Модернизация винтажного осциллографа с помощью линии задержки

Старинные осциллографы со ждущей разверткой находят применение во многих приложениях. Однако из-за отсутствия внутренней линии задержки они не могут отображать импульс, запускающий развертку. Те же ранние лабораторные осциллографы, у которых была линия задержки, имели задержку, недостаточную для отображения таких импульсов на линейном участке развертки. При использовании таких осциллографов об истинной форме импульса можно было только догадываться. Эти ограничения можно обойти, добавив внешнюю линию задержки и эквалайзер (амплитудно-фазовый корректор). С такой доработкой осциллограф сможет точно отображать осциллограмму непосредственно от точки запуска развертки. После этого прибор становится проще в использовании, а измерения становятся более достоверными. На каждую микросекунду задержки, внесенной скорректированным кабелем, осциллограф может отображать дополнительную микросекунду информации, предшествующей запуску. На Рисунке 1 показаны компоненты, необходимые для реализации этих доработок применительно к 10-мегагерцовому осциллографу Philips PM3230. Это широкополосный усилитель, восстанавливающий сигнал до исходного уровня и обеспечивающий запуск, кабель задержки 750 нс и пассивный двухступенчатый эквалайзер.

Светодиодные драйверы MEAN WELL для систем внутреннего освещения

Схема модификации винтажного осциллографа, не имеющего внутренней линии задержки.
Рисунок 1. Схема модификации винтажного осциллографа, не имеющего внутренней
линии задержки.

Телевизионные кабели, такие как RG6U, RG59U и другие, обычно доступны на гаражных распродажах и в магазинах секонд-хенда. Для создания 750-наносекундной линии задержки 75-омные кабели с твердым или вспененным диэлектриком подключаются с помощью стандартных разъемов CATV. Глазковая диаграмма на Рисунке 2a отображает отклик линии задержки на биполярное ступенчатое воздействие при возбуждении ее низкоимпедансным драйвером. На звуковых частотах из-за резистивных потерь линия задержки передает лишь примерно 65% сигнала, а на высоких частотах скин-эффект увеличивает потери еще больше. Теоретическая форма отклика на ступенчатое воздействие с учетом потерь, добавляемых скин-эффектом, представляет собой дополнительную функцию ошибок

(см. ([1]). Время t относится к началу ступеньки после прохождения кабеля длиной l = 160 м. Компьютерная оценка этой функции показывает, что для наилучшего соответствия переходной характеристике на Рисунке 2а константа должна быть равна

Адекватно скорректировать эту функциональную форму, используя обычный одиночный Т-образный фильтр, невозможно. Поэтому задача решается во временной области путем компенсации полюсов нулями с помощью двухступенчатого эквалайзера, показанного на Рисунке 1 [2]. Фильтр на двойном Т-образном мосте корректирует вносимые кабелем фазовые и амплитудные искажения в полосе 10 МГц.

Формы сигналов, прошедших через кабель 750-наносекундной задержки (а) и полную схему, включающую кабель (б), различны. Формы сигналов, прошедших через кабель 750-наносекундной задержки (а) и полную схему, включающую кабель (б), различны.
Рисунок 2. Формы сигналов, прошедших через кабель 750-наносекундной задержки (а) и полную
схему, включающую кабель (б), различны.

Каждый из этих двух фильтров по существу представляет собой резистивный аттенюатор, но быстрые перепады в течение интервала, определяемого постоянной времени τ, могут проходить без аттенюации. На интервале τ нагрузка со стороны входного порта эквалайзера представлена только кабелем 75 Ом, поскольку конденсатор на высоких частотах эквивалентен короткому замыканию. Дроссель на высоких частотах эквивалентен разрыву, поэтому на отрезках времени τ резисторы не оказывают влияния. В конце концов, когда время t, прошедшее с начала переходного процесса, превысит τ, конденсатор и дроссель уступают место резистивному аттенюатору, представляющему для входа эквалайзера нагрузку 75 Ом. При использовании только первого фильтра с τ = 180 нс форма ступенчатого отклика становится округлой. При использовании второго фильтра с τ = 25 нс отклик имеет резкий крутой фонт, ограниченный только полосой пропускания осциллографа. Каждый фильтр находится в доработанном корпусе разветвителя сигнала CATV. Эти 75-омные фильтры можно подключать в различных местах вдоль линии задержки, не опасаясь отражений. Поэтому при использовании этого устройства можно с помощью рефлектометра выполнять точную оптимизацию номиналов пассивных компонентов для устранения остаточных отражений.

Осциллограммы A и B показывают отклик на ступенчатое воздействие без схемы задержки и со схемой задержки, соответственно.
Рисунок 3. Осциллограммы A и B показывают отклик на
ступенчатое воздействие без схемы задержки
и со схемой задержки, соответственно.

Усилитель на основе микросхемы AD8055 имеет полосу пропускания более 100 МГц, что полностью соответствует требованиям к 10-мегагерцовому осциллографу. Его входной импеданс, представляющий собой сопротивление 1 МОм с параллельной емкостью 30 пФ, согласуется с входом осциллографа и его низкоемкостными щупами. На Рисунке 2б показана окончательная глазковая диаграмма сигнала, проходящего через усилитель, двухкаскадный эквалайзер и 750-наносекундную линию задержки. Ее форма по существу идентична глазковой диаграмме, которая получается при использовании осциллографа без схемы на Рисунке 1, за исключением временного сдвига 750 нс. Преимущество схемы наглядно демонстрирует осциллограмма на Рисунке 3. Луч A показывает исходную импульсную характеристику осциллографа без схемы. Это просто неинтересная, ничего не выражающая осциллограмма. Луч B соответствует случаю, когда входной импульс проходит через усилитель на вход внешнего запуска, а затем через эквалайзер и кабель задержки на вход осциллографа. Поскольку его задержка больше, чем собственная задержка запуска развертки осциллографа, на экране появляется чистый импульс длительностью примерно 20 нс. Теперь этот набор можно использовать в качестве лабораторного осциллографа с полосой пропускания 10 МГц.

Входной импульс можно представить как четную функцию, состоящую исключительно из косинусоид с нулевыми фазами. Однако импульсная характеристика кабеля является просто производной от формы сигнала на Рисунке 2а и приобретает длинный, затянутый хвост. Следовательно, эта импульсная характеристика больше не является четной функцией, поэтому косинусоидальные составляющие, пройдя через кабель, приобретают различные фазовые сдвиги. Рисунок 3 показывает, как схема на Рисунке 1 корректирует эти фазовые сдвиги и изменения амплитуды. На осциллограмме B виден короткий симметричный импульс без «хвоста», максимально похожий на входной импульс.

  1. Datasheet Analog Devices AD8055

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 2000
сейчас смотрят 28
представлено поставщиков 1573
загружено
позиций
25 067 862