатными подстроечниками итд.

[ВикторС]

Как я понимаю, для корректного включения ЛЗ на витой паре, потребуется четыре резистора = согласования по входу и выходу ЛЗ.При трассировке ПП, можно предусмотреть место для ЛЗ перед выходным каскадом, и развести там контактные площадки для этих деталей. Когда весь УВО будет отлажен по АЧХ и ПХ, можно вернуться к ЛЗ, и посмотреть её влияние на картинку.
Себе, в С1-73, я добавил функцию отключения ЛЗ. В основном работаю без неё.

[Valentin Gvozdev]

Виктор, у меня выходной усилитель КВО (перед которым в схеме С1-137 стоит линия задержки) будет отдельной платой. Разумеется, штатные согласующие резисторы я в схему заложу. Так как до конца не исключаю, что все-таки попробую испытать линию задержки - а вдруг все окажется не так уж и плохо и страшно. Но все это будет не так уж и скоро. Ибо времени немного, а объем работ весьма приличный.

[ВикторС]

Коллеги привет,

Вот вопрос сильным теоретикам и тем, кто дружит с компьютерными симуляторами электронных схем.
На рисунках ниже - два широкополосных эмиттерных повторителя, схемы которых известны очень давно.
И обратите внимание - Tektronix, в своём осциллографе, исполльзует менее затейную схему включения транзисторов.
Мне интересно, что покажет симуляция схемы - какой из вариантов таких, двухтранзисторных, ЭП лучше по ширине полосы, нагрузочной способности, линейности, и другим параметрам, могущим оказаться важными при использовании в широкополосном тракте УВО и/ или УГО? Понятное дело, что напряжение питания. для нашего случая, должно быть двухполярным +/-12D, для удобства, и номиналы эмитерных резисторов, по возможности малы для расширения полосы и сопоставимы)
Заранее благодарю за моделирование и описание результатов теста.

[SM898]

Виктор, привет. Сразу скажу, что симулятора нет и не предвидится. Но...
Первая схема - это вообще-то не совсем эмиттерный повторитель, а вовсе,
как бы усилитель. Если между эмиттером первого транзистора и коллектором
второго вместо перемычки включить резистор, то отношение сопротивления
этого резистора к R4 будет определять Ку усилителя. И чем больше Ку - тем уже
полоса. Делал такие давненько, и даже не один раз, последний раз делал по подобной
схеме щуп для осциллографа с Ку +20, для ковыряния в звуке, что бы люди
могли смотреть что-то ниже милливольта.
Касаемо второй схемы - здесь обычный двухкаскадный ЭП, со всеми его достоинствами
и недостатками. Разные проводимости транзисторов применены для того, что бы
скомпенсировать падение на эмиттерных переходах и, соответственно сдвиг
уровня постоянной составляющей сигнала.

[ВикторС]

Коллеги, SM898,

На самом деле, с первой схемой я путанул, и привёл только похожую на ту, что интересно обсудить.
Вот, для удобства, сделал скриншот и коллаж.
Смысл вопроса прежний. Чем представленный широкополосный эмиттерный повторитель хуже или лучше того, что использован в УВО Tektronix-221?

[El-Eng]

Чем представленный широкополосный эмиттерный повторитель хуже или лучше того, что использован в УВО Tektronix-221?

Если Вы читаете по-английски, то рекомендую прочесть статью Стива Роча (Steve Roach) "Signal Conditioning in Oscilloscopes and the Spirit of Invention", в Интернете ее легко найти. В ней содержится много полезной информации о построении входных цепей осциллографов. В частности, дается ответ и на Ваш вопрос. Я приведу здесь перевод этого абзаца.
"Наш простой истоковый повторитель все же имеет серьезную проблему. Высокая проводимость сток-исток полевого транзистора формирует с сопротивлением истока делитель напряжения, ограничивающий усиление истокового повторителя до 0.91. Предварительный усилитель легко справится с таким усилением, но реальная проблема - температурная стабильность. И крутизна, и выходное сопротивление изменяются с температурой, хотя и во взаимно компенсирующих направлениях. Но мы не можем полагаться на этот эффект взаимной компенсации для поддержания стабильного усиления. Решение - использовать следящую связь в цепи стока. ... Схема (следящей связи) заставляет напряжения на стоке и истоке следовать за напряжением на затворе. Истоковый повторитель со следящей связью работает при практически неизменном токе и с практически постоянными напряжениями на выводах. Следящая связь удерживает усиление высоким, рассеиваемую мощность постоянной, а искажения низкими."

[ВикторС]

El-Eng,

Спасибо за внимание к моему вопросу. Указанная статья у меня есть и в русском и в английском вариантах, и я хорошо владею английским, в добавок. И ещё я прверяю ВСЕ схемы, которые делаю, на температурную стабильность. У меня есть специально отобранный у жены фен, с функцией подачи холодного воздуха. Можно быстро нагреть и охладить собранну. схему, чтобы проверить её термостабильность. Бытовой фен хорош тем, что у него очень маленькая теплоёмкость - холодный воздух сменяет горячий очень быстро.
Говоря про следящую связь, Вы обосновали схемное решение, применённое Вами, в части его термостабильности.
А мне интересно разобраться со схемой, которую использовал Тектроникс. Они просто поставили два ЭП подряд, без всяких следящих связей. Я так делал, когда мне нужно было термостабилизировать генератор развёртки - пара ЭПPNP-NPN подключалась к истоку буфера ЛНН и формировала сигнал для цепи обратной связи.
Это действительно стойкая к изменеиям температуры схема. А что с частотными свойствами последовательно соединённых ЭП в сравнении с ЭП (ИП) со следящей связью?

[El-Eng]

Говоря про следящую связь, Вы обосновали схемное решение, применённое Вами, в части его термостабильности.

Не совсем так. В первую очередь, мне была важна близость коэффициента передачи повторителя к единице. Дело в том, что в применённом мной входном усилителе сигналы НЧ и ВЧ идут по разным каналам и чем ближе коэффициент передачи повторителя к единице, тем легче их согласовывать и тем меньше остаточное рассогласование.

А что с частотными свойствами последовательно соединённых ЭП в сравнении с ЭП (ИП) со следящей связью?

Я промоделировал две схемы а ля Тектроникс, которые отличались тем, что во вторую была введена следящая обратная связь в виде истокового повторителя в цепи стока входного транзистора. Частота среза у обеих схем практически не отличалась, у схемы со следящей связью она была чуть ниже из-за более крутого спада АЧХ, у нее же выброс АЧХ возле частоты среза был чуть больше. Чуть больше у нее был и коэффициент передачи. А вот входная емкость у схемы со следящей связью существенно меньше, чем у схемы без следящей связи. Это, очевидно, важно при построении выносного щупа с малой входной емкостью, но вот насколько важно в осциллографе - вопрос.

[ВикторС]

El-Eng,
Спасибо за моделирование указанных схем и замечание о входной ёмкости.
Я правильно понимаю, что Вы моделировали только схему Тектроникса - дав ЭП, включённых последовательно и ПТ-буфер перед ними и НЕ моделировали широкополосный повторитель со следящей связью из Wireless World?
Мне интересно какие граничные частоты, по уровню -3дБ, показало моделирование повторителя на последовательных ЭП?

[El-Eng]

Я правильно понимаю, что Вы моделировали только схему Тектроникса...

Правильно. Мне хотелось выяснить, что же дает введение следящей связи. Схема из Wireless World вряд ли подходит в качестве входного повторителя осциллографа.

... какие граничные частоты, по уровню -3дБ, показало моделирование повторителя на последовательных ЭП?

130 МГц для схемы со следящей связью и 160 МГц без нее. В качестве полевых транзисторов были взяты PMBFJ309, в качестве биполярных BC846-BC856. В цепь затвора добавлен резистор 100 Ом, повторители нагружены на емкость 10 пф.

[ВикторС]

El-Eng,
Спасибо за уточнения.
Апетров, в своей статье, говорит, что напряжение отсечки, у ПТ, образующих пару со следящей связью, должно быть различно. Вы как то учитывали значение напряжения отсечки используемых транзисторов при моделировании и при исполнении "в железе"?

[El-Eng]

Различное напряжение отсечки необязательно. Важно, чтобы полевые транзисторы при нужном токе стока находились в области насыщения (рабочая область для ПТ в усилителе). Поэтому были выбраны транзисторы, способные, с учетом разброса напряжения отсечки, работать при питании ±5В, PMBFJ309. Модель показала, что с ними все должно получиться. Я купил их с избытком, чтобы, если потребуется, отобрать нужные. Но, как оказалось, отбор не потребовался. Пять экземпляров повторителя заработали сразу, причем реальные напряжения оказались близкими к модели. Возможно, мне просто повезло и все транзисторы в партии оказались с нужным напряжением отсечки.

[bor1]

El-Eng можете выложить на обозрение схему преобразователя на 2153 ? Пришлось воевать с пульсациями? Почему выбрали схему без обратной связи?

[El-Eng]

... можете выложить на обозрение схему преобразователя на 2153?

Пожалуйста.

Спойлер

PS.png

(36.83 КБ) 1749 скачиваний

Схема стандартная. Полумостовой преобразователь выбран потому, что требует меньше витков в первичной обмотке, а главное потому, что мощный транзистор не сгорает при сбое генератора. Несколько запутанная схема коммутации вторичных обмоток связана с тем, что они наматывались жгутами и в несколько секций. Кроме того, выпрямители на 50 и 70 вольт сделаны в виде вольтодобавки. Высоковольтный умножитель EV1 - схема умножения на шесть из 6 диодов 2CL73 с конденсаторами 2200 пФ плюс П-образный фильтр, собранная на весу и залитая эпоксидной смолой.

Пришлось воевать с пульсациями?

С пульсациями, а, точнее, наводками повоевать пришлось. Преобразователь был помещен в экран из белой жести, а все основные узлы и соединительные провода были заэкранированы. Было обнаружено, что входную землю (GNDI) лучше соединить в одной точке с корпусом напрямую, а не через резистор (ну и т.д.). Полностью, правда, избавиться от помех не удалось, если присмотреться они все же видны, хотя и еле различимы.

Почему выбрали схему без обратной связи?

Схему без обратной связи я выбрал потому, что стабильность напряжения низковольтных цепей и напряжения катода ЭЛТ обеспечивается линейными стабилизаторами, а возможная нестабильность остальных напряжений не играет большой роли. Единственное, на что нужно было обратить внимание, это величина напряжения накала. Но поскольку накал находится под потенциалом -680В, то легче просто стабилизировать питание преобразователя, установив его таким, чтобы напряжение накала было 6.3В.

Тех, кто решит делать подобный блок на 2153 или имеющий аналогичный принцип работы (с паузой между включениями мощных транзисторов), я хочу предостеречь от включения преобразователя на холостом ходу. Дело в том, что во время паузы, когда оба транзистора закрыты, блок ведет себя как обратноходовой преобразователь: в этот момент на холостом ходу на обмотках трансформатора имеется выброс напряжения. Конденсаторы выпрямителей заряжаются до амплитуды этого выброса, которая существенно превышает рабочее напряжение. Этот эффект особенно опасен для высоковольтных цепей. При работе под нагрузкой этот эффект проявляется слабо, поскольку энергия этого выброса сравнительно невелика и полностью поглощается нагрузкой.

[Electricman]

Честно говоря, в таком блоке питания не хорошо пускать переменную составляющую через электролиты (по первичке) - лучше бы зашунтировать их плёнкой/керамикой.

А сам подход здравый всё же - малогабаритно и любые напряжения, на любой вкус. Хотя и полумостовая топология не особо оптимальна на низких напряжениях, всё же это неплохое решение.

Сам сейчас вожусь с питальником индикаторной части. На 2153, пока малогабаритно, но греется трансформатор. Это так оставлять нельзя.

[El-Eng]

Честно говоря, в таком блоке питания не хорошо пускать переменную составляющую через электролиты (по первичке) - лучше бы зашунтировать их плёнкой/керамикой.

Там стоят конденсаторы Jamicon серии WL, у них импеданс на 100 КГц при 20 градусах 0.062 Ома, зачем их шунтировать?

Полумостовая топология была выбрана еще и из-за того, что она позволяет получить лучшую симметричность работы - единая первичная обмотка на обе полуволны напряжения. С этой же целью в умножителях число звеньев четное. А напряжение питания там не такое уж и маленькое - около 17 вольт.

[Electricman]

Ну, если специальные для импульсных систем - можно и не шунтировать. Но по хорошему - таки надо.

17В - таки низковато. Лучше хотя бы 24.

[El-Eng]

Но по хорошему - таки надо.

Да кто ж мешает-то?

Лучше хотя бы 24.

Нет, расчет был на то, чтобы можно было питать осциллограф и от 24В блока питания, а у меня там перед преобразователем импульсный стабилизатор, ему тоже "вольтаж" ( ) нужен.