Приставка осциллографическая двухканальная (стр. 3 из 6)
Структурная схема приставки осциллографической двухканальной представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1
Исследуемые сигналы через входы канала 1 и канала 2 подаются на резистивно-емкостные делители - аттенюаторы, которые определяет максимальный размах сигнала по вертикали. Далее через эмитерный повторитель сигналы поступают на МОП транзисторные ключи, которые открываются формирователем импульса. Формирователь импульса срабатывает при подаче на него синхросигнала. Длительность развертки определяет размах сигнал по горизонтали. Узел синхронизации управляется программой через LPT порт. После открытия МОП транзисторных ключей сигнал поступает на операционные усилители ОУ 1 и ОУ 2. С операционных усилителей сигналы преобразуются в цифровой вид на АЦП и выводятся на LPT порт, откуда программа считывает данные и формирует изображение сигнала.
5. Выбор и обоснование элементной базы
5.1 Компаратор КР597СА2 [8] (узел синхронизации)
Временя переключения компаратора должно быть не более 15нс.
Компаратор КР597СА2 (рисунок 5.1) предназначен для обслуживания высокоскоростных ТТЛ цифровых интегральных схем. Компаратор снабжен схемой запоминания предыдущего состояния. Подключение на выход входного каскада триггерной схемы, выполняющей функции стробирования с хранением (защелка), обеспечивает лучшую помехоустойчивость для цифровых сигналов. Схема включения компаратора показана на рисунке 3.а, а зависимость времени задержки от перенапряжения — на рисунке 5.2
.Рисунок 5.1 - схема подключения
Рисунок 5.2 - зависимость времени задержки распространения от напряжения перевозбуждения при См=15пФ
5.2Микросхема КР544УД2 -Дифференциальный операционный быстродействующий усилитель [8] (ОУ-1, ОУ-2 на структурной схеме)
Входные токи должны быть не более 0,1 нА, скорость нарастания выходного напряжения - не менее 20 В/мкс.
Электрическая схема ИС содержит входной дифференциальный каскад на полевых транзисторах с p-n переходом, промежуточный дифференциальный каскад на p-n-p транзисторах, однотактные согласующие повторители и выходной двухтактный повторитель напряжения. Частотная коррекция осуществляется внутренним интегрирующим конденсатором и резистором. Внутренние элементы частотной коррекции обеспечивают стабильность в различных режимах обратной связи, в том числе при полной отрицательной обратной связи в повторителе напряжения. Для расширения возможностей применения К544УД2, КР544УД2 (рисунок 5.3) один из выводов цепи коррекции внутри ИС не подключен, а соединен с выводом 8. Включение коррекции происходит при внешнем замыкании выводов 1 и 8. Если выводы 1 и 8 не соединены между собой, то цепь коррекции отключена. При этом ИС имеет наибольшее значение скорости нарастания входного напряжения (100 В/мкс) и произведения усиления на полосу пропускания (200 МГц на уровне усиления 100). Такой режим обеспечивает стабильность и применяется, когда коэффициент обратной связи Kooc
0,05. При глубокой отрицательной связи, когда 1 
Kooc 
0,05, применяется режим полного включения обратной коррекции, осуществляемый замыканием между собой выводов 1 и 8. Возможен режим частичного включения коррекции с использованием внешнего конденсатора, подключаемого между выводами 1 и 8 и ослабляющего действие внутренних элементов. Такой режим применяется вместо полной коррекции для повышения широкополосности и скорости нарастания входного напряжения ИС.
Рисунок 5.3
Электрические параметры
| Параметр | Значение |
| Номинальное напряжение питания | 15В, 10 % |
| Коэффициент усиления напряжения | 20000 |
| Максимальная скорость нарастания выходного напряжения | 20мкВ/с |
| Входное сопротивление | 1 · 1000 Ом |
5.3 Микросхема 74AC04N [7]
74AC04N (рисунок 5.4) содержит шесть независимых инверторов и выполняет функцию Boolean A = YИнверсный
Рисунок 5.4
5.4 Микросхема КР590КН8 [8] (МОП транзисторные ключи на структурной схеме)
Сопротивление открытого канала МОП транзисторных ключей должно быть не более 100 Ом, время включения/выключения - не более 10 нс
Рисунок 5.5
КР590КН8 (рисунок 5.5) четырехканальный аналоговый коммутатор (однополюсное включение). Многофункциональные аналоговые переключатели, изготовленные со встроенными высокоскоростными, высоковольтными и имеющими низкое сопротивление МОП (DMOS) транзисторами.
5.5 Микросхема 74ACT74N [8] (Формирователь импульса и узел синхронизации)
Микросхема 74ACT74 (рисунок 5.6) – сдвоенные триггеры D-типа с асинхронным сбросом и установкой и дополнительными (Q, Q0) выводы. Информация со входа передается на выход только с приходом положительного синхроимпульса. После того, как тактовый импульс вводит пороговое напряжение, ввод данных блокируется, и информация не передается на выводы до следующего синхроимпульса.
Рисунок 5.6
5.6 Компаратор LM211 [7] (узел синхронизации и узел АЦП на функциональной схеме)
Микросхема LM211 (рисунок 5.7) компаратор напряжения, который имеет входные токи приблизительно в сто раз ниже, чем устройства подобно μA710. Она разработана, чтобы работать по более широкому диапазону напряжений. Ее выход совместим с RTL, линией передачи данных, и ТТЛ-схемами, так же как МОП схемы. Так же она может управлять лампами или реле, переключая напряжения до 50В при токах 50 мА.
Рисунок 5.7 - Компаратор LM211
Параметры:
а) коэффициент усиления напряжения - 105
б) входной ток - 0,5 мкА
в) время переключения 0,5 мкс
5.7 Транзисторы [8] (эмитерные повторители)
Транзисторы 1VT1, 2VT1 - высокочастотные полевые с напряжением отсечки не менее 5 В (КПЗОЗГ, КПЗОЗЕ, КП307Ж и т. п.), 1VT2, 2VT2 - высокочастотные структуры n-p-n со статическим коэффициентом передачи тока п21Э не менее 50 мА (КТ316Д, КТ325Б, КТ325В), VT1, VT2 - любые соответствующей структуры с п21э не менее 400 мА, VT3 - с импульсным током коллектора не менее 300 мА и рабочей частотой не менее 200 МГц (КТ3117А, 2N2222).
5.8 Резисторы С2-29 [4]
В приставке можно применить резисторы с допускаемым отклонением от номинала не более ±0,25 %.
6. Описание работы электрической схемы
Принципиальная схема двуканальной осциллографической приставки приведена на чертеже ДП 230101.08.73.08 Э3
Исследуемые сигналы через входные гнезда XW1 и XW2 поступают на резистивно-емкостные делители, состоящие из переключателей 1SA2, 2SA2, резисторов 1R1—1R8, 2R1— 2R8 и конденсаторов 1С2—1С9,2С2—2С9, которые определяют максимальный размах по вертикали (префиксы 1 и 2 здесь и далее обозначают принадлежность элементов соответственно к каналам 1 и 2). К выходам делителей через повторители на транзисторах 1VT1, 1VT2 и 2VT1, 2VT2 подключены МОП транзисторные ключи микросхемы 1DA1 (два из ее направлений использованы в канале 1, остальные — в канале 2). Ключи открываются импульсами, поступающими от формирователя на триггере DD1.2, и через них заряжаются конденсаторы 1С10 и 2С10, к которым подключены не инвертирующие входы ОУ 1DA2 и 2DA2. Напряжения на конденсаторах, соответствующие напряжениям сигналов в момент открывания ключей, усиливаются ОУ. Длительность открывающего импульса соответствует минимальной длительности фронта входного сигнала, который отобразится без искажений, т. е. определяет полосу пропускаемых частот.
К выходам ОУ подключен сдвоенный АЦП последовательного приближения. Он содержит компараторы 1DA3, 2DA3 и ЦАП, собранный на элементах микросхем DD2, DD3 и матрице R-2R, состоящей из резисторов R12—R19, R21 — R28. Выходы компараторов соединены с контактами 13 и 15 разъема ХР1. Значения сигналов на этих контактах соответствуют битам 3 и 4 порта 37.9Н. Входы ЦАП подключены к контактам 2—9 ХР1, поэтому значение выходного сигнала ЦАП может устанавливаться путем записи в порт 378Н числа от 0 до 255 (в пределах 0,5...4,5 В). Реализованное в программе измерение напряжений на выходах ОУ 1DA2 и 2DA2 путем последовательного приближения осуществляется следующим образом. Сначала в порт 378Н выставляется число 27 (на выходе ЦАП — 2,5 В) и проверяется состояние выходов компараторов (бит 3 и 4 порта 379Н). Если компаратор сработал, к указанному числу прибавляется 26, если нет — из первого вычитается второе. Затем еще раз проверяется состояние компараторов, прибавляется или вычитается 25. Процедура повторяется до прибавления или вычитания 2. Полученные в результате числа соответствуют значениям напряжения на выходах 1DA2 и 2DA2. Делитель R20-R29 устанавливает пределы изменения напряжения на выходе ЦАП от0,5 до 4,5 В. Чтобы формирователь импульсов не срабатывал при определении напряжений на выходах ОУ, на вход D триггера DD1.2 в это время подается логический 0.