Осциллограф на ЭЛТ своими руками.

[ВикторС]

Вот в этом мануале по модулю Y 7A11 Tektronix, на стр 83, приведена схема входного, активного, щупа, с двухступенчатым 1:20 аттенюатором на реле.
Полоса - 150МГц. Входной буфер - два полевика - ИП с источником тока и два ЭП, последовательно, на NPN и PNP транзисторах.

https://files.domcxem.ru/infocenter/%D0 ... Module.pdf

А что, так можно было?

[Пересмешник]

ВикторС писал(а):

Пересмешник,

Спасибо за Ваши комментарии и советы.

Про наличие медной жилы внутри кабеля P6100, я знал давно, потому и полез внутрь, установить доп резистор последовательно с жилой.

Щуп-делитель для С1-73 и/ или С1-94, буду собирать по такой схеме :

https://img.radiokot.ru/files/92893/384l0n9myy.jpg

Резисторы и конденсаторы собраны параллельно-последовательно, для увеличения рабочего напряжения.

Пожалуй, схему этого щупа стоит разобрать подробнее, столько граблей в ней разложено .

За исходные данные приму, что осциллограф, к которому подключается этот щуп имеет входное сопротивление 1 МОм и входную емкость 20 пФ, кабель - длину 1 м, емкость 90 пФ (несколько ранее проскальзывала эта цифра), волновое сопротивление 50 Ом и вносит малые потери. Также пусть выходное сопротивление источника сигнала, к которому подключен делитель, будет равным 50 Ом.

Начнем с того, что диапазона регулировки подстроечной емкости на этой схеме просто не хватает для нормальной компенсации. Она должна быть отрицательной. Так получается потому что в данном включении общая эквивалентная емкость конденсаторов делителя будет меняться от 14 до 16,7 пФ. В результате Коэффициент деления и АЧХ щупа будут выглядеть вот так:

Спойлер

Причем я брал случай изменения подстроечного конденсатора не 5-25 пФ, а 0-25 пФ.
Далее, по поводу подстроечника на пути прохождения сигнала - откровенно плохое решение. Вы показывали на фото макет щупа с движковыми резисторами - так вот их там вообще нельзя применять. У них и с надежностью проблемы, и контакт нестабильный и паразитные параметры выше 1 МГц так себе.
Но дело даже не в этом. Вот семейство частотных характеристик этой схемы при вариации подстроечного конденсатора и входного резистора в диапазонах значений от 0 до указанных на схеме. Обратите внимание, что пик на частоте 100 МГц ни в одном случае существенно не уменьшается, хотя спад АЧХ в ряде случаев начинается даже ниже 10 Мгц.

Спойлер

А вот что вы, скорее всего, увидите на экране осциллографа типа С1-65, когда подключите к нему данный щуп:

1. R=470 Ом, С=25 пФ. Звон+завал фронта

Спойлер

2. R=470 Ом, С=0. Почти то же самое, поменялся уровень сигнала

Спойлер

3. R=150 Ом, С=0. Фронт импульса стал лучше, звона стало больше.

Спойлер

Также, если обратили внимание, уровень выходного сигнала выше 100 мВ. Это связано как раз с тем, что подстроечный конденсатор не может скорректировать частотную характеристику щупа. А входной меандр был задан с частотой 1 МГц.
В общем, вердикт - схему делителя в таком виде собирать не стоит.

Что можно сделать?
Для начала - изменить RC цепь на входе. Высоковольтность - это конечно хорошо, но она не должна вредить высокочастотности. Тем более, что такая цепь не дает выигрыша по высокому напряжению.
Для щупов есть хороший график:

Спойлер

Он примерно одинаковый для всех щупов 1:10. Этот - от того самого 6100.
Про него многие забывают, но именно превышение максимального напряжения на частоте 27,2 МГц привело к выгоранию щупа у автора видео, ссылку на которое я давал ранее Он превысил допустимые на этой частоте 50 В. Причем сгорел у него как раз входной постоянный резистор - это так, к слову...

Итак, оставляем 3 резистора по 3,03 МОм и параллельно им подключаем подстроечный конденсатор.
Далее я добавил резистор на выходе коаксиала, после кабеля - примерно так, как это сделано у китайцев. Раз уж у нас в тракте есть кусок высокодобротного коаксиала, попробуем его согласовать как длинную линию. Полноценного согласования у нас не получится - нельзя подключить параллельно входу осциллографа резистор с сопротивлением, равным волновому, однако, ситуацию улучшит.

Смотрим. На графике показано семейство частотных характеристик полученных при изменении изменении сопротивления резистора, добавленного после кабеля в диапазоне 50-400 Ом после подбора Сподстр при входном сопротивлении 270 Ом.

Спойлер

Явно видно, что ситуация улучшилась и можно подобрать такое сопротивление, при котором АЧХ делителя будет достаточно плоской, а резонансные всплески кабеля - минимального уровня.
В итоге, если взять резисторы 270 и 240 Ом, можно получить вот такие характеристики:

Спойлер

В этом случае провал АЧХ будет около 3 дБ, а резонансный всплеск - 3,3 дБ. Т.е. почти +- 3Дб.
Выходной сигнал:

Спойлер

Ну и поближе, для оценки времени нарастания

Спойлер

Время нарастания получается менее 20 нс, из них 5 - задержка распространения сигнала в кабеле.
В процессе подбора оптимальной комбинации резисторов выяснилось, что они должны быть именно с обоих сторон. Настраиваются тоже парой. Если убрать один - становится сильно хуже и звон устранить не получается никак.
Итоговая схема, на которой получены характеристики.

Спойлер

Кстати, если добавить второй резистор к исходной схеме, она тоже начнет ощутимо лучше работать, но звона все равно больше и невозможность скомпенсировать щуп на ВЧ все портит.
Надеюсь, проделанная работа внесет ясность в благородное дело щупостроения .

Valentin Gvozdev
Входные цепи этих щупов есть у них в техдокументации, начинается щуп несложно:

Спойлер

Чудеса начинаются потом.
Подстроечников, думаю, там нет - на таких частотах и в приборах такого класса так не делают. Проще сделать тракт на стабильных компонентах с фиксированными параметрами и потом откалибровать его как душе угодно.
Там вообще особое внимание входным цепям уделено - причем не только игле, а и земляному проводу. На 1, а тем более, 9 ГГц, крокодильчиком особо не прицепишься. Оно и на 100 МГц уже не всегда прокатывает

[ВикторС]

Пересмешник,

Спасибо за подробный анализ предельных возможностей щупа - делителя, на 50-омном, медном, кабеле.
Три часа назад, я, на натуре, получил на С1-65А ту же картинку, что у Вас, на зелёном (верхнем) графике, по этой ссылке

https://imageup.ru/img256/4496356/addit ... asient.jpg

Резисторы 3,03 МОм защунтированы конденсаторами 42пФ (выбраны из семейства 39пФ) - два первых. Конденсатор перед кабелем - 15пФ постоянный и 4 - 38 - подстроечный, выставлен , примерно на 90% от макс ёмкости (не измерял ещё точно - он и останется подстроечным). низкоомный резистор перед кабелем - 307 Ом (измеренный подстроечник - думаю, что постоянный, на 300 Ом - будет работать не хуже). Для С1-73, эта схема надёжно компенсируется и показывает красивые картинки.
Для С1-65А - звенит, как показано на вашей симуляции, синим цветом, только первые выбросы чуток повыше.
https://imageup.ru/img256/4496356/addit ... asient.jpg

Весь этот звон убирается последовательным резистором 100 Ом, включённый между разъёмами СР-50 - M-F, установленными в заводской металлический бокс от какого то балласта. Подстроечный конденсатор на землю, со стороны выходного разъёма, в переходнике, не потребовался. Картинка получилась без изрядного звона, подобная той, что вышла после установки дополнительного резистора 17 Ом, последовательно с центральной жилой Р6100 (фото приводил в прошлом отчёте). Свежие фотки выгружу завтра, "на свежую голоу". Сейчас, в Питере, пол пятого утра.

[El-Eng]

...по поводу подстроечника на пути прохождения сигнала - откровенно плохое решение.

Здесь можно возразить. Если стоит задача получения минимальной входной емкости, то нужно делать именно так. Но для большего удобства, подстроечник действительно лучше ставить в цепи земли, следя за тем, чтобы подвижная часть была на земле, тогда отвертка будет минимально влиять на сигнал при подстройке.

[ВикторС]

El-Eng,
Спасибо за ваше замечание.
Про трюк с заземлением ротора переменного резистора или конденсатора, для повышения точности настройки, знаю.

Добавлено after 1 hour 10 minutes 35 seconds:
Коллеги привет,

Дополняю пост про щуп - делитель, на медном коаксиальном кабеле.
При включении одного подстроечного конденсатора, параллельно цепочке из трёх резисторов 3,03МОм, компенсация, для С1-73, получена при ёмкости конденсатора 14пФ. Такую ёмкость можно получить, соединив последовательно три конденсатора по 42пФ. По факту, установлены два конденсатора по 42пФ и составной из постоянного и подстроечного, на входе в кабель. Суммарная ёмкость, при скомпенсированном щупе - 47пФ.
https://img.radiokot.ru/files/92893/385oc0xxf2.jpg

На входе в осциллограф, оказалось достаточно, одного резистора, порядка 100Ом, последовательно с центральной жилой.
https://img.radiokot.ru/files/92893/385oc3aq5x.jpg

Сопротивление этого резистора, на звон, влияет очень сильно. при замене подстроечного резистора, на входе кабеля, с сопротивлением 307 Ом на постоянный резистор МЛТ 0,25, с сопротивлением 306 Ом (взят наугад из коробки), потребовалось подстроить резистор на выходе кабеля до 65 Ом. Эта конструкция, с переходником, сделана только для опытов, чтобы понять возможности подавления звона двумя резисторами на входе и выходе кабеля. С имеющимся С1-65А, планирую использовать заводские Р6100, с добавочным резистором подавления звона на выходе кабеля.
Макет самодельного щупа - делителя на медном коаксиальном кабеле, даёт сейчас, такую картинку на частоте ок 500КГц

https://img.radiokot.ru/files/92893/385oc5kuc5.jpg

Добавлено after 2 hours 31 minute 34 seconds:
В рамках продолжения опытов, заменил коаксиал длиной 1 м, на другой, чуть более гибкий, у которого длина не 1м а 1,4м, а ёмкость та же самая - 92пФ. С новым кабелем, переделка резистивно - конденсаторной гирлянды, на входе, не потребовалась. Только на 1-2 градуса крутнул подстроечный конденсатор, чтобы уж совсем красиво было. При подключении к С1-65А, звон удалось убрать до минимальных размеров, показанных выше, только увеличением сопротивления последовательного резистора на входе кабеля в осциллограф, до 449Ом. Какого либо изменения компенсации подстроечным конденсатором не потребовалось. Резистор на входе в кабель тот же, что и в опыте с кабелем длиной 1м - МЛТ 0,25 306 Ом.

[Пересмешник]

ВикторС ну вот и славно, что получилось.
47 пФ - это такая входная емкость щупа получилась или у двух параллельных конденсаторов на входе?
И на 500 кГц коэффициент деления 1:10 проверялся?
По кабелю - рекомендуют брать с большим волновым сопротивлением - у него емкость будет поменьше и резонанс смещается в более высокочастотную область и с ним легче бороться. по идее даже тот же тонкий РК75, не говоря про РК200. У буржуинов часто звучит 93-х омный в измерительной технике - видимо по аналогичной причине.

ВикторС писал(а):

Вот в этом мануале по модулю Y 7A11 Tektronix, на стр 83, приведена схема входного, активного, щупа, с двухступенчатым 1:20 аттенюатором на реле.
Полоса - 150МГц. Входной буфер - два полевика - ИП с источником тока и два ЭП, последовательно, на NPN и PNP транзисторах.
https://files.domcxem.ru/infocenter/%D0 ... Module.pdf
А что, так можно было?

А почему нет? В Tektronix умели и умеют в измерительную технику. А раньше вообще делали шедевры в области аналоговых измерительных приборов.

[ВикторС]

Пересмешник,

Уточняю по конденсаторам, считая от входного щупа (параллельно резисторам 3,03МОм) - 42пФ-42пФ-47пФ.
47пФ это суммарная ёмкость параллельно соединённых конденсаторов 27пФ и частично введённого подстроечного - от центральной жилы, эту пару, отделяет проходной резистор 300 Ом (фактически - 306 Ом - такой попался). Деление 1:10 работает как надо. На 50 Гц, подстроечник регулирует выброс,на фронте (спаде), на 500КГц, если его не крутить, амплитуда прямоугольных импульсов 0,4 вольта - в десять раз меньше, чем генератор выдаёт.
Сейчас собираю щуп в капитальной форме. По результатам сообщу.

[zenner]

Таких схем в инете море.











Знаменитая схема простого осциллографа на транзисторах П416



его БП

[ВикторС]

Коллеги привет,
Сделал, по капитальному, два щупа делителя на кабелях с медной жилой на кусках кабеля длиной 90 и 130 см. Оба показали повторяющиеся результаты как для медленных осциллографов (С1-73, С1-94) так и для относительно быстрого С1-65А, для работы с которым, как отмечал ранее, для устранения звона на фронтах, становящегося видимым, между входом осциллографа и разъёмом кабеля, требуется установка проходника М-Ж с последовательным резистором ок 100 Ом - определяется длиной кабеля.

Выглядят так (под термоусадкой - экран из медной фольги, на бумажной гильзе. Плата щупа залита парафином)
https://img.radiokot.ru/files/92893/38npky8n0j.jpg

Так же, в опытах с формирователем тестовых импульсов с крутыми фронтами, изменил схему задающего генератора.
Вместо очевидного генератора меандра на ТШ, у которого вход с выходом замкнуты токозадающим резистором, применил диодный коммутатор двух источников тока, как на верхней, левой, схеме, изначально нарисованной для NE555/ Просто заменил NE555 на 74HC132 - 2И-НЕ ТШ (с одним элементом 74HC14 - 6НЕ ТШ тоже работает).
https://img.radiokot.ru/files/92893/38npkvyj1d.jpg

Как я говорил ранее, на самой высокой частоте, времязадающий конденсатор у меня - ёмкость входа логического элемента + ёмкость перехода З-И полевика, с которого снимается треугольный сигнал. Так вот, при резисторах, в затворах транзисторов - источниках тока, верхняя, полученная, частота генерации составляет ок 30МГц. Если эти резисторы увеличить до 510 Ом, частота генерации (меандра) снижается до 20 Мгц.
Пример на картинке по ссылке.
https://img.radiokot.ru/files/92893/38npkui135.jpg

С учётом этого опыта, можно значительно повысить частоту генератор по вот этой схеме (для тех, кто хочет генератор по-быстрому).
https://img.radiokot.ru/files/92893/2m8ernqbni.jpg

[Пересмешник]

Доброго времени. Щуп зачётный. Когда то делал похожую конструкцию в упаковках от каких то таблеток - они были в удобном алюминиевом завинчивающемся корпусе.
На последней ссылке, как то 50 Ом - 220/5 = 44. Ну и серию логики можно взять побыстрее, не АС, а, к примеру, F. Там по идее и входная емкость поменьше будет, и фронты покруче, получиться должны.

[ВикторС]

Пересмешник писал(а):

На последней ссылке, как то 50 Ом - 220/5 = 44. Ну и серию логики можно взять побыстрее, не АС, а, к примеру, F. Там по идее и входная емкость поменьше будет, и фронты покруче, получиться должны.

Про 50 Ом написал, поверх картинки, по инерции. У меня были запараллелены все 6 элементов, через резисторы 300Ом. По этой схеме.
https://img.radiokot.ru/files/92893/2vtyfoxp6n.jpg
Далее заменил буфер на логике на буфер на паре сдвоенных ЭП, чтобы иметь на одном выходе и треугольник и меандр.

Если на 6ти инверторах ТШ делать простой генератор с буфером из пяти элементов, то выходные резисторы подобрать поближе к 250 Ом из россыпи по 240 Ом.

[fc00d]

А покритикуйте схему. Понятно, что можно сделать на STM32 или AtMega/ATtiny, и миниатюрных реле (обычных или поляризованых) на 1-6 ГГц. Но для нч-осциллографа схема пойдет же? Пытаюсь избавиться от ручек переключения делителя и развертки, чтобы сэкономить место на передней панели. Также размышляю, как не использовать м/сх цифрового переменного резистора, а обойтись тем - же МК с ЦАП-ом, но для полосы нужен очень хороший цап, стоимостью в пол-осциллографа.

[ВикторС]

fc00d,
Как по мне, схема по Вашей ссылке - для осциллографа - игрушки, с кнопочным управлением. Тот случай, когда затраты на исполнение многократно превосходят результат на выходе.
У схемы нет ни типового входного сопротивления, ни широкой, определяемой правильной схемотехникой, рабочей полосы, ни ширины диапазона переключения.
Если хотите простую электронную коммутацию входного аттенюатора - сделайте как в заводском С1-124

https://img.radiokot.ru/files/92893/38v9c6dx21.jpg

Или как это сделано в Nail Scope3

https://img.radiokot.ru/files/92893/1znnfl8rm4.jpg

[Пересмешник]

fc00d писал(а):

А покритикуйте схему. Понятно, что можно сделать на STM32 или AtMega/ATtiny, и миниатюрных реле (обычных или поляризованых) на 1-6 ГГц. Но для нч-осциллографа схема пойдет же? Пытаюсь избавиться от ручек переключения делителя и развертки, чтобы сэкономить место на передней панели. Также размышляю, как не использовать м/сх цифрового переменного резистора, а обойтись тем - же МК с ЦАП-ом, но для полосы нужен очень хороший цап, стоимостью в пол-осциллографа.

Как раз то, что управление сделано на жесткой логике в данном случае - плюс. Схема статична, отсутствуют цифровые шумы и необходимость с ними бороться.
Первый момент - нештатный щуп. Автор в конце сказал, что щупы - расходники. Тогда, по идее, желательно делать осциллограф под стандартный щуп с его стандартными параметрами. Также, если все таки принимается решение делать самодельный щуп - не стоит использовать корпус, имеющий контакт с оператором. Дело не только в электробезопасности, хотя она важна, но и в метрологии. Держась за такой щуп в процессе работы оператор оказывается подключен к земле осциллографа, вносит непредсказуемую емкость и сопротивление и, как следствие, помимо удара током, может получить самые неожиданные результаты на экране
Второй момент, который, скорее всего, ставит крест на всей метрологии прибора - во всей статье не нашел упоминания о параметрах микросхемы коммутатора. Видимо, предполагается, что 561КП2 - идеальный ключ, но это не так. Сопротивление открытого канала этой микросхемы - в районе 100-300 Ом [1], входная и выходная емкости - 15 и 90 пФ [2]. Этого достаточно, чтобы добавить существенную погрешность в нижнее плечо делителя. Вдобавок, значения сопротивления открытого канала канала (точно) и емкости (скорее всего) имеют температурную зависимость. В итоге, полностью теряется смысл указывать значения сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов с 4 значащими цифрами, если они подключаются таким вот коммутатором. Чем более чувствительный диапазон будет выбран, тем больше будет ошибка. Возможно, автору статьи, ссылка на которую была приведена, удалось все это настроить, но в плане повторения - конкретно эта схема - точно не самое лучшее решение. Ее можно взять за основу и довести до... какие, кстати, параметры ожидаются?

Мы подобные штуки делали на миниатюрных герконовых сигнальных реле - чтобы не кувыркаться с полупроводниковыми ключами. Электронные коммутаторы, конечно, тоже имеют место быть, но нужно обязательно учитывать их параметры. Хотя бы - выбирать такие, сопротивление в открытом состоянии и паразитные емкости которых были на порядок меньше параметров цепей, которые они коммутируют. А в данной схеме на части диапазонов они соизмеримы, что не есть хорошо.
Это самое явное, что сразу бросилось в глаза.

[ВикторС]

Коллеги привет,

По ссылке ниже, мой отчёт о введении регулятора HOLD в БР C1-94.
Получилось просто и эффективно. Переменный резистор 100 - 200 Ком, с +12В на контакт 5 платы У3, вместо резисторов R12 R13.

viewtopic.php?f=10&t=22387&p=4481889#p4481889

[do-vitas]

Ну вот появилось у меня сразу 3 ослика к своему цифровому риголу. Изначально хотел с1-118. Заказал на авито приехал прибор от известного блогера, как оказалось, он и тут есть. Кто в косяках не знаю прибор отработал не долго и сдох, даже не светится. Разобрал, а в трубке стекло катается, может почта пинала... Купил новую трубу, вставил светится но ничего нет, еще что-то погорело померял все напряжения вроде примерно есть(генерация есть в ВВ), но на пластинах отклоняющих больше на 10в и транзисторы греются соответствующие, я их отключил по идее точка должна быть, но нет будем думать...
Пошёл я как-то к местным "черным копателям любителям км-ок", позже узнал, хорошего там не было но в углу был разобранный напрочь с1-112, говорю им -"почем?". Они мне "тебе как инвалиду первой группы 500р." В общем забрал у них из лап его. Принес домой смотрю даже км-ки на месте! Подсобрал включаю, а он работает! да кнопки подглючивают, плохо включаются но работает..

а сегодня получил с1-137

внешка не очень, но он пережил почту! Поднастроить и все будет с ним хорошо, а стоил он чуток дороже 5т, так что все хорошо...
Но вот думки лезут че делать с 118, трубки вроде есть, просто отремонтировать как-то скучно, есть мысль начинить его современной начинкой, как думаете!

[ВикторС]

do-vitas,

Поздравляю с приобретениями.

Как по мне - С1-137 и С1-112 нужно починить до максимального соответствия заводским кондициям, и продать, а С1-118 - оставить себе, починив тщательно.
Доработка и усовершенствование потребуют серьёзной переделки лицевой панели. Так как переделывать (улучшать) надо и УВО и БР, может оказаться правильным и С1-118 продать тоже, или использовать без доработок, как подспорье цифровому Риголу.

Когда Вы пишите про современную начинку, что Вы подразусеваете?

[do-vitas]

ВикторС, Спасибо за ответ. Но продавать я нечего не буду. Особо не нуждаюсь подарить кому-нибудь для дела могу с1-112-й. На нем кнопки не фиксируются, где их брать не знаю...
с1-137 хочу настроить, чтоб получить от него максимальные параметры и поработать им немного, мне второго прибора нахватала, иногда прям нужно для понимая. Тогда я уже точно буду знать чего хочу. А про современные элементы я имел ввиду нормальную плату, компоненты что сейчас продаются смд к примеру...

[ВикторС]

do-vitas,

Аналоговый осциллограф, в добавок к цифровому, может быть весьма полезен.
Подумайте вот о чём (пишу по памяти)
У С1-118 и С1-137, ЭЛТ одинакового размера, и С1-118, физически, меньше - владение им, стоит меньше, в пересчёте на квадратные метры пола, которые он занимает.
Оба осциллографа двухканальные, но у С1-118 нет функции инверсии второго канала, а входной буфер УВО С1-137 перемудрили со схемой - Валентин Гвоздев его собирал и может подробнее рассказать о выявленных и устранённых проблемах. Как по мне - добавить инверсию в канал УВО проще, чем переделать входной буфер с коммутацией.
Коммутатор каналов двухканального осциллографа, в 2023 году должен иметь режимы поканального отображения, чередующегося (Chop), Синхронного с развёрткой (Alt) и суммирующего - ADD (вот тут и нужна инверсия в канале). В С1-118, режима ADD нет, в С1-137 есть. Нужно решить для себя, насколько режим ADD будет востребован?
Скорость развертки до 20нС/ Дел, может обеспечить и БР С1-118, с минимальными переделками.
Режима HOLD (Стаб ВЧ), нет ни в одном из обсуждаемых приборов. Вводится добавлением одного переменного резистора.
Быстродействующий компаратор формирования СИ, применённый в С1-137, уличён в создании помех и ложных импульсов, в определённых режимах. Возможно, его следует заменить на более стабильную схему.
Развитая система синхронизации по ТВ сигналу, во времена цифрового телевидения остаётся практически бесполезной, особенно, если обычная снхронизация работает исправно.
Так выходит, что обладание С1-118 может оказаться более выгодным, даже с затратами времени на доработку.
Перевод на SMD, с заменой плат - сопоставимо с разработкой нового прибора. Может быть интересно только в плане тренировки по работе с SMD. Размер аппарата всё равн будет определяться размером ЭЛТ и удобством размещения органов управления.

[YUFAN62]

Вообще-то 137 проф-прибор,способный работать 24/7 и характеристики у него повыше, а 118 для радиолюбителей. Поэтому не логично продавать лучшее оборудование, а себе любимому оставить ширпотреб