Az oszcilloszkóp különleges helyet foglal el a rádióamatőr mérőlaboratóriumában, mert lehetővé teszi az elektronikus eszközök kaszkádjaiban fellépő folyamatok "látását". De néha egy oszcilloszkóp bemeneti áramköre, amely bizonyos ellenállással és kapacitással rendelkezik, torzításokat vezethet be a megfigyelt jelekbe. Ekkor csatlakozik az oszcilloszkóphoz egy aktív szonda - egyfajta illesztőeszköz, amelynek a bemeneti áramköre lényegesen nagyobb ellenállással és kisebb kapacitással rendelkezik, mint az oszcilloszkóp bemeneti áramköre. Egy ilyen szondát a javasolt cikk ismertet.
Megjelent egy kis kapacitású aktív szonda leírása, amely szigetelt kapu térhatású tranzisztoron készült. Bár a szondát úgy tervezték, hogy viszonylag nagy amplitúdójú jelekkel, például CMOS chip-szintekkel dolgozzon, kis jelek vizsgálatára is használható, mivel a modern oszcilloszkópok nagy érzékenységgel rendelkeznek.
A KP305I térhatású tranzisztoron készült szonda jó frekvenciakarakterisztikával rendelkezik. Ugyanakkor egy ilyen tranzisztor használata bizonyos korlátozásokat okoz mind a szonda gyártása során, mind a vele való munka során. Ismeretes, hogy a tranzisztorok szigetelt kapuit a statikus elektromosság vagy a hálózati feszültség felvevők könnyen feltörik. Ezenkívül a szonda elektromos jellemzőit nagymértékben meghatározzák a használt tranzisztor paraméterei.
A kereskedelemben kapható szigetelt kaputranzisztorok kínálata kicsi, és csak a KP305 sorozat I. csoportja alkalmas, amelyből megfelelő paraméterekkel rendelkező mintákat lehet kiválasztani. Szinte lehetetlen több, eltérő tulajdonságú szondát készíteni. Alkalmazás a szondában egy térhatású tranzisztor kapuval a formában p-p átmenet lehetővé teszi a megjelölt korlátozások megszüntetését. Az ilyen csere lehetőségét egy publikáció alapozza meg. Az ilyen kapuval gyártott tranzisztorok széles választéka megkönnyíti a másolatok felvételét a megfelelő paramétereket különböző jellemzőkkel rendelkező szondák készítésére.
A javasolt szonda elektromos áramköre az ábrán látható. 1 - hasonló az alábbi ábrához. A szonda a legegyszerűbb forráskövető, melynek terhelése az R3 ellenállás. Az R1, R2 ellenállások bemeneti feszültségosztót alkotnak.
A gyakorlatban különféle méréseket kell végezni, lehetetlen egy szondát "minden alkalomra" készíteni. Ezért célszerű több szondát készíteni a széles körben használt KP302AM és a KPZ0Z sorozatú tranzisztorokon, és állandó 9 V-os feszültséggel táplálni. Frekvencia jellemzők ezek a tranzisztorok valamivel rosszabbak, mint a KP305-é, ezért a rájuk szerelt szondák teljesítménye gyengébb. A bemeneti kapacitást és a lefolyókövetőt gyakorlatilag a tranzisztor áteresztő kapacitása határozza meg, a KP302, KPZ0Z esetében pedig nagyobb, mint a KP305-é. Ezen túlmenően, nagy bemeneti jelek esetén a tranzisztor előrefeszített módban lehet, amikor bekapcsol. p-n csomópont kapu és áram folyik rajta. A tranzisztor számára ez az üzemmód nem veszélyes, mivel az áramot az R1 ellenállás korlátozza, de a szonda bemeneti ellenállása csökken, és egyenlővé válik az R1 ellenállás ellenállásával. A táblázat bemutatja több szonda fő jellemzőit és azon tranzisztorok paramétereit, amelyekre össze vannak szerelve. Itt az Uzi.otc a tranzisztor vágási feszültsége; Is.nach - kezdeti leeresztő áram; Uo - állandó feszültség a szonda kimenetén bemeneti jel hiányában; Io - a szonda áramfelvétele Uo feszültségen; +Umax és -Umax - maximum és minimum bemeneti feszültség, amelynél a szonda átviteli együtthatója (Kper) a névleges értékről 0,7-re csökken.
A negatív bemeneti feszültségek tartományában a működési tartományt meghatározó fő tényező a tranzisztor levágási feszültségének értéke. A pozitív bemeneti feszültségek tartományában a működési tartomány a szonda tápfeszültségének növelésével bővíthető.
ábrán. 2 van megadva átviteli jellemzők a szondák két példánya 9 és 15 V tápfeszültség mellett. A tápfeszültség növelése hatékonyabb egy nagy lo értékű tranzisztoron készült szondánál (2. ábra, b), mint ha tranzisztort használunk egy kis lo (2. kép, a).
Az R3 ellenállást úgy választják meg, hogy biztosítsák a szonda dinamikus jellemzőit. Az ellenállás nagy ellenállása esetén megjelenik az impulzusok lecsengésének „húzásának” hatása. Bármely szonda tápellátása lehet autonóm, például a Korund, 7D-0.125 típusú akkumulátorról, de a legtöbb esetben kényelmes a vizsgált eszközről táplálni.
A szonda felszerelése térfogati - a rádióelemek következtetései közvetlenül kapcsolódnak egymáshoz (3. ábra). Ha a szonda nagy és kis amplitúdójú jelekkel is működik, akkor a részeit az interferencia elleni védelem érdekében célszerű árnyékolóba helyezni, amely megfelelő átmérőjű kábel fémfonatából készülhet. A szonda koaxiális kábellel vagy árnyékolt vezetékkel csatlakozik az oszcilloszkóphoz a minimálisan megengedett hosszúságú (a szonda működési feltételeinek megfelelően).
A szondában MLT-0.125 ellenállásokat használnak. A 22 MΩ-os ellenállás (egyes esetekben) kis méretű, hasonló az elektronikus karórákban használthoz. C1 kondenzátor - ugyanaz a miniatűr vagy házi készítésű, közvetlenül az R1 ellenálláson. Ehhez az ellenállást dielektromos fóliával (lehetőleg fluoroplasztikus) burkolják, és a koaxiális kábelről egy árnyékoló fonatot helyeznek a tetejére, amelyet azután az R1 ellenállás jobb kimenetére forrasztanak a séma szerint. . A 0,15 ... 0,35 PEV vezeték vége ennek az ellenállásnak a bal oldali kivezetésére van forrasztva, és a vezetéket az ellenállás felett található képernyőre kell feltekerni.
A kondenzátor kapacitását a huzal fordulatszámának változtatásával állítjuk be - a szonda beállítása gyakorlatilag erre a műveletre csökken. Szüksége lesz egy téglalap alakú impulzusgenerátorra, amely 2 ... 5 V kimeneti jel amplitúdót biztosít 1 ... 10 kHz ismétlési gyakoriság mellett. A szonda bemenetére alkalmazott kalibrációs impulzusoknak meredek élekkel kell rendelkezniük. A kondenzátor kapacitásának változtatásával az oszcilloszkóp képernyőjén meredek frontok és impulzusok lecsengése érhető el. Ebben az esetben a túlfeszültségek amplitúdója a frontokon nem haladhatja meg az impulzusamplitúdó 10%-át.
Irodalom
- Grishin A. Aktív szonda oszcilloszkóphoz. - Rádió, 1988, 12. szám, p. 45.
- Mezhlumyan A. Szokatlan működési mód térhatású tranzisztor. - Rádió, 1991, 3. szám, p. 58-61.
A modern oszcilloszkópok bemeneti kapacitása körülbelül 30...50 pF. Méréskor hozzáadjuk a csatlakozó kábel kapacitását, és a teljes bemeneti kapacitás eléri a 100 ... 150 pF-et. Ez a mérési eredmények jelentős torzulásához vezethet, ill helytelen beállítás például a magnetofon rögzítőerősítőinek kimeneti fokozatainak csatlakozószűrői. Ez az oka annak, hogy a bevezetett kapacitás szempontjából kritikus áramkörökben végzett kutatások során mérőeszköz, speciális illesztő eszközöket kell használni nagy bemeneti impedanciával és kis kapacitással.
Legtöbbnek praktikus munka két fő eszköztípusra van szükség: kis amplitúdójú (1 ... 50 mV) harmonikus jelekhez K> 1 átviteli együtthatóval és nagy amplitúdójú jelekhez (10 ... 20 V-ig), amelyek lehetővé teszik a a jel állandó összetevője, és átviteli együtthatója K =0,2...0,5.
Széles körben elterjedt utóbbi évek A viszonylag nagy feszültségen működő nagysebességű analóg és digitális mikroáramkörök (op-erősítők széles körű alkalmazáshoz, K561 sorozatú mikroáramkörök - 15 V-ig) felfedték, hogy szükség van egy széles feszültségtartományban működő, állandó jel továbbítására képes eszközre összetevő.
Egy ilyen szonda formájú eszköz diagramja az ábrán látható. 1. Aszerint készül klasszikus minta MOS tranzisztort használó forráskövető, és minimális számú alkatrészt tartalmaz. A működési frekvencia tartomány O...5 MHz. A tápellátást bármilyen áramforrásról biztosítják, például 7 ... 15 V feszültséggel, akkumulátor 7D-0.115-U1.1 vagy galvanikus akkumulátorok "Krona", "Korund". A szonda bemeneti kapacitása nem több, mint 4 pF, a bemeneti ellenállás nem kevesebb, mint 3 MΩ. A kimeneti feszültség Uin=0 mellett 2,5 V-ot állít be. A bemeneti feszültségek tartománya a negatív értékek területén (lezárás előtt) 7 V, a pozitív értékek területén (indítás előtt) korlátozás) 13 V Upit=9V és 26V Upit=15V esetén.
Az átviteli együttható a megadott frekvenciatartományban 0,4.
Az R1 és R2 ellenállások alkotják a bemeneti feszültségosztót, a C1 kondenzátort frekvenciakompenzációra használják.
Az egyes tranzisztorok paramétereinek jelentős eltérése miatt a szondakialakítások jellemzői is főként vágási feszültségben és átviteli tényezőben térhetnek el egymástól. A negatív bemeneti feszültségek tartományában a maximális működési tartomány eléréséhez a maximális (abszolút értékben) zárófeszültségű tranzisztorokat kell használni. A szerző Uzi otc = 4,2 V-os tranzisztort használt. A legtöbb KP305I tranzisztor kisebb Uzi otc értékkel rendelkezik, ezért szükség esetén a szonda leválasztó feszültsége növelhető a bemeneti osztó erősítésének csökkentésével, például a bemeneti osztó ellenállásának növelésével. R1 ellenállás. Azonban sok olyan mérésnél, amelynél a maximális vagy minimális feszültségre kell igazítani, a szonda levágási feszültségértéke nem jelentős, mivel a beállítás a jel pozitív félhullámán végezhető el.
A szonda tokba van szerelve filctollal. A telepítés volumetrikus, további szerkezeti elemek használata nélkül. A rádióelemek következtetései közvetlenül kapcsolódnak egymáshoz. A szonda 30 cm-nél nem hosszabb árnyékolt kábellel csatlakozik az oszcilloszkóphoz.
A szonda felszerelésekor meg kell akadályozni, hogy a térhatású tranzisztor statikus elektromosság és a hálózatból származó interferencia miatt meghibásodjon.
A készülék beállítása a szükséges átviteli együttható eléréséhez szükséges kalibrálásból és a C1 kondenzátor kapacitásának kiválasztásából áll. A kalibráláshoz szabályozott forrásra lesz szükség egyenáramés egy voltmérő. Az R1 ellenállás ellenállásának kiválasztásával az átviteli együtthatót K = 0,4-re (vagy 0,5-re) állítjuk, figyelembe véve a kimeneten a kezdeti előfeszítési feszültséget.
A C1 kondenzátor kapacitásának kiválasztásakor téglalap alakú impulzusgenerátorra van szükség, amelynek kimeneti jelamplitúdója 2 ... 10 V és ismétlési gyakorisága 1 ... 10 kHz. A meredek frontok biztosításához használhat trigger frekvenciaosztót, például a K155, K176, K561 sorozatú mikroáramkörökön. A C1 frekvenciakompenzációs kondenzátor kapacitásának megváltoztatásával téglalap alakú impulzusokat kapunk az oszcilloszkóp képernyőjén a frontok eltömődése nélkül, a frontokon a túlfeszültségek amplitúdója nem haladhatja meg az impulzus amplitúdójának 10%-át. A túl nagy kapacitás jelentős túlfeszültségeket okoz a frontok mentén, elégtelen - azok meghúzását.
A gyártott szerkezet testén fel kell tüntetni az eszköz paramétereit - bemeneti kapacitást, ellenállást és átviteli együtthatót.
Az egyenáramú komponens leolvasásával végzett mérések során az oszcilloszkópot korrigálni kell a kiolvasási szintre. Ehhez zárja be a szonda bemenetét, és állítsa az oszcilloszkóp sugarát nullára.
A modern oszcilloszkópok bemeneti kapacitása körülbelül 30...50 pF. Méréskor hozzáadjuk a csatlakozó kábel kapacitását, és a teljes bemeneti kapacitás eléri a 100 ... 150 pF-et. Ez a mérési eredmények jelentős torzulásához és hibás beállításokhoz vezethet, például a magnetofon rögzítőerősítőinek kimeneti fokozatainak bevágásos szűrőihez. Éppen ezért a mérőeszköz bevezetett kapacitása szempontjából kritikus áramkörökben végzett kutatások során speciális illesztőeszközöket kell alkalmazni, amelyek nagy bemeneti ellenállással és kis kapacitással rendelkeznek.
A legtöbb gyakorlati munkához két fő eszköztípusra van szükség: kis amplitúdójú harmonikus jelekhez (1 ... 50 mV) K> 1 átviteli együtthatóval és nagy amplitúdójú jelekhez (10 ... átvitellel). együttható K=0,2...0,5.
A viszonylag nagy feszültségen működő nagysebességű analóg és digitális mikroáramkörök (operációs erősítők széleskörű alkalmazáshoz, K561 sorozatú mikroáramkörök - 15 V-ig) elterjedt alkalmazása az utóbbi években megmutatta, hogy szükség van egy széles feszültségen működő eszközre. tartomány állandó jelkomponens átvitelének képességével.
Egy ilyen szonda formájú eszköz diagramja az ábrán látható. 1. A klasszikus forráskövető áramkör szerint készül, MOS tranzisztor segítségével, és minimális számú alkatrészt tartalmaz. A működési frekvencia tartomány O...5 MHz. Az áramellátás bármely 7 ... 15 V feszültségű áramforrásról történik, például 7D-0.115-U1.1 akkumulátor vagy Krona, Korund galvanikus akkumulátor. A szonda bemeneti kapacitása nem több, mint 4 pF, a bemeneti ellenállás nem kevesebb, mint 3 MΩ. A kimeneti feszültség Uin=0 mellett 2,5 V-ot állít be. A bemeneti feszültségek tartománya a negatív értékek területén (lezárás előtt) 7 V, a pozitív értékek területén (indítás előtt) korlátozás) 13 V Upit=9V és 26V Upit=15V esetén.
Az átviteli együttható a megadott frekvenciatartományban 0,4.
Az R1 és R2 ellenállások alkotják a bemeneti feszültségosztót, a C1 kondenzátort frekvenciakompenzációra használják.
Az egyes tranzisztorok paramétereinek jelentős eltérése miatt a szondakialakítások jellemzői is főként vágási feszültségben és átviteli tényezőben térhetnek el egymástól. A negatív bemeneti feszültségek tartományában a maximális működési tartomány eléréséhez a maximális (abszolút értékben) zárófeszültségű tranzisztorokat kell használni. A szerző Uzi otc = 4,2 V-os tranzisztort használt. A legtöbb KP305I tranzisztor kisebb Uzi otc értékkel rendelkezik, ezért szükség esetén a szonda leválasztó feszültsége növelhető a bemeneti osztó erősítésének csökkentésével, például a bemeneti osztó ellenállásának növelésével. R1 ellenállás. Azonban sok olyan mérésnél, amelynél a maximális vagy minimális feszültségre kell igazítani, a szonda levágási feszültségértéke nem jelentős, mivel a beállítás a jel pozitív félhullámán végezhető el.
A szonda tokba van szerelve filctollal. A telepítés volumetrikus, további szerkezeti elemek használata nélkül. A rádióelemek következtetései közvetlenül kapcsolódnak egymáshoz. A szonda 30 cm-nél nem hosszabb árnyékolt kábellel csatlakozik az oszcilloszkóphoz.
A szonda felszerelésekor meg kell akadályozni, hogy a térhatású tranzisztor statikus elektromosság és a hálózatból származó interferencia miatt meghibásodjon.
A készülék beállítása a szükséges átviteli együttható eléréséhez szükséges kalibrálásból és a C1 kondenzátor kapacitásának kiválasztásából áll. A kalibráláshoz szabályozott egyenáramú tápegység és voltmérő használata szükséges. Az R1 ellenállás ellenállásának kiválasztásával az átviteli együtthatót K = 0,4-re (vagy 0,5-re) állítjuk, figyelembe véve a kimeneten a kezdeti előfeszítési feszültséget.
A C1 kondenzátor kapacitásának kiválasztásakor téglalap alakú impulzusgenerátorra van szükség, amelynek kimeneti jelamplitúdója 2 ... 10 V és ismétlési gyakorisága 1 ... 10 kHz. A meredek frontok biztosításához használhat trigger frekvenciaosztót, például a K155, K176, K561 sorozatú mikroáramkörökön. A C1 frekvenciakompenzációs kondenzátor kapacitásának megváltoztatásával téglalap alakú impulzusokat kapunk az oszcilloszkóp képernyőjén a frontok eltömődése nélkül, a frontokon a túlfeszültségek amplitúdója nem haladhatja meg az impulzus amplitúdójának 10%-át. A túl nagy kapacitás jelentős túlfeszültségeket okoz a frontok mentén, elégtelen - azok meghúzását.
A gyártott szerkezet testén fel kell tüntetni az eszköz paramétereit - bemeneti kapacitást, ellenállást és átviteli együtthatót.
Az egyenáramú komponens leolvasásával végzett mérések során az oszcilloszkópot korrigálni kell a kiolvasási szintre. Ehhez zárja be a szonda bemenetét, és állítsa az oszcilloszkóp sugarát nullára.
A legtöbb oszcilloszkóp bemeneti impedanciája 1 MΩ, kapacitása pedig 20 pF. 1X10-es osztó használatával az ellenállás 10 MΩ-ra nő, a kapacitás pedig néhány pikofaradra csökken. Azonban még az ilyen paraméterek is megváltoztathatják a mért áramkör paramétereit, megbízhatatlan leolvasást adva. Ennek a szondának az a feladata, hogy minimális hibát vigyen be a mért áramkörbe. Ehhez a szonda ellenállásának a végtelenbe, a kapacitásának pedig nullára kell lennie. Az ilyen paraméterek eléréséhez precíziós műveleti erősítőre és tervezési trükkökre van szükség, különösen az, hogy a szonda tűje nem érinti a táblát, és a fluoroplasztikus nyúlványon áthaladva közvetlenül a mikroáramkör lábaihoz van forrasztva. Mint műveleti erősítő a széles körben használt CA3140 van kiválasztva. Íme a számunkra érdekes paraméterek az adatlapból:
Mivel ilyen magas paramétereket nem tudok szabályozni, ezért kissé csökkentett adatlapadatokat fogok használni. Ezután a termék paraméterei a következők lesznek:
- Bemeneti impedancia - 1 hangerő
- Bemeneti kapacitás - 5 pF
- Erősítés - 1:10 és 1:1
- Maximális bemeneti feszültség 12 volt
- Maximális kimeneti feszültség- 8 volt
- Maximális működési frekvencia - 1 MHz
Az áramkör egyszerű, mint egy filc indítás, így nem jelez blokkoló kondenzátorokat a tápellátáshoz és közös módú fojtást a tápvezetéken. A trimmerek 1:10 módban állítják be a DC eltolást és az erősítést.
Így néz ki a kész szerkezet, nincs rá forrasztva a földvezeték, aminek a végén egy krokodil van.
A PTFE fülek jó forrása az SMA csatlakozók, ebben a kivitelben teljesen forrasztva van. Fontos mérföldkő alkohollal mossa le a táblát, enélkül megfeledkezhet az ultra-nagy ellenállásról, és néha még egy nem működő eszközt is kaphat.
Szükségem volt egy oszcilloszkóp szondára, hogy lássam a 700 voltos feszültség hullámformáját váltakozó áram. Az árak a boltokban komolyak - sok pénzt kell költenie, valami 3000 rubeltől. Ezért vállaltam el ezt a projektet. Az alkatrészek ára körülbelül 200 rubel. Az áramkör egyszerű, és ha megtalálja a jelzett mikroáramköröket, pár napon belül összeszereli.
- Hibák- alacsony frekvenciájú jelek, amelyeket torzítás nélkül tudunk vizsgálni. A 20 kHz-es téglalapra van korlátozás. Ha némi fáziseltolással hangoljuk, akkor a szinusz kb. 50 kHz-en látható.
- Előnyök- teljes galvanikus leválasztás 3 kV-ig.
Így ez az eszköz nagyszerű az energiamérnökök számára. Természetesen nem a laboratóriumban, hanem a nagyfeszültségű vezetékek munkadiagnosztikájában.
A kialakítás alapja egy galvanikusan leválasztott erősítő ACPL-790. Ebből adódik a szonda frekvenciájának fő korlátozása. Az erősítőt egy leválasztott feszültségátalakító táplálja. Bemeneti jel(maximum 300 mV) az ellenállás feszültségosztójából veszik.
A bemutatott példa 2,5 kV DC bemenetre vonatkozik. Nál nél AD620 a jel elfordulási sebessége a mikroáramkör kimenetén 0,3 V/μs.
A mérőerősítőt egy átalakító is táplálja, amely ±5 V bipoláris feszültséget biztosít. A bemeneten 20 ellenállás található 2 sávban. Nál nél magas feszültségek sok energiát adnak le, 2,5 kV-on körülbelül 3 wattot.
A tábla mérete 100x65 mm, és egy kis műanyag tokban elfér. Termelés nyomtatott áramkör- kínai (10 darab 100x100-as promóció esetén 10 dollárnál kevesebb).
Kalibráció: a hagyományos 220 V-os hálózat feszültségét és egy jó minőségű digitális multimétert használt. Addig állítjuk a trimmereket, amíg az oszcilloszkóp képernyőjén leolvasást nem kapunk Vrms hasonló a referencia multiméteréhez.
Betöltés...