Осциллограф на ЭЛТ своими руками.

[Andrew Martin]

Ну здесь я вам точно скажу - откажитесь от ЛЗ!

Потребность в ней возникает только при поверке,когда нужно увидеть передний фронт и снять ПХ. В остальном она абсолютно не нужна.
Более того, распределённые параметры ЛЗ изменяются со временем. На работе целый парк С9-1 и С1-81, и каждый год приходится вынимать ЛЗ, энергично разминать, и ставить обратно, иначе АЧХ и ПХ не вытягиваются до нормы никакими регулировками - полоса сужается с 20МГц до 10-12МГц, ПХ завалена. После такой "зарядки для хвоста" (помните мультик "38 попугаев" ? ) ПХ удаётся загнать в допуски.
Причины такого ухудшения мне неизвестны, а способ "ремонта" поведали предшественники.

Сейчас намного лучше будет сделать устройство регулируемой задержки синхроимпульса, например на МК, чем связываться с "удавом".

[ВикторС]

Андрей, спасибо за совет.

Я спокойно отношусь к отсутствию ЛЗ в осциллографе, просто читая описание ЛЗ в С1-73 подумалось о возможности малыми трудами получить такую ФИЧУ, пусть даже отключаемую. Про зарядку для хвоста - совсем неожиданно. Тогда владельцам С1-94 стоит задуматься, когда они в последний раз делали это и каковы теперешние последствия такой гиподинамии.

[Andrew Martin]

Разминка ЛЗ - это всё-таки крайняя мера, на которую нужно идти только если ПХ не удаётся отрегулировать никаким другим способом. Да и не факт, что на всех осциллографах такое случается. Разный кабель везде, в С1-81 например используется спиральный кабель с 2мя центральными жилами, а в С1-85 - печатная(!) ЛЗ. Знаете, я бы с удовольствием посмотрел её чертежи, но в ТО их нет.

Предшественники высказали мнение, что дрейф параметров ЛЗ может происходить из-за окисления жил ейной оплётки или из-за старения полиэтиленовой изоляции. Первый вариант кажется более правдоподобным.

[SM898]

В С1-117/1 стоит такая же печатная ЛЗ.Имеется ещё одна,снятая в своё время с автоматического
осциллографа С9-7.Размер 190 на 140,и толщина 6 мм,устроена просто - две экранирующих крыш-
ки,между ними,через прокладки 2 мм зажата двухсторонняя печатная плата с вытравленной на
ней одной непрерывной дорожкой с каждой стороны.Дорожка имеет вид змейки,этой змейкой
заполнена вся плата,ширина дорожки 1мм,расстояние между соседними дорожками 2 мм.Сигнал
подаётся на начала обоих дорожек,снимается с концов.Вот,как то так. А в С1-104 линия задерж-
ки - моток двойного (в общей оболочке) 50омного фторопластового кабеля,длиной около 10 мет-
ров и сечением по наружной оболочке примерно 5 на 10 мм.
ИМХО,печатную ЛЗ сделать в любительских условиях не так уж сложно но размеры у неё доволь-
но приличные.По этой причине,несмотря на наличие,в свой прибор ставить её не буду.
ЗЫ. ЛЗ в осциллографе нужна для того,что бы увидеть ТОТ же импульс,который запустил развёр-
тку,а не следующий,как в осциллографах с задержаными развёртками.Это может быть важно при
исследовании сложных импульсных последовательностей.Если это не очень принципиально,то
ЛЗ не нужна,как не нужна она при исследовании аналоговых периодических сигналов какой
угодно сложности.А исследование одиночных сигналов аналоговым осциллографом вообще про-
блематично, тут нужен DSO.

[Andrew Martin]

А какова толщина самой платы? А материал платы и прокладок? А волновое сопротивление и время задержки этой ПЛЗ?
Это, как я понял получается полосковая линия...
Меня давно мучает идея - заменять ЛЗ в С1-81 на печатные с аналогичными параметрами, но литературы по расчету печатных ЛЗ так и не нашел По линиям передачи кое-что есть, но там в формулах не учитывается близость витков змейки.
А если сделать ЛЗ тортом, например, экран-плата-экран-плата-экран, и включить последовательно? Тогда площадь можно уменьшить...

[SM898]

Материал платы - 0.5-0.7 мм стеклотекстолит.Нет,это ни разу не полосковая линия,и даже не мик-
рополосковая.Вышеназванные линии подразумевают наличие на другой стороне платы сплошного
земляного полигона,микрополосковая с одной стороны,полосковая - с обеих сторон от самого по-
лоска.Здесь же на плате с обоих сторон совершенно симметрично (зекально)выполнены два поло-
ска в виде змейки,с одного края,с обоих сторон входы,с другого края,тоже с обоих сторон - вы-
ходы.Общая длина змейки,по прикидкам, 10-12 м.Волновое сопротивление и задержку не помню,
попробуйте посмотреть нагрузочные резисторы в схеме С9-7,а в описании (не уверен,что есть) -
задержку.Да,прокладки - полистирол в виде сетки с ячейками 30*30,только чтобы держать дис-
танцию от экрана до платы 3 мм.
Насчёт "торта" - ни разу не видел такого,может и получится.
О,счас мысль пришла - может быть экран и одна из змеек,это и есть своеобразная микрополоско-
вая линия,если так,то хреноватенькая она,экран довольно корявый,расстояния не везде одина-
ковые,волновое сопротивление будет гулять.Но,с другой стороны,частоты то небольшие.

[Andrew Martin]

Нет,это ни разу не полосковая линия,и даже не мик-
рополосковая.Вышеназванные линии подразумевают наличие на другой стороне платы сплошного
земляного полигона,микрополосковая с одной стороны,полосковая - с обеих сторон от самого по-
лоска.

Ну почему же ни разу? Экран есть с обеих сторон от змеек, посередине диэлектрик, получаем симметричную полосковую линию.

Есть книга "Конструирование и расчет полосковых устройств" под ред. Ковалёва И.С:

http://www.radioscanner.ru/files/downlo ... _ustr.djvu

НО там в формулах не учитывается близость "витков" змейки. Предполагается, что линия прямая и бесконечно длинная.

Как я понял из книг, погонная задержка полосковых линий зависит в основном от диэлектрической проницаемости материала диэлектрика, а от геометрии зависит только волновое сопротивление. Интересный вывод, не правда ли?

Как Вы думаете, тогда имеет ли смысл герметизировать ЛЗ, ведь у воды ДП около 80, а у стеклотекстолита - около 4?

[ВикторС]

Осмелюсь предположить, , что, может быть, будет польза от заливки, такой полосковой линии, лаком или парафином? Для электронных устройств, которые ставлю на автомобиль, всегда использую парафиновую заливку, чтобы защититься от конденсата. Очень помогает. И ещё, распологать ЛЗ поближе к цоколю ЭЛТ, где накал греет, чтобы влачность уменьшать испарением. Возможно, это чуть стабилизирует параметры.

И ещё одна не проверенная идея. Взять лист стектотекстолита, фольгированного с двух сторон. Закатать фольгу лакотканью итп, а сверху парой тонких проводов, виток к витку, намотать двойную "катушку", например, по длинной стороне листа. И сверху, с двух сторон, положить экран. Получится экранированная длинная линия. Парафазный сигнал пустить в противоположных направлениях, для взаимной компенсации синыазных помех. Если не заработает - провод, без ущерба, можно обратно смотать.

[SM898]

Если считать полосок с экраном микрополосковой линией,то получается как то не логично.Задерж-
ка зависит от диэлектрической проницаемости материала,а здесь воздух,у которого ДП=1.Если бы
было заполнено чем то другим,тогда было бы как то понятнее.Существует книжка,сам ни разу её
не видел,но слышал не раз упоминания о ней.Название точно не помню,типа "Линии задержки в
современных осциллографах",или как то так.Предлагаю поискать,т.к.сам не очень опытный поль-
зователь и в поиске не силён.

[Andrew Martin]

Кстати, в книге, ссылку на которую я дал выше,на стр.10 есть рисунок линии нужной конфигурации, но нет формул для расчета

Вот ещё тема про "зарядку для хвоста": http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:6814

Существует книга: Баев Е. Ф., Бурылин Е. И. Миниатюрные электрические линии задержки.— М., 1977

Её нигде не скачать - но в бумажном виде предлагают.

http://book-i-nist.com/view.php?book_id=3116

Думаю,имеет смысл пройтись по бумажным библиотекам, вспомнить студенчество

А вот ещё один спрвочник: http://narod.ru/disk/47036463001.be662c ... .djvu.html

Формулы вроде есть, это как я понял, "высокодобротная линия" (стр. 103).
Но тут тоже не учитывается близость витков змейки

[Andrew Martin]

Осмелюсь предположить, , что, может быть, будет польза от заливки, такой полосковой линии, лаком или парафином? Для электронных устройств, которые ставлю на автомобиль, всегда использую парафиновую заливку, чтобы защититься от конденсата. Очень помогает. И ещё, распологать ЛЗ поближе к цоколю ЭЛТ, где накал греет, чтобы влачность уменьшать испарением. Возможно, это чуть стабилизирует параметры.

И ещё одна не проверенная идея. Взять лист стектотекстолита, фольгированного с двух сторон. Закатать фольгу лакотканью итп, а сверху парой тонких проводов, виток к витку, намотать двойную "катушку", например, по длинной стороне листа. И сверху, с двух сторон, положить экран. Получится экранированная длинная линия.

Моё мнение такое - ЛЗ должна иметь хорошую повторяемость + хорошую предсказуемость (должна хотя бы прикидочно рассчитываться по формулам, а ещё лучше моделироваться в какой-либо САПР). Этому требованию как нельзя лучше соответствует печатная ЛЗ, тем более её можно будет растиражировать тем же ЛУТом с ничтожными погрешностями геометрии.
У воздуха ДП примерно равна 1 везде, а у стеклотекстолита FR-4 она как-то нормируется. Поэтому я считаю нежелательным увеличивать номенклатуру диэлектрических материалов, используемых в ЛЗ, т.к. это равносильно увеличению числа неизвестных в уравнении

[ВикторС]

Тогда точно, нужно на правильную математику опираться, а не по наитию строить.
Жаль, что тема экзотическая, популярной литературы нет, а научная - редкость.

В журнале Радио были наставления, как делать ЛЗ для С1-94. Там же были указаны особенности задержки и широкополосности разных, по конструкции, ЛЗ, но там обсуждали только ЛЗ кабельного типа.

[SM898]

У стеклотекстолита FR-4 ДР ещё как нормируется - 4.7 +-0.3 еденицы.Как бы на нём СВЧ платы
делали.ПРавда,для некоторых применений в СВЧ разброс великоват,но в основном подходит.
Люди на нём даже микрополосковые фильтры до 2-3 Ггц делают с хорошей повторяемостью.
А здесь то частоты... почти постоянный ток

ЗЫ.Насчёт книги,насколько помню,в названии было что то про осциллографы,и год не тот,
попозже.

[Cosinus]

Ради интереса разобрал ЛЗ от С1-117. Дорожки на пленке 0.3 мм с двух сторон. Идут одна над другой, но сориентированы как бы навстречу друг - дружке. Собеих сторон прижаты пластмассовыми решетками толщиной 1.5 мм. Этот "пирог" прячетса в металлическом кожухе

[ВикторС]

Уважаемый Косинус,

Спасибо за проделанную работу.

Если ЛЗ ещё разобрана, пожалуйста, снимите размеры поподробнее, чтобы можно было нарисовать, хотя бы, эскизный чертёж.
Это очень поможет тем, кто захочет повторить подобную ЛЗ.

Заранее благодарю.

[Cosinus]

Чуть не стал косоглазым . Вроде все правильно, но возможны и ошибки. Рисовал на скорую руку.
+ фото платы на "просвет"
Замерял емкость между дорожками - 1000 пф
емкость между корпусом и дорожками по 300 пф
индуктивность каждой дорожки - 7 мкГн

[ВикторС]

Уважаемый Косинус,

Большое Спасибо за проделанную работу.

[Andrew Martin]

Информация действительно бесценная! Мои благодарности Косинусу
Теперь остаётся развести в Sprint Layout - и можно пробовать.
Одно плохо - на чертеже толщина стеклотекстолита 0,3мм - это редкость

[Cosinus]

На первый взгляд дорожки были на какой-то плотной пленке. Поцарапал иголкой скраешку - всетаки тонкий стеклотекстолит либо нечто подобное... На вкус пробовать не рискнул...
Очень приятно приносить пользу на форуме

[Andrew Martin]

Позволю себе немножко теории, может быть кому-то пригодится

В настоящее время есть невколько программ, позволяющих рассчитывать электромагнитные поля методом конечных элементов. Одна из таких программ - российский ELCUT - очень помогла мне во времена студенчества. Сегодня откопал её и решил проверить, что она может по части моделирования микрополосковых линий.
Преимущества численного метода расчета очевидны - можно задать практически любую геометрию.
Подход таков - сначала делаю геометрическую модель, потом свойства для задачи электростатики и для задачи магнитного поля переменных токов, при этом рабочую частоту микрополосковой линии приймем 20МГц.
Из решения задачи электростатики получим погонную ёмкость, из решения задачи магнитного поля переменных токов - погонную индуктивность. Ну а дальше - сами знаете, что делать
Можно было бы вычислить волновое сопротивление только по погонной ёмкости, но у меня студенческий бесплатный ELCUT, а он имеет ограничение на число конечных элементов, поэтому точность рассчета падает. Но благодаря тому,что в формуле для волнового сопротивления стоИт отношение индуктивности к ёмкости, и относительные погрешности расчета L и C одинакового знака (отрицательные), то такой приём снизит погрешность вычисления Z.

Для оценки погрешности расчета сначала нужно взять простую модель, для которой известны расчетные формулы, рассчитать аналитически (по формулам) и численно в программе.

Расчетные формулы были взяты из книги Ковалёва "Конструирование и расчет полосковых устройств", с. 83.

А теперь цифры. Проверим простейшую микрополосковую линию.
Материал подложки - стеклотекстолит FR-4 (ДП около 4,6), толщина - 1,5мм, ширина полоски - 1мм, толщина меди = 35мкм.

Расчет погонной ёмкости в ELCUT дал значение 70,9 пФ/м, расчет по формуле из книги - 83,2 пФ/м.
Расчет погонной индуктивности в ELCUT дал 0,47 мкГн/м (при 20МГц, что очень важно, на 50Гц получается 0,556 мкГн/м)
Волновое сопротивление (исходя из L и C): 81,4 Ом.
Волновое сопротивление расчётное:
- по формуле из книги: 85,8 Ом;
- по другой программе-калькуляторе (AppCAD) - 82 Ом

Как видите, погрешность вычисления ёмкости намного больше погрешности вычисления волнового сопротивления.

Небольшая правка - в ELCUT можно вычислять ёмкость исходя из энергии системы и исходя из заряда.
Только что посчитал исходя из заряда, получилось 75,3 пФ/м, а исходя из энергии - 70,9 пФ/м - наверное из-за ограниченного объёма модели получается заниженное значение энергии.

И напоследок - весёлые картинки поля модели