Charakterograf

Kiedy po raz pierwszy zacząłem zajmować się elektroniką, jedną z pierwszych naprawdę przydatnych rzeczy, które zaprojektowałem i zbudowałem dla siebie, był wskaźnik krzywej. Wskaźnik krzywej jest jak najlepszy tester zaworów, wyświetlający w czasie rzeczywistym krzywe charakterystyczne anody na oscyloskopie z funkcją X / Y (większość lunet dwukanałowych ma to).

Mój pierwszy projekt był zrozumiale naiwny pod względem implementacji i testował tylko małe triody, ale działał OK (i nadal działa). Wszystkie krzywe w mojej książce zostały wykonane przy użyciu tego. Od tego czasu w Internecie zaczęło pojawiać się coraz więcej znaczników krzywych DIY. Mają one tendencję do zwiększania złożoności, często współpracując z komputerem. Szczególnie dobrym przykładem jest u-Tracer. Zdecydowałem, że nadszedł czas, aby zbudować nowy znacznik, który będzie testował zarówno małe pentody, jak i triody, ale zamiast zwiększać złożoność, zdecydowałem się pójść w przeciwnym kierunku: jaki jest najprostszy znacznik krzywej, jaki mogę wymyślić? Rezultatem jest minimalistyczny projekt, który faktycznie wykorzystuje mniej części niż moje pierwsze wysiłki dla początkujących!

Obwód można podzielić na cztery bloki funkcjonalne:
Zasilanie anodowe
Zasilanie siatki kontrolnej (stronniczości)
Zasilanie siatki ekranowej
Zasilanie nagrzewnicy.

Zasilanie anody:
Napięcie anodowe musi zmieniać się od zera do wysokiej wartości. Klasycznym sposobem na to jest po prostu wyprostowanie napięcia prądu przemiennego z transformatora i przyłożenie go bezpośrednio do zaworu, jak pokazano na rysunku. Aby prześledzić krzywą, musimy zmierzyć prąd anody i napięcie anody (do katody) i wykreślić je za pomocą funkcji oscyloskopu X / Y.
Prąd jest mierzony poprzez dodanie „rezystora próbkującego prąd” szeregowo z zaworem i pomiar napięcia na nim. Prawo Ohma mówi nam: I = V / R.
Napięcie anodowe jest zmniejszane za pomocą dzielnika potencjałów zamiast wystawiać woltomierz (oscyloskop) na pełne impulsy wysokiego napięcia. Użyłem kilku rezystorów w szeregu, aby dzieliły naprężenie wysokiego napięcia, więc rezystory 1 / 4W mogą być stosowane w całym projekcie, chyba że zaznaczono inaczej.
Ten dzielnik jest częściowo ominięty przez kondensator C1. Kompensuje to pojemność kabla, która w przeciwnym razie prowadzi do zapętlenia / podwójnych śladów. Może być konieczne dostosowanie wartości C1, aby pasowała do twoich kabli (moje kable są dość długie, dlatego potrzebowałem dość dużej 100pF kompensacji).
Zauważ, że ujemne sondy woltomierza są podłączone do tego samego punktu (anody). Jest to niezręczna konieczność, ponieważ większość oscyloskopów ma takie samo połączenie „uziemienia” między dwoma kanałami. Dlatego podczas użytkowania anoda jest bezpieczna w dotyku, podczas gdy siatka i katoda są pod wysokim (ujemnym) napięciem - przeciwieństwo tego, do czego jesteśmy przyzwyczajeni!

Użyłem transformatorów 15 V do wytworzenia wymaganych napięć. Jest to nie tylko tanie rozwiązanie, ale także minimalizuje prądy upływowe między siecią a źródłem wysokiego napięcia, które w przeciwnym razie przepływają do ziemi przez oscyloskop, powodując również pewne „zapętlenie” lub podwójne ślady.
Dodałem również rezystor, aby ograniczyć prąd szczytowy (moc), który może płynąć w zaworze. Jest to przydatne podczas konfiguracji, w przypadku nieprawidłowego skonfigurowania zaworu. Jest także przydatny do patrzenia na krzywe pentod połączonych triodami, gdy anoda nie jest używana, tj. Gdy siatka ekranu jest używana jako anoda niskiej mocy.

Zasilanie sieci kontrolnej:
Zasilanie siatki kontrolnej jest źródłem odchylenia i jest zwykle najtrudniejszą częścią znacznika krzywej, który ma się dobrze, szczególnie jeśli dążysz do uproszczenia. Aby prześledzić każdą krzywą sieci, obwód musi przeskakiwać napięcie katody sieci od 0 V do napięcia ujemnego w sposób schodowy. Idealnie powinien przeskakiwać od jednej wartości do następnej, gdy napięcie anody osiąga najwyższy lub najniższy szczyt, w przeciwnym razie przejścia na ekranie będą postrzegane jako delikatne „włosy” lub zakłócenia. Aby przetestować różne różne zawory, potrzebujemy wielkości stopni napięcia polaryzacji, aby były zmienne lub przełączalne między, powiedzmy, krokami 0,5 V, krokami 1 V lub krokami 2 V.

W moim projekcie przebieg klatki schodowej jest generowany za pomocą binarnego licznika 4040. Wyjście binarne z tego układu jest podawane do drabiny R2R. Jest to standardowy sposób konwersji liczby binarnej na napięcie analogowe i jest tak naprawdę rodzajem konwertera cyfrowo-analogowego! Ten obwód wykorzystuje tylko trzy bity licznika, co oznacza, że ​​istnieją 2 ^ 3 = 8 stopni odchylenia. Każdy krok zdarza się raz na każdy cykl sieciowy (1 / 50Hz), i odkryłem, że osiem kroków daje dość stabilny obraz na ekranie. Zastosowanie większej liczby kroków (tj. Śledzenie większej liczby krzywych siatki) prowadzi do migotania ekranu, ponieważ przejście przez cały cykl odchylenia zajmuje zbyt dużo czasu. Aby zsynchronizować stopnie polaryzacji z impulsem napięcia anodowego, same impulsy są podawane na wejście zegara licznika (poprzez wysoką rezystancję w celu ochrony układu!). Konieczne było pewne ulepszenie, aby doprowadzić licznik do przejścia, gdy napięcie anody spadnie blisko zera. Nadal nie jest absolutnie idealny - widać krzywe pentody - ale dla prostego obwodu jest wystarczająco dobry.

Możesz być przyzwyczajony do myślenia o układach logicznych z dodatnimi napięciami zasilania, gdzie liczba binarna wynosząca 000 odpowiadałaby zerowej liczbie głosów, a liczba 111 oznaczałaby maksymalne napięcie dodatnie. Potrzebujemy tutaj ujemnych napięć, więc w tym przypadku układ działa z ujemnego zasilania. Binarna liczba 000 odpowiada teraz maksymalnemu napięciu ujemnemu, a liczba 111 daje maksymalne napięcie, które wynosi zero (względem katody).
Zmiana wielkości stopni napięcia jest łatwa: wystarczy zmienić napięcie zasilania licznika. Odbywa się to za pomocą regulatora ujemnego napięcia 337 i przełącznika trójdrożnego (właściwie podwójnego przełącznika centralnego wyłączania). Oznacza to, że obwód nie wymaga kalibracji, ponieważ dokładność ujemnego napięcia zasilania jest dość zadawalająco określona przez dokładność regulatora i rezystorów (należy użyć urządzeń 1%). Rezystory o niewygodnej wartości pokazane na schemacie są w praktyce zbudowane z następujących wartości standardowych:
640 = 620 + 20 omów
1280 = 1,1k + 180 omów
440 = 220 + 220 omów

Dioda D1 między siatką a katodą chroni dopływ prądu polaryzacyjnego przed bezpośrednim zwarciem między anodą a siatką (w takim przypadku bezpiecznik HT z przepaleniem).

Zasilanie siatki ekranowej:
Aby przetestować pentody, napięcie ekranu musi być utrzymywane na stałym poziomie względem katody. Czasem wymaga to całkowicie osobnego zasilacza tylko dla ekranu, którego chciałem uniknąć. Dlatego w moim projekcie zasilanie z siatki ekranowej pochodzi z głównego źródła anodowego. Ponieważ główne źródło zasilania anody jest już wyprostowane na całej fali, wystarczy kondensator zbiornikowy, aby uzyskać gładki (ish) prąd stały o wysokim napięciu. Potrzebna jest jednak dodatkowa dioda, aby zablokować to napięcie prądu stałego przed powrotem do zasilania anody.
Impulsy ładowania do pierwszego kondensatora 47u prowadzą do dzwonienia w transformatorze mocy (inaczej szum przełączania diody). Prowadzi to do niewielkiego, ale zauważalnego „wybrzuszenia” na krzywych siatki. Można to wyleczyć za pomocą szybkich prostowników UF4007 i dodając sieć tłumiącą RC w transformatorze. Wartość rezystora powinna zostać dostosowana do twoich transformatorów (tj. Najpierw użyj trimpot, a następnie zastąp go stałym rezystorem). Znalazłem 10k dla mnie najlepiej.
Surowy prąd stały regulowany jest za pomocą regulowanego wysokonapięciowego regulatora IC LR8. To jedyna część, która może być trudna do znalezienia, szczególnie poza Ameryką (mam swoją na eBayu). Mimo to zdecydowałem, że warto z niego korzystać, ponieważ zapewnia niezwykle prosty obwód i, co ważniejsze, ma wbudowane zabezpieczenie przed przeciążeniami termicznymi i prądowymi. Siatki ekranowe wydają się być delikatne i podoba mi się to, że LR8 nie dostarczy więcej niż około 20 mA i wyłączy się, jeśli się przegrzeje. OK, ogranicza to również testowanie tylko do małych pentod, które nie wymagają dużego prądu ekranu, a nie dużych butelek (z wyjątkiem bardzo niskich napięć ekranu), ale wolałbym mieć kuloodporny obwód odporny na błędy użytkownika. Dioda połączona szeregowo z siatką Screna chroni regulator (i potencjometr) przed odwróconym napięciem, które mogłoby wystąpić w przypadku zwarcia ekranu anodowego. To sprawia, że ​​obwód jest praktycznie niezniszczalny. Napięcie ekranu może być zmieniane do około 218 V, a ja dodałem rezystor 10k szeregowo z przychodzącym prądem stałym, aby podzielić część rozproszenia, aby regulator nie zaczął się wyłączać tak szybko, gdy napięcie ekranu zostanie ustawione na typowe wartości. Tani miernik analogowy z ruchomą cewką wskazuje napięcie ekranu (nie pokazano na schemacie).

Zasilanie nagrzewnicy:
Pierwszy transformator zasila napięcie 15 V prądu przemiennego, które jest prostowane w celu wytworzenia około 20 V prądu stałego dla nagrzewnicy i zasilania sieciowego. W moim starym znaczniku krzywej użyłem LM317 do wykonania zmiennego zasilania grzałki. To oczywiście marnuje dość dużo energii, a ponieważ użyłem dość małego transformatora mocy, mógł on zarządzać tylko około 500 mA przez krótkie okresy. W tym nowym projekcie zastosowałem regulator przełączający. Pozwala to na znacznie bardziej efektywne wykorzystanie dostępnej mocy, dzięki czemu mogę bez problemu zasilać co najmniej 1A grzejnikami z transformatora 15VA (zauważ, że regulator przełączający musi używać diody Schottky'ego; zwykła dioda nie będzie działać). W moim prototypie faktycznie wykorzystałem gotową płytkę regulatora, która jest łatwo dostępna od chińskich sprzedawców w serwisie eBay; tańsze niż mogłem zbudować od zera. Tani cyfrowy woltomierz wskazuje napięcie grzałki (nie pokazano na schemacie).

Ważne jest, aby pamiętać, że regulator grzałki ma wspólne połączenie z katodą zaworu, więc izolacja grzałki-katody nigdy nie jest obciążona. Pamiętaj, że w tym projekcie anoda jest uziemiona przez oscyloskop, więc wszystko „poniżej” anody podskakuje w górę i w dół poniżej zera woltów, łącznie z nagrzewnicą i zasilaniem sieci!

Połączenia zewnętrzne:
Użyłem trzech gniazd zaworów: 7-stykowego (B7G), 8-stykowego (ósemkowego) i 9-stykowego (B9A), ale można dodać więcej. Wszystkie piny są połączone równolegle, to znaczy piny-1 do pinu-1, piny-2 do pinu-2 itd. Piny są następnie wyciągane za pomocą dziewięciu drutów oznaczonych kolorami (przy użyciu standardowego kodu koloru rezystora). Innymi słowy, brązowy przewód jest podłączony do pinu-1 na każdym gnieździe, czerwony przewód jest podłączony do pinu-2 na każdym gnieździe itp. Mają wtyczki bananowe, które można wkładać do gniazd montowanych na panelu.

Użyłem dwóch gniazd bananowych do połączenia anodowego, z przełącznikiem do przełączania między nimi. W ten sposób mogę szybko przełączyć między dwoma triodami w jednej kopercie (siatki i katody połączone razem).
Ponadto dodałem przełącznik, aby podłączyć gniazdo siatki ekranowej albo do zasilania siatki ekranowej do zwykłej pracy pentodowej, albo do zasilania anodowego przez rezystor 100R do pracy z triodą.
Jedno końcowe gniazdo nie ma połączenia i po prostu zapewnia miejsce odpoczynku dla nieużywanych kabli.

Korzystanie z instrumentu:
Krzywe pojawią się w odbiciu lustrzanym, tak jak zwykle je oglądamy, ale łatwo to pogodzić. Jeśli twój zakres ma opcję „odwracania” na wejściu X, możesz go użyć do odwrócenia krzywych z powrotem do normalnego (mój zakres nie ma).
Wybrałem wartości tak, aby 1mA przez zawór odpowiadał odchyleniu pionowemu 1V na lunecie, a napięcie 25 V od anody do katody odpowiada odchyleniu poziomemu 1V. Ponieważ większość zakresów ma dziesięć kwadratów na siatce, oznacza to, że cała szerokość siatki może odpowiadać 250 V, czyli około tak dużej, jak napięcie anody będzie w tym obwodzie.
 
Dla tego projektu nie ma PCB, ponieważ był on czysto eksperymentalny. Musisz rozłożyć własne!

Poniżej znajduje się zdjęcie minimalistycznego znacznika krzywej tuby ValveWizard autorstwa DanGu. Postanowił dodać przełącznik obrotowy, aby wybrać różne wartości kondensatora kompensacyjnego C1, aby zoptymalizować śledzenie. Stwierdził również, że konieczne jest zastosowanie kondensatora 1nF (zamiast 100pF) podłączonego do styku CLK 4040, aby zapewnić prawidłowe wyzwolenie ustawienia krzywej 2V / siatka. Jego krzywe wyglądają nawet lepiej niż moje!

Poniżej znajduje się zdjęcie minimalistycznego znacznika krzywej rurki autorstwa Jana G. ValveWizard. Dodał także przełączalne wartości dla C1 i kondensatora podłączonego do styku CLK 4040.