Искусство схемотехники. Том 3 [Изд.4-е] - Пауль Хоровиц

Схемы, не требующие пояснений

На рис. 15.45 собраны схемы, которые могут быть полезны при измерениях и в задачах управления.

Рис. 15.45. а — выравнивает характеристику мостовой схемы, минимизируя влияние Uсдв; отметим, что во многих мостовых схемах (например, в полупроводниковом тензометре) сопротивления R обладают высоким значением температурного коэффициента;

Рис. 15.45. б — усилитель с положительной обратной связью с высоким значением Zвх для пьезоэлектрического преобразователя;

Рис. 15.45. в — схема с малой утечкой, предназначенная для защиты зарядного усилителя по входу;

Рис. 15.45. г — преобразователь тока в напряжение, реагирующий на ток величиной 35 пА, способен сохранять контроль над суммирующим переходом вплоть до значений ±150 мА;

Рис. 15.45. д — стабилизирующие усилители на фотодиодах: борьба с малыми значениями С и большими значениями R;

Рис. 15.45. е — еще один усилитель на фотодиодах;

Рис. 15.45. ж — сбалансированные усилители на фотодиодах, предназначенные для длинных детекторных кабелей;

Рис. 15.45. з — прецизионный усилитель для напряжения +200 В (из фирменной технической документации).

Приложения

Приложение А

ОСЦИЛЛОГРАФ

Перевод приложений А-Л О.А. Соболевой.

Осциллограф представляет собой очень полезный и наиболее широко распространенный измерительный прибор. При обычном применении он позволяет «видеть» напряжения в схеме в виде функции времени. Запуск прибора производится всегда в определенной точке сигнала, поэтому мы имеем возможность наблюдать стационарное изображение. Для того чтобы объяснить, как работает прибор, мы изобразили его блок-схему (рис. А.1) и типовую переднюю панель (рис. А.2). Осциллограф, который мы здесь опишем, обычно называют двухлучевым осциллографом с входом по постоянному току и внешним запуском. Существуют специальные телевизионные осциллографы и им подобные, существуют также осциллографы старых выпусков, которые нельзя использовать для проверки современных электронных схем.

Вертикальное отклонение луча

Если говорить о входах для сигналов, то в большинстве осциллографов предусмотрены два канала; это очень удобно, так как часто интерес представляет соотношение между сигналами. В каждом канале имеется калиброванный переключатель усиления, с помощью которого устанавливается масштаб ВОЛЬТ/ДЕЛЕНИЕ на экране осциллографа. Предусмотрена также ручка ПЕРЕМЕННОГО усиления (концентричная с переключателем коэффициента усиления), которая позволяет установить сигнал в таком виде, чтобы он занимал определенное число делений. Предупреждение: при измерении напряжений ручка установки переменного усиления должна обязательно находиться в положении КАЛИБР! Об этом часто забывают. В более совершенных моделях осциллографов предусмотрены индикаторные лампы, которые указывают, что ручка регулировки переменного усиления не находится в положении КАЛИБР.

Осциллограф имеет связи по постоянному току, и это очень важно: на экране отображается сигнал напряжения постоянного тока и только. Однако иногда интерес может представлять небольшой переменный сигнал, имеющий большое смещение в виде неизменного напряжения постоянного тока; в этом случае можно переключить вход на связь по переменному току, при этом последовательно со входом подключится конденсатор, постоянная времени которого равна примерно 0,1 с. В большинстве осциллографов имеется также заземленный вход, который позволяет определить, где находится на экране уровень 0 В. (В положении ЗЕМЛЯ сигнал не закорачивается на землю, а просто отключается от осциллографа, вход которого заземляется.) Входы осциллографа обычно обладают высоким импедансом (параллельное соединение сопротивления 1 МОм и емкости 20 пФ), как и должно быть в хорошем приборе для измерения напряжения. Универсальным и точным значением для входного сопротивления является 1,1 МОм, при этом можно использовать высокоомные щупы (об этом речь пойдет ниже); к сожалению, стандартизованного значения для параллельной емкости нет, и это вызывает некоторые неприятности при замене щупов.

В усилителях вертикального отклонения предусматривают возможность управления положением луча и возможность инвертирования сигнала по крайней мере на одном из каналов, а также переключатель ВХ. РЕЖИМ. Последний позволяет наблюдать сигнал в любом из каналов, их сумму (разность при инвертировании сигналов) или оба канала сразу. Для наблюдения сигналов в обоих каналах предназначены два режима: ЧЕРЕДОВАНИЕ, когда при следующих друг за другом развертках отображаются сигналы с альтернативных входов; режим МЕТКИ, при котором луч быстро перемещается (0,1–1 МГц) туда и обратно между двумя сигналами. Режим ЧЕРЕДОВАНИЕ, как правило, предпочтительнее, за исключением наблюдений слабых сигналов. Иногда, для того чтобы убедиться в правильности своих наблюдений, полезно пронаблюдать сигналы и в том, и в другом режиме.

Горизонтальное отклонение луча

Сигнал вертикальной развертки подается на схему вертикального отклонения и перемещает луч вверх и вниз по экрану. Сигнал горизонтальной развертки создается внутренним генератором пилообразного напряжения, обеспечивающим отклонение, пропорциональное времени. Как и для усилителей вертикального отклонения, здесь предусмотрены калиброванный переключатель ВРЕМЯ/ДЕЛЕНИЕ и концентрическая с ним ручка ПЕРЕМЕННОГО усиления; сформулированное ранее предупреждение распространяется и на этот случай. Осциллографы в большинстве снабжены ручкой х10 УСИЛЕНИЕ (по горизонтали), один из входных каналов может быть использован для внешнего задания горизонтального отклонения (при этом получаются, например, всем известные и, как правило, бесполезные фигуры Лиссажу, которые любят авторы элементарных учебников и создатели научно-фантастических фильмов).

Схема запуска

Мы подошли к самому интересному — к схеме запуска. Мы уже познакомились с сигналами вертикального отклонения и горизонтальной развертки; они необходимы для построения графика зависимости напряжения от времени. Но если сигнал горизонтальной развертки не будет перехватывать входной сигнал каждый раз в одной и той же точке (при условии, что входной сигнал является периодическим), то изображение будет представлять собой сплошную путаницу - входное колебание будет накладываться само на себя в различные моменты времени. Схема запуска позволяет выбрать УРОВЕНЬ и НАКЛОН («+» или «—»), определяющие момент начала развертки.

Посмотрите на переднюю панель прибора, и вы увидите, что существует несколько вариантов выбора сигналов, поступающих на вход схемы запуска и несколько вариантов выбора режима ее работы. В НОРМАЛЬНОМ режиме развертка начинается только в том случае, когда выбранный сигнал проходит через установленную вами точку запуска и изменяется в выбранном направлении (имеется в виду заданный НАКЛОН). На практике, регулируя уровень, добиваются стабильного изображения. В режиме внутреннего запуска (АВТО) в отсутствие сигнала развертка начинает «бегать»; этот режим хорошо использовать в тех случаях, когда сигнал может уменьшаться до малых значений, так как изображение не будет пропадать и не будет возникать впечатление, что сигнал исчез. Этот режим является самым подходящим, если рассматривается совокупность различных сигналов и нет желания каждый раз производить установку схем запуска. ОДНОКРАТНАЯ РАЗВЕРТКА используется для непериодических сигналов. В режиме ЛИНИЯ развертка запускается от сети переменного тока; этот режим используется в тех случаях, когда интерес представляют фон или пульсации в схеме. ВНЕШНИЕ входы схемы запуска используют в тех случаях, когда наряду с некоторым интересующим вас «грязным» сигналом имеется чистый сигнал, имеющий такую же скорость изменения; к такому режиму часто прибегают в тех случаях, когда на схему подается некоторый испытательный входной сигнал или в цифровых схемах, работа которых синхронизируется тактовыми импульсами. Для наблюдения комбинированных сигналов полезны различные виды связи; например, предположим, что необходимо рассмотреть звуковой сигнал с частотой порядка нескольких килогерц, на который накладываются отдельные выбросы. В режиме ПОДАВЛЕНИЕ ВЧ ко входу схемы запуска подключается фильтр НЧ, предотвращающий запуск схемы по этим выбросам. Если именно выбросы представляют для вас интерес, то можно сделать так, чтобы схема запускалась как раз по ним - для этого служит режим ПОДАВЛЕНИЕ НЧ.