Осциллограф на ЭЛТ своими руками.

[add.ocean]

Valentin Gvozdev,
кстати жаль что не срисовали схему hoden 250
возможно там лежит секрет как сделать 250 из 100.
я не верю что там сильно разный кабель.
скорее всего это более сложная коррекция с индуктивностью.
у меня снять хвостовик не получилось
подобные платки бывает можно рассмотреть получше вблизи яркой лампы на просвет, так что дорожки просвечивают. там снизу заглянуть можно. а компоненты можно измерить.

попробовал UNI-T 200МГц https://www.chipdip.by/product/ut-p05
ну что, работает. по времени нарастания примерно как ходен 250. выбросы на АЧХ сильнее раза в 2. Общее ощущение от пластмассы - подешевле. впрочем, их рекомендуемая цена 12,5 долл. так что, на эти деньги неплохой вариант.

[Valentin Gvozdev]

https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php ... 9#p3247259 - вот нашел сообщение с о снятыми АЧХ различных щупов. К сожалению, там нет серии HP-21xx, но HP-9250 есть и выглядит очень неплохо. До 200 Мгц АЧХ очень и очень ровная. Так что для приборов с полосой в 100 Мгц это самое то.

Кстати, косвенно это подтверждается и моими экспериментами. Настраивая предыдущий прибор вместе с щупом HP-2100, я много раз удивлялся, почему при подключении генератора Осы напрямую ко входу коротким (10-15 см) куском коаксиала, импульсы отображаются с сильно закругленными краями, при том, что там уже с генератора имеются приличные выбросы. А АЧХ начинает валиться чуть ли не с 15 Мгц, затем выходя на длительную полку. Списывал это на влияние емкости и кабеля.

А сейчас подключил новый прибор, настроенный вместе со щупом HP-9250, таким же образом, и увидел красивые импульсы с должным выбросом, а также ровную АЧХ почти до 50 Мгц. Очень похоже, что кабель тут не при чем, а прочто собственная АЧХ HP-9250, в отличие от HP-2100 (тем более, заземленного проводком), является ровной. Соотвественно и тракт, настроенный вместе с ним, имеет ровную АЧХ. И в итоге все сходится и нет никаких чудес и странных эффектов.

[Valentin Gvozdev]

В общем, похоже, что проект практически полностью завершен. Разобрался с УГО (после долгих экспериментов стало ясно, что он нормально работает ТОЛЬКО с КТ399 в качестве предвыходных, и только в случае их подбора по h21е), немного подправил монтаж, закрыл все крышки корпуса, приделал сзади радиатор. Осталось немного пооптимизировать вертикальный тракт и, в частности RL-цепочки перед трубкой, хотя и то что есть сейчас, очень и очень неплохо.

Также при тщательном исследовании заметил некоторую разницу в форме скоростных импульсов при переключении низкоомного аттенюатора, причем положение 1:1 выделяется больше всех. Разница невелика , но она есть. Так что попробую поиграться с земляным проводником - может быть, удастся улучшить.

А чтобы окончательно закрыть для себя тему самодельных осциллографов, появилась идея заказать тороидальный транформатор питания и для предыдущего аппарата. Так удастся избавиться от магнитной наводки на ЭЛТ (там она все-таки есть), уменьшить тепловыделение, разнести питание УВО и УГО, сделав для последнего 50-60 Вольт (как оказалось, этого вполне достаточно). В таком случае сам оконечный УВО можно будет перенести к трубке (как в новом приборе), что скорее всего очень хорошо скажется на полосе и динамическом диапазоне. Особенно если в оконечник поставить те же КТ913. А то сейчас свои 50 Мгц он линйено разворачивает лишь на 5 делений из 6.

[add.ocean]

Valentin Gvozdev,
немного жалко т.к. вы будуте здесь меньше писать, но в то же время, проекты надо завершать и крышки закрывать. пора уже пользоваться )

могли бы вы дать советы по доработке серийных осциллов (на примере моих С1-118А) для расширения полосы малыми услилиями?

коррекцию я сделал более правильно (добавил цепь корекции в предварительном УВО и распределил рост усиления между предв. и оконечным УВО).
ЛЗ я поставил такую которая больше не ограничивает полосу.

что можно еще сделать?
скажем, замена выходных и предвыходных транзисторов (сейчас КТ940 и КТ368), а может и части транзисторов в предварительном УВО (сейчас КТ368)

снизить напряжение питания УВО и увеличить ток через транзисторы в 2 раза? (увеличить радиаторы или даже поставить вентиляторчик?)
поставить оконечный УВО возле выводов трубы на отдельной платке (место есть) и подвести провода ЛЗ прямо к нему?

--------------------------------------------------------------------

Я все еще думаю о снижении влияния осцилла на исследуемую цепь (снижении емкости)
и есть вот какие соображения.
типичный осцилл слишком уноверсальный, и технологичный. я поясню как можно улучшить параметры путем отказа от этого.

в типичном осцилле есть внутренний делитель 1:100 как минимум, и он переключается (1:1 1:100). но у нас и так есть пробники 1:10, и возможно даже 1:20 и 1:100. зачем делим сигнал 2 раза?


если надо 50 Ом вход,
можно поставить резистор 50 Ом прямо возле входного полевого транзистора и подвести коаксиальный кабель 50 Ом от входного гнезда прямо к ПТ. чувствительность можно уменьшать резисторами на другом конце кабеля (там где исследуемая цепь).

если надо 1МОм вход,
каналы можно сделать жестко 1:1, убрать переключатели в цепях от входного разъема до ПТ, и резко уменьшить длину пути цепей и значит емкость. Заодно уменьшатся отражения резонансы и звон. Я предполагаю что таки путем, 15 пФ на входе советского бытового осцилла точно будет. те сантиметры кабеля от разъема до ПТ можно провести таким же высокоомным кабелем что и кабель пробника, кстати.

у такого осцилла макс предел будет где-то 100мВ на клетку.

чтобы сохранить диапазон измерений, просто используются обычные пассивные пробники 1:10 и 1:100, и в идеале - активный пробник с усилением 10 и даже, НЧ пробник с усилением 100.

[ВикторС]

add.ocean,

Пока мы ждём предложений Валентина, по доработке с 1-118А, подкину несколько своих. Кратко.
1) Во входной части УВО, добавить, в низкоимпедансный делитель, резисторы, нормирующие выходное сопротивление делителя (оно равно 120 Ом), для любого из поддиапазонов (как сделано в С1-131)
2) После низкоимпедансного делителя, перед входным каскадом, поставить парафазный эмиттерный повторитель, для минимизации эффекта Миллера у первого каскада (с ООС по эмиттерам).
3) Сделать отключение (согласованный обход) ЛЗ, для расширения полосы и исключения неравномерноси АЧХ, вносимой ЛЗ.
4) в выходном каскаде УВО, ЭЛТ подключить через Т-катушки, или, хотя бы, собрать коллекторные резисторы 1,5КОм из тр1х, последовательных 470+510+510 Ом, для увеличения индуктивности в нагрузке каскада.
5) В блоке развёртки, ввести режим HOLD, заменив имеющиеся микросхемы ТТЛ на КМОП ТТД и добавив переменный резистор 220КОМ с +5В на коллектор VT11/
6) Ввести переключатель режимов развёртки - Ждущий - Авто (есть мнение, что штатный детектор наличия синхроимпульсов, работает плохо на "игллоподобных" сигналах.
Возможно, добавить транзисторный инвертор и ещё один разрядный транзистор для конденсатора - датчика СИ - С6, чтобы он хорошо разряжался узкими импульсами и положительной и отрицательной полярности (этот детектор - очень мутная схема - нужно сильно тестить его, импульсными сигналами ВЧ)
7) Последовательно с R31, катодом на -12В, поставить один (или два) кремниевый диод для термокомпенсации VT11 - его режим жутко плывёт, с прогревом, смещая точку окончания ЛНН.
8 ) В выходном каскаде УГО, так же использовать последовательные, нагрузочные резисторы 1,6+1,6+1,8 Ком вместо 5,1 Ком.
9) На входе внешней синхронизации, поставить дополнительный истоковый повторитель или повторитель на биполярном транзисторе, с входным сопротивлением 1МОМ для корректного согласования со стандартными щупами - делителями.
10) между движком переменного резистора "Уровень" - 2,2МОМ - и общим проводом, включить конденсатор 1 - 10нФ, для устранения помех в сторону селектора полярности СИ. Ещё лучше, отключить базу VT5, от общего провода, и, через эмиттерный повторитель, подать сигнал с регулятора "Уровень", как это сделано в С-131 и даже радиолюбительском приборе Сура. При этом R11, желательно уменьшить до 10 - 20 Ком - чем больше ток эмиттера ЭП, тем выше его быстродействие.
11) В коммутатор каналов ввести режим ADD - переключение луча выключается, сигнал с предварительных усилителей суммируется на входе выходного каскада, на дополнительной нагрузке из двух резисторов, подключаемых к шине питания, ключевым транзистором. (Этот узел/ режим не прорабатывал - нужно спросить, о его полезности у пользователей двухканальных осциллографов)
Указанные доработки требуют минимального изменения схемы и передней панели и позволяют улучшить удобство использования осциллографа.

[0leg-ch]

ВикторС,

11) В коммутатор каналов ввести режим ADD...
Этот узел/ режим не прорабатывал - нужно спросить, о его полезности у пользователей двухканальных осциллографов

Режим полезный, но только если есть возможность инверсии одного из каналов, для наблюдения разности сигналов.

И ручки перемещения луча заменить обязательно. Вместо толстых поставить тонкие, как яркость/фокус/уровень, чтобы не цеплять их при переключении В/дел и с/дел.

[ВикторС]

Да, про инверсию луча одного из каналов, в режиме ADD, забыл добавить. Предположу, что до полосы в 40 Мгц, достаточно использования реле с двумя группами контактов, напаянного перед резисторами R58, R60 второго канала. Для экономии кнопок и места на передней панели, инверсия второго канала модет включаться после нажатия на кнопку ADD.

[add.ocean]

ВикторС,

спасибо, список хороший.
А есть ли информация как рассчитать Т-катушки, или как именно они намотаны в промышленных приборах сравнимой полосы?

[ВикторС]

По Т-катушкам - информации мало.

Всё, что нарыл, в файле по ссылке. Много лирики.

От себя добавлю, что если представить связку УВО с ЭЛТ, как передатчик с антенной, то, при малых десятках пикофарад, ёмкости нагрузки, и частоте 50МГц, нужно взять 7-10 витков, на каркасе 5мм, проводом 0,5 - 0,8мми начинать пробовать методом тыка. Я бы взял кусочек текстолита, с тремя отверстиями, разместил бы на нём катушку 14 Вит, с отводом от середины и возможностью, эти витки, сильно разгибать, для уменьшения индуктивности. Или, возможно даже лучше, сначала взять четверть витков со стороны коллектора, и 3/4 витков, со стороны нагрузочного резистора выходного каскОда, как будто у нас весь фокус - только на дроссель, последовательно с резистором. Двигая витки бОльшей катушки, получить лучший, из возможных, результат, сфоткать его, перенести отвод на середину катушки и, сжатием - растяжением витков, по сторонам катушки, добиться ещё лучших результатов. Теперь уже будет видно - какую сторону нужно отмотать или домотать и насколько. Для движения витков, использовать не магнитные лопатки из полосок тстеклотекстолита

http://files.domcxem.ru/infocenter/%D0% ... T-coil.doc

[Valentin Gvozdev]

На вопрос постараюсь ответить чуть позже, но в целом мои мысли на этот счет такие. Если есть желание немного улучшить работу уже готового промышленного прибора, не сильно вторгаясь в его конструкцию и не занимаясь откровенным колхозом в виде целых каскадов, выполненных навесным монатжем, на дополнительных платах,то есть смысл обратить внимание на:
1) Входные цепи и аттенюатор. Необходимо проверить АЧХ на всех положениях в диапазоне частот, как минимум в 2 раза превышающем предполагаемый рабочий. Если есть отклонения (а они, скорее всего, будут), то заняться экранированием, введение дополнительных резисторов в высокоомные аттенюаторы итд - обычно все это можно сделать, не сильно корежа исходный конструктив.
2) Выходной каскад. В большинстве случае можно увеличить ток, пропорционально увеличивая усиление в выходном и предвыходном каскаде (правда, тут все может упереться в источник питания). Не исключено, что потребуется вентилятор. Он вообще полезен всяко, ибо АЧХ с прогревом имется смысл падать на ВЧ, так что чтобы минимизировать этот эффект принудительное охлаждение в самый раз. Также с целью расширения полосы очень и очень полезны RL-цепи, правда, тут необходимо не переборщить. Иначе можно получить ПХ с выбросом до неба.

Все остальное так или иначе потребует установки значительного количества радиоэлементов помимо штатных. И если есть желание заняться серьезно, то, наверное, имеет смысл просто сделать совершенно новый УВО по схеме какого-нибудь более совершенного прибора. Эффект будет явно значительнее, чем все попытки малыми силами улучшить то, что есть. В конце концов, это даже интереснее и краисвее, чем колхозить что-то на старой, зачастую не сильно качественной, плате.


Провел тут своеобразный сравнительный тест осциллографов. Подопытный кролик - опорный генератор частотомера. Схема прилагается, она простая - высокостабильный генератор на 20 Мгц и делитель на 20 (на 10 сигнал делится на счетчике 74AС161 с обратной связью, далее еще на 2 на триггере 74AC74. Особенностью этой маленькой полатки являются весьма сильные ВЧ-наводки в такт входному сигналу, источником которых, судя по всему, является счетчик. Они проявляются везде, но в разных местах по-разному. Работе то не мешает, зато усложняет сигнал, что для нашей цели даже хорошо.

Прибора три. Первый - Оса103 со щупом 10:1. Полоса в 500 Мгц, однако частота дискретизации всего 200 Мгц. К сожалению, в стробоскопический режим, когда эквивалентная частота дискретизации увеличивается многократно, она переходит только тогда, когда частота входного сигнала начинает превышать некий порог (вроде бы 5 Мгц). В иных случаях она работает в реальном режиме со странными артефактами.
Второй - наш новый герой с полосой 100 Мгц. третий - предыдущая поделка на 50 Мгц и двумя каналами.


Опыт первый. Смотрим, что имеем на выводе 15 счетчика.
Оса:


Это НЕ стробоскопический режим, и у меня есть стойкое ощущение, что выбросы перед фронтами - это результат каких-то цифровых артефактов. Обращает на себя внимание всплески колебаний между импульсами через каждые 0.1 мкс (1 деление), причем первый всплеск полсе импульса больше остальных и в размахе достигает практически целого деления (1В).

Новый прибор показывает вот что:


На мой взгляд, вполне соотвествующая тому, что надо, картинка. Выброс ПЕРЕД фронтом исчез (видимо, это все же артефакт), полсе положительного фрнта он есть, но примерно в соотвествии с ПХ прибора, всплески колебаний тоже есть, и по амплитуде (в том числе относительно друг друга) они примерно соотвествуют тому, что видно на Осе. Несколько настораживает большой выброс полсе отрицательного фронта, но тут, очевидно, есть наложение с очередным паразитным всплеском, возникающим из-за работы счетчика.

Теперь двухканальный прибор:

Картинка чуть смазалась, но видно, что всплески стали в несколько раз меньше, но так же видны. Картника в целом более гладкая и красивая. Собственно, это понятно - частота паразитных колебаний в районе 100-120 Мгц, и тут они попросту почти не проходят через УВО.


далее смторим тот же сигнал, прошедший через инвертор (вывод 9 счетчика).

Оса:

Все то же, только паразитные колебания раза в 3 меньше. Первый всплеск в полклетки, дальнейшие - не более 1/5. Почему - непонятно. Но факт есть факт, а ВЧ- штука труднопонимаемая..

Новый прибор:

Практически то же самое. Сигнал намного чище. Обратите внимание на более-менее адекватные выбросы после обоих фронтов.

Двухканальник:

Как и следовало ожидать, этот товарищ рисует ровную полку.

Далее поглядим, чот выдает счетчик на выводе 14, где должен быть меандр в 10 Мгц/
Оса:

На этом этапе я понял, что фронты перед выбросами были результатом интерполяции, и, отключив ее, даже без стробоскопа можно увидеть вполне приличную картинку.
Обращает на себя внимание выброс на отрицательном фронте.
То же самое в стробоскопическом режиме:

Тут все в подробностях. Выброс в полклетки вниз, впадина за ним, колебания почти в полклетки на обоих полках.

Новый приьор показыавет вот что:


Тут сложно что-то сказать. Но однозначно увекличенный выброс на отрицательном фронте воспроизводится. Тщательное равнение искажений на поках осталвяет некоторое недумение, но с другой стороны - глупо было бы требовать точного отображения этих очень высокочастотных подробностей в сигнале.

А старый прибор показывает вот что:

Весьма красивый меандр, как и должно быть. Увы, ему те мелкие подробности на частотах 100+ Мгц уже недоступны.


Наконец, смотрим то, что видно на выходе . Меандр в 1 Мгц.

Оса:

Интерполяций отключена, выбросов перед фроноами нет, после - имеются, в полклетки или больше. И, судя по всему это уже не артефакт, а свойство триггера 74AC74, ибо на других приборах все так же. Обращает на себя внимание приличная амплитуда всплесков на верхней полке и малая - на нижней.

Новый прибор:


Полное (ну почти) соотвествие тому, что видно на Осе.


В общем, резюме такое - наверное, по результатам этого теста (который реально весьма жесткий, так как испытытательные сигналы содержат и крутые фронты, и колебания сложной формы предельных частот) можно сказать, что ВСЕ очень даже неплохо. Ну или даже хорошо.

Какие комментарии, господа?

[Valentin Gvozdev]

На всякий случай - вот полседняя версия принципиальных схем всех блоков. Наверное, что-то в них не учтено, но в цклом старался вносить изменения по мере их появления.

[ВикторС]

Валентин,

Спасибо за отчёт по сравнению осциллографов, на тест-сигнале. Совершенно замечательно, что на всех трёх приборах, картинка совпадаем по внешнему виду, с поправкой на ширину рабочей полосы прибора. Так же хочется отметить равенство длительности и формы передних и задних фронтов импульсов и положительной и отрицательной полярности, что говорит о симметрии УВО.

Сам пользуюсь подобным формирователем импульсов, с шириной иглы 100, 10 и 4 нС (быстрее, К1531ЛА3 не работает) Формирователь собран на 4х логических элементах, с переключаемой RC-цепью задержки. Позволяет формировать иглы из импульсов любой частоты.

[Valentin Gvozdev]

Виктор, обратите внимание - на картинках с предыдущего прибора ПХ в отрицательную сторону практически без выброса. Это не фича, а мелкий баг - дело в том, что при чутье в 100 мВ/клетку (а именно столько там стоит), когда сигнал через конвертор импеданса от С1-137 на КПС104 максимальный, он уже начинает мягко ограничивать сигнал на ВЧ, причем с одной стороны. Переключаение на следующий предел, где всключается входной делитель, дает симметричную картину.

В этом смысле (и не только в этом) полноценный двухканальный входной конвертор намного лучше. И стабильнее.

[ВикторС]

Валентин,
под двухканальным, Вы понимаете тот, что в С1-157 итп, с проходом постоянного тока через ОУ?
Как по мне, это попытка использовать умеренно дешёвый ОУ, для избавления от подбора пары полевиков с идентичными характеристиками или использования комплиментарной пары, на одном кристалле. Обратите внимание, такие пары полвиков, по миру, уже перестали выпускать совсем - старые запасы распродают.
На рисунке - входной буфер и делитель осциллографа HP-1470F - 100МГц, входной импеданс - 1МОм или 50Ом. Два полевика.
Но есть нюанс.
Обратите внимание на конденсаторы С8 и С12 - это следящая связь, которую использовал El-Eng, в своём дифференциальном пробнике, и о которой, многие разработчики, забывают.

[Valentin Gvozdev]

Виктор, на мой взгляд замена дорогого и дефицитного компонента, от параметров которого сильно зависят итоговые характеристики, на более сложную схему, которая обеспчеивает те же самые и даже лучшие параметры СХЕМОТЕХНИЧЕСКИ, не требуя дефицитных деталей и тщательного подбора чего-либо, есть большое благо и уже как много лет общий тренд развития схемотехники. Причем не только входных каскадов осциллографов. Лично мне стабильность схемы из С1-157 очень нравится. Как по удержанию нуля, так и по общему температурному дрейфу.

[ВикторС]

Валентин,
преимущества двухканального буфера, совершенно очевидны, особенно в широкополосных приборах.
Я только не пойму, почему в буфере С1-157б выходной ЭП собрали на PNP транзисторе - они же более медленные и дефицитные, по сравнению с NPN. И даже, если PNP поставили специально потому что он медленный - чтобы не звенел, что мешало поставить массовые КТ315 или КТ325?

[add.ocean]

Посмотрел вопрос по Т-катушкам. Сначала загорелся, во-первых, для элементарной ячейки есть онлайн-калькуляторы, можно прикинуть параметры. Во-вторых, можно поставить подстроечные от УКВ блоков с латунными сердечниками и понастраивать на глаз по картинке.
Посмотрел схему тека 454, проникся. !00 или 130 МГц, 1967 год (времена П416), думаю что им и сегодня не зазорно пользоваться.
Видимо нам бесполезно т-катушки применять. Одна катушка иди две мало что дадут.

Прикладываю пару фрагментов оконечного УВО (после ЛЗ), чтобы было видно какое количество корректирующих цепей с катушками надо рассчитать и настроить. В наших осциллах столько коррекции я никогда не встречал. думаю что потому что культура производства не та, настроить такое некому будет.

[ВикторС]

add.ocean,

Есть жизненная мудрость "Перфекционизм - враг разработчика". Это относится и к Эпплу и к Тектрониксу - ими восхищаются, а лидеры продаж - другие, у кого понтов поменьше.


Вот, ниже, схема выходного каскада УВО, осциллографа GOS-6200 - 200МГц. Этот УВО выполнен по мотивам С1-94 - тот же бесхитростный, парафазный каскод, на 2х транзисторах, только ЭЛТ чувствительнее раза в два. Всего одна Т-катушка в плече, и количество витков подписано - 3+7. Без ужасающих цепей коррекции - не сложнее, чем уВалентина, в его новом приборе. Осталось только определить диаметр провода и диаметр каркаса этой катушки. Для этого, найденный Вами калькулятор Т-катушек может пригодиться.



Добавлено after 8 hours 33 minutes 1 second:
По схеме ВыхК УВО GOS-6200, вот ещё что требует осмысления. Коллекторные резисторы R1156 R1159 находятся в заземлённых экранах, или на них навит провод, заземлённый с одной стороны. Что это может быть - защита от помех или попытка создать некую трансмиссионную линию, с распределёнными параметрами? Резистор, мощностью 5Вт, может быть достаточно длинен, и похож на высокоомную жилу кабеля для пробника, которые недавно обсуждали.

[Valentin Gvozdev]

Не видя конструктива, не скажешь. Но с учетом обозначения на схеме, скорее все-таки второе. Наверняка там и резистор специальный..

А у меня новая запара. Оказалось, что ачх прибора, равно как и колебания после фронтов зависят от положения нижней крышки корпуса. Вернее, от качества ее контакта с передней панелью. На 100 мгц разница в разных позициях достигает 5-7%, на 50 мгц эффект полностью отсутствует. Опытным путем выяснил, что эта пакость очень уменьшается, если крышка не имеет контакта с задней стенкой с той стороны, где расположен выходной уво. Скорее всего,все это результат паразитныз обратных связей с выхода на вход, которые как то надо минимизировать. Или хотя бы обеспечить устойчивый контакт этой крышки в как можно большем количестве мест..Блин, лаже крышку закрыть просто не получается с этой полосой.

[ВикторС]

Может проклеить сторону крышки, у выходного УВО, полиамидной лентой или пластиковую вкладку вставит, чтобы разорвать этот контакт?