Osciloscopul ocupă un loc special în laboratorul de măsurare al unui radioamator, deoarece vă permite să „vedeți” procesele care au loc în cascade de dispozitive electronice. Dar uneori circuitul de intrare al unui osciloscop, care are o anumită rezistență și capacitate, poate introduce distorsiuni în semnalele observate. Apoi, o sondă activă este conectată la osciloscop - un fel de dispozitiv de potrivire, al cărui circuit de intrare are o rezistență semnificativ mai mare și o capacitate mai mică în comparație cu circuitul de intrare al osciloscopului. O astfel de sondă este descrisă în acest articol.
A fost publicată o descriere a unei sonde active de capacitate mică realizată pe un tranzistor cu efect de câmp cu o poartă izolată. Deși sonda este proiectată să funcționeze cu semnale de amplitudine relativ mare, de exemplu, cu nivelurile microcircuitelor CMOS, poate fi folosită și pentru a studia semnale mici - la urma urmei, osciloscoapele moderne au o sensibilitate ridicată.
Sonda, realizată pe un tranzistor cu efect de câmp KP305I, are caracteristici bune de frecvență. În același timp, utilizarea unui astfel de tranzistor provoacă anumite limitări atât la fabricarea sondei, cât și la lucrul cu aceasta. Se știe că porțile izolate ale tranzistoarelor sunt ușor de pătruns de electricitatea statică sau de preluarea tensiunii de rețea. În plus, caracteristicile electrice ale sondei sunt în mare măsură determinate de parametrii tranzistorului utilizat.
Gama de tranzistoare cu poartă izolată produse industrial este mică și este potrivită doar grupa I din seria KP305, din care este posibilă selectarea specimenelor cu parametrii corespunzători. Este aproape imposibil să se producă mai multe sonde cu caracteristici diferite. Utilizarea unui tranzistor cu efect de câmp cu o poartă în sondă tranziție r-n vă permite să eliminați limitările notate. Posibilitatea unei astfel de înlocuiri se bazează pe publicarea în . Gama mare de tranzistoare produse cu o astfel de poartă face posibilă selectarea cu ușurință a specimenelor cu parametrii necesari pentru a produce sonde cu caracteristici diferite.
Circuitul electric al sondei propuse este prezentat în Fig. 1 - este similar cu diagrama prezentată în. Sonda este un simplu urmator de sursă, a cărui sarcină este rezistența R3. Rezistoarele R1, R2 formează un divizor de tensiune de intrare.
În practică, este necesar să se efectueze diferite măsurători; este imposibil să se facă o singură sondă „pentru toate ocaziile”. Prin urmare, este recomandabil să aveți mai multe sonde realizate pe tranzistoarele larg răspândite KP302AM și seria KPZ0Z și alimentate cu o tensiune constantă de 9 V. Caracteristicile frecvenței Aceste tranzistoare sunt oarecum mai rele decât cele ale KP305, astfel încât sondele asamblate pe ele sunt, de asemenea, inferioare ca caracteristici. Capacitatea de intrare a urmăritorului de scurgere este determinată practic de capacitatea de trecere a tranzistorului și pentru KP302, KPZ0Z este mai mare decât cea a KP305. În plus, cu semnale de intrare mari, tranzistorul poate ajunge în modul de polarizare directă atunci când pornește joncțiune p-n poarta si curentul incepe sa curga prin ea. Pentru un tranzistor, acest mod nu este periculos, deoarece curentul este limitat de rezistența R1, dar rezistența de intrare a sondei scade și devine egală cu rezistența rezistorului R1. Tabelul prezintă principalele caracteristici ale mai multor tipuri de sonde și parametrii tranzistorilor pe care sunt asamblate. Aici Uzi.otc este tensiunea de tăiere a tranzistorului; Is.init - curent de scurgere inițial; Uo - tensiune constantă la ieșirea sondei în absența unui semnal de intrare; Io - consumul de curent al sondei la tensiunea Uo; +Umax și -Umax - maxim și minim tensiune de intrare, la care coeficientul de transmisie (Kper) al sondei se reduce la un nivel de 0,7 din valoarea nominală.
Principalul factor care determină domeniul de funcționare în regiunea tensiunilor negative de intrare este valoarea tensiunii de întrerupere a tranzistorului. În zona tensiunilor de intrare pozitive, domeniul de funcționare poate fi extins prin creșterea tensiunii de alimentare a sondei.
În fig. 2 sunt date caracteristici de transmisie două copii ale sondelor cu o tensiune de alimentare de 9 și 15 V. Creșterea tensiunii de alimentare este mai eficientă pentru o sondă realizată pe un tranzistor cu o valoare mare lo (Fig. 2, b) decât în cazul utilizării unui tranzistor cu un mic lo (Fig. 2, a).
Rezistorul R3 este ales cu o astfel de rezistență încât să fie asigurate caracteristicile dinamice ale sondei. Cu o rezistență ridicată a rezistorului, începe să apară efectul de „tragere” în scădere a pulsului. Alimentarea oricărei sonde poate fi autonomă, de exemplu, de la o baterie de tip Korundum, 7D-0.125, dar în majoritatea cazurilor este convenabil să o alimentați de la dispozitivul testat.
Instalarea sondei este volumetrică - bornele elementelor radio sunt conectate direct între ele (Fig. 3). Dacă sonda este destinată să funcționeze atât cu semnale de amplitudine mare, cât și cu amplitudine mică, pentru a o proteja de interferențe, este recomandabil să plasați părțile sale într-un ecran, care poate fi realizat dintr-un cablu împletit metalic de diametrul corespunzător. Sonda este conectată la osciloscop folosind un cablu coaxial sau un fir ecranat de lungimea minimă admisă (în funcție de condițiile de funcționare ale sondei).
Sonda folosește rezistențe MLT-0.125. Un rezistor cu o rezistență de 22 MOhm (în unele exemplare) este de dimensiuni mici, ca cele folosite la ceasurile de mână electronice. Condensatorul C1 este același miniatural sau de casă, realizat direct pe rezistența R1. Pentru a face acest lucru, rezistorul este înfășurat într-un strat de film dielectric (de preferință fluoroplastic), iar deasupra este pusă o bucată de împletitură de ecranare din cablul coaxial, care este apoi lipită la borna dreaptă a rezistorului R1 conform diagramei. Capătul firului PEV 0,15...0,35 este lipit la borna stângă a acestui rezistor, iar firul este înfășurat pe un ecran situat deasupra rezistorului.
Capacitatea condensatorului este reglată prin modificarea numărului de spire ale firului - setarea sondei este practic redusă la această operație. Veți avea nevoie de un generator de impulsuri dreptunghiulare care oferă o amplitudine a semnalului de ieșire de 2...5 V la o frecvență de repetiție de 1...10 kHz. Impulsurile de calibrare care sunt furnizate la intrarea sondei trebuie să aibă muchii abrupte. Prin schimbarea capacității condensatorului, se obține prezența unor creșteri și scăderi abrupte ale impulsurilor pe ecranul osciloscopului. În acest caz, amplitudinea emisiilor la fronturi nu trebuie să depășească 10% din amplitudinea pulsului.
Literatură
- Grishin A. Sondă activă pentru un osciloscop. - Radio, 1988, nr. 12, p. 45.
- Mezhlumyan A. Mod neobișnuit de funcționare tranzistor cu efect de câmp. - Radio, 1991, nr. 3, p. 58-61.
Capacitatea de intrare a osciloscoapelor moderne este de aproximativ 30...50 pF. În timpul măsurătorilor, i se adaugă capacitatea cablului de conectare, iar capacitatea totală de intrare ajunge la 100...150 pF. Acest lucru poate duce la o denaturare semnificativă a rezultatelor măsurătorilor și setare incorectă, de exemplu, mufe de filtru ale treptelor de ieșire ale amplificatoarelor de înregistrare ale casetofonelor. De aceea, atunci când se efectuează cercetări în circuite critice pentru capacitatea introdusă instrument de masurare, este necesar să folosiți dispozitive speciale de potrivire care au o impedanță mare de intrare și o capacitate mică.
Pentru cele mai multe munca practica sunt necesare două tipuri principale de dispozitive: pentru semnale armonice de amplitudine mică (1...50 mV) cu coeficient de transmisie K>1 și pentru semnale de amplitudine mare (până la 10...20 V), permițând transmiterea de o componentă constantă a semnalului şi având un coeficient de transmisie K =0,2...0,5.
Răspândit în anul trecut analogic de mare viteză și cipuri digitale care funcționează la tensiuni relativ ridicate (amplificatoare operaționale utilizate pe scară largă, microcircuite din seria K561 de până la 15 V), a relevat necesitatea unui dispozitiv care să funcționeze într-o gamă largă de tensiuni, cu capacitatea de a transmite o componentă DC a semnalului.
O diagramă a unui astfel de dispozitiv sub forma unei sonde este prezentată în Fig. 1. Se face conform schema clasica adeptul sursei utilizând un tranzistor MOS și conține un număr minim de piese. Gama de frecvență de operare este O...5 MHz. Alimentarea este furnizată de la orice sursă de curent cu o tensiune de 7...15 V, de exemplu, baterie 7D-0.115-U1.1 sau baterii galvanice „Krona”, „Korund”. Capacitatea de intrare a sondei nu este mai mare de 4 pF, rezistența de intrare nu este mai mică de 3 MOhm. Tensiunea de ieșire la Uin = 0 este de 2,5 V. Gama tensiunilor de intrare în regiunea valorilor negative (înainte de tăiere) este de 7 V, în regiunea valorilor pozitive (înainte de începerea limitării) este de 13 V la Upit = 9V și 26 V la Upit = 15V.
Coeficientul de transmisie în domeniul de frecvență specificat este 0,4.
Rezistoarele R1 și R2 formează un divizor de tensiune de intrare, condensatorul C1 servește pentru compensarea frecvenței.
Datorită împrăștierii semnificative a parametrilor instanțelor specifice de tranzistor, caracteristicile modelelor de sondă pot diferi, de asemenea, în principal în ceea ce privește tensiunea de tăiere și coeficientul de transmisie. Pentru a obține domeniul maxim de funcționare în regiunea tensiunilor negative de intrare, este necesar să se utilizeze tranzistori cu o tensiune de tăiere maximă (în valoare absolută). Autorul a folosit un tranzistor cu Uzi otc = 4,2 V. Majoritatea tranzistoarelor KP305I au o valoare mai mică a Uzi otc, prin urmare, dacă este necesar, tensiunea de tăiere a sondei poate fi mărită prin reducerea coeficientului de transmisie al divizorului de intrare, de exemplu, prin creșterea rezistenței rezistenței R1. Cu toate acestea, pentru multe măsurători în care este necesară ajustarea la tensiunea maximă sau minimă, valoarea tensiunii de tăiere a sondei nu este semnificativă, deoarece ajustarea se poate face folosind semiunda pozitivă a semnalului.
Sonda este asamblată într-o carcasă pentru stilou. Instalarea este tridimensională, fără utilizarea unor elemente structurale suplimentare. Terminalele radioelementelor sunt conectate direct între ele. Sonda este conectată la osciloscop cu un cablu ecranat de cel mult 30 cm lungime.
La instalarea sondei, trebuie luate măsuri pentru a preveni defectarea tranzistorului cu efect de câmp din cauza electricității statice și a interferențelor din rețea.
Configurarea dispozitivului constă în calibrarea pentru a obține coeficientul de transmisie necesar și selectarea capacității condensatorului C1. Calibrarea va necesita utilizarea unei surse reglementate curent continuu si un voltmetru. Prin selectarea rezistenței rezistorului R1, se stabilește coeficientul de transfer K = 0,4 (sau 0,5), ținând cont de tensiunea de polarizare inițială la ieșire.
La selectarea capacității condensatorului C1, este necesar un generator de impulsuri dreptunghiulare cu o amplitudine a semnalului de ieșire de 2...10 V și o frecvență de repetiție de 1...10 kHz. Pentru a asigura margini abrupte, puteți utiliza un divizor de frecvență de declanșare, de exemplu, pe microcircuite din seriile K155, K176, K561. Prin schimbarea capacității condensatorului de compensare a frecvenței C1, obținem impulsuri dreptunghiulare pe ecranul osciloscopului fără margini de cădere, amplitudinea supratensiunilor la margini nu trebuie să fie mai mare de 10% din amplitudinea impulsului. Capacitatea prea mare provoacă creșteri semnificative de-a lungul fronturilor, în timp ce capacitatea insuficientă determină întârzierea acestora.
Pe corpul structurii fabricate este necesar să se eticheteze parametrii dispozitivului - capacitatea de intrare, rezistența și coeficientul de transmisie.
Când se efectuează măsurători cu o citire de componentă DC, osciloscopul trebuie ajustat la nivelul de citire. Pentru a face acest lucru, scurtcircuitați intrarea sondei și setați fasciculul osciloscopului la zero.
Capacitatea de intrare a osciloscoapelor moderne este de aproximativ 30...50 pF. În timpul măsurătorilor, i se adaugă capacitatea cablului de conectare, iar capacitatea totală de intrare ajunge la 100...150 pF. Acest lucru poate duce la o distorsiune semnificativă a rezultatelor măsurătorilor și la setări incorecte, de exemplu, ale filtrelor de mufe în etapele de ieșire ale amplificatoarelor de înregistrare a casetofonelor. De aceea, atunci când se efectuează cercetări în circuite care sunt critice pentru capacitatea introdusă a dispozitivului de măsurare, este necesar să se utilizeze dispozitive speciale de potrivire care au o rezistență mare de intrare și o capacitate mică.
Pentru majoritatea lucrărilor practice, sunt necesare două tipuri principale de dispozitive: pentru semnale armonice de amplitudine mică (1...50 mV) cu un coeficient de transmisie K>1 și pentru semnale de amplitudine mare (până la 10...20 V) , permitand transmiterea componentei DC a semnalului si avand un coeficient de transmisie K=0,2...0,5.
Utilizarea pe scară largă în ultimii ani a microcircuitelor analogice și digitale de mare viteză care funcționează la tensiuni relativ mari (amplificatoare operaționale larg răspândite, microcircuite din seria K561 de până la 15 V) a scos la iveală necesitatea unui dispozitiv care funcționează într-un interval larg de tensiuni cu capacitatea pentru a transmite o componentă DC a semnalului.
O diagramă a unui astfel de dispozitiv sub forma unei sonde este prezentată în Fig. 1. Este realizat conform circuitului clasic sursă follower folosind un tranzistor MOS și conține un număr minim de piese. Gama de frecvență de operare este O...5 MHz. Alimentarea este furnizată de la orice sursă de curent cu o tensiune de 7...15 V, de exemplu, o baterie 7D-0.115-U1.1 sau baterii galvanice „Krona”, „Korund”. Capacitatea de intrare a sondei nu este mai mare de 4 pF, rezistența de intrare nu este mai mică de 3 MOhm. Tensiunea de ieșire la Uin = 0 este de 2,5 V. Gama tensiunilor de intrare în regiunea valorilor negative (înainte de tăiere) este de 7 V, în regiunea valorilor pozitive (înainte de începerea limitării) este de 13 V la Upit = 9V și 26 V la Upit = 15V.
Coeficientul de transmisie în domeniul de frecvență specificat este 0,4.
Rezistoarele R1 și R2 formează un divizor de tensiune de intrare, condensatorul C1 servește pentru compensarea frecvenței.
Datorită împrăștierii semnificative a parametrilor instanțelor specifice de tranzistor, caracteristicile modelelor de sondă pot diferi, de asemenea, în principal în ceea ce privește tensiunea de tăiere și coeficientul de transmisie. Pentru a obține domeniul maxim de funcționare în regiunea tensiunilor negative de intrare, este necesar să se utilizeze tranzistori cu o tensiune de tăiere maximă (în valoare absolută). Autorul a folosit un tranzistor cu Uzi otc = 4,2 V. Majoritatea tranzistoarelor KP305I au o valoare mai mică a Uzi otc, prin urmare, dacă este necesar, tensiunea de tăiere a sondei poate fi mărită prin reducerea coeficientului de transmisie al divizorului de intrare, de exemplu, prin creșterea rezistenței rezistenței R1. Cu toate acestea, pentru multe măsurători în care este necesară ajustarea la tensiunea maximă sau minimă, valoarea tensiunii de tăiere a sondei nu este semnificativă, deoarece ajustarea se poate face folosind semiunda pozitivă a semnalului.
Sonda este asamblată într-o carcasă pentru stilou. Instalarea este tridimensională, fără utilizarea unor elemente structurale suplimentare. Terminalele radioelementelor sunt conectate direct între ele. Sonda este conectată la osciloscop cu un cablu ecranat de cel mult 30 cm lungime.
La instalarea sondei, trebuie luate măsuri pentru a preveni defectarea tranzistorului cu efect de câmp din cauza electricității statice și a interferențelor din rețea.
Configurarea dispozitivului constă în calibrarea pentru a obține coeficientul de transmisie necesar și selectarea capacității condensatorului C1. Calibrarea va necesita utilizarea unei surse de alimentare CC reglate și a unui voltmetru. Prin selectarea rezistenței rezistorului R1, se stabilește coeficientul de transfer K = 0,4 (sau 0,5), ținând cont de tensiunea de polarizare inițială la ieșire.
La selectarea capacității condensatorului C1, este necesar un generator de impulsuri dreptunghiulare cu o amplitudine a semnalului de ieșire de 2...10 V și o frecvență de repetiție de 1...10 kHz. Pentru a asigura margini abrupte, puteți utiliza un divizor de frecvență de declanșare, de exemplu, pe microcircuite din seriile K155, K176, K561. Prin schimbarea capacității condensatorului de compensare a frecvenței C1, obținem impulsuri dreptunghiulare pe ecranul osciloscopului fără margini de cădere, amplitudinea supratensiunilor la margini nu trebuie să fie mai mare de 10% din amplitudinea impulsului. Capacitatea prea mare provoacă creșteri semnificative de-a lungul fronturilor, în timp ce capacitatea insuficientă determină întârzierea acestora.
Pe corpul structurii fabricate este necesar să se eticheteze parametrii dispozitivului - capacitatea de intrare, rezistența și coeficientul de transmisie.
Când se efectuează măsurători cu o citire de componentă DC, osciloscopul trebuie ajustat la nivelul de citire. Pentru a face acest lucru, scurtcircuitați intrarea sondei și setați fasciculul osciloscopului la zero.
Majoritatea osciloscoapelor au o impedanță de intrare de 1 megaohm și o capacitate de 20 pf. Cu ajutorul unui divizor 1X10, rezistența crește la 10 MΩ și capacitatea scade la câțiva picofarads. Cu toate acestea, chiar și astfel de parametri pot modifica parametrii circuitului măsurat, producând citiri nesigure. Sarcina acestei sonde este de a introduce o eroare minimă în circuitul măsurat. Pentru a face acest lucru, rezistența sondei ar trebui să tindă la infinit și capacitatea la zero. Pentru a obține astfel de parametri, sunt necesare un amplificator operațional de precizie și trucuri de proiectare, în special, acul sondei nu atinge placa și, trecând prin boșonul de fluoroplastic, este lipit direct de picioarele microcircuitului. La fel de amplificator operațional A fost selectat CA3140, utilizat pe scară largă. Iată care sunt parametrii care ne interesează din fișa de date:
Deoarece nu am posibilitatea de a controla parametri atât de înalți, voi folosi date ușor reduse din fișa de date. Apoi, parametrii produsului vor fi după cum urmează:
- Impedanță de intrare - 1 volum
- Capacitate de intrare - 5 pF
- Câștig - 1:10 și 1:1
- Tensiune maximă de intrare 12 volți
- Maxim tensiune de ieșire- 8 volți
- Frecvența maximă de operare - 1 MHz
Circuitul este la fel de simplu ca o cizmă din pâslă, deci nu indică blocarea condensatorilor pentru sursa de alimentare și o șoc de mod comun pe firul de alimentare. Rezistoarele trimmer ajustează offset-ul și câștigul DC în modul 1:10.
Așa arată structura finită, cu firul de împământare cu crocodilul la capăt nelipit.
O sursă bună de boșuri fluoroplastice sunt conectorii SMA în acest design, sunt lipiți în întregime. Un pas important este să spălați placa cu alcool, fără acest lucru puteți uita de rezistențele ultra-înalte și, uneori, obțineți chiar și un dispozitiv inoperabil.
Aveam nevoie de o sondă pentru un osciloscop pentru a vedea forma de undă a tensiunii de 700 de volți curent alternativ. Prețurile din magazine sunt serioase - va trebui să cheltuiți o mulțime de bani, ceva de la 3000 de ruble. De aceea mi-am asumat acest proiect. Costul pieselor este de aproximativ 200 de ruble. Circuitul este simplu și dacă găsiți microcircuitele indicate, îl puteți asambla în câteva zile.
- Defecte- semnale de joasă frecvență pe care le putem studia fără distorsiuni. Pentru un dreptunghi, 20 kHz va fi limita. Dacă este configurat cu o schimbare de fază, atunci sinusul poate fi vizualizat la aproximativ 50 kHz.
- Avantaje- izolare galvanica completa pana la 3 kV.
Astfel, acest dispozitiv este perfect pentru inginerii energetici. Desigur, nu în laborator, ci în diagnosticarea operațională a liniilor de înaltă tensiune.
Baza designului este un amplificator izolat galvanic ACPL-790. De aici principala limitare a frecventelor sondei. Amplificatorul este alimentat de un convertor de tensiune izolat. Semnal de intrare(maximum 300 mV) este îndepărtat din divizorul de tensiune al rezistenței.
Exemplul prezentat este proiectat pentru intrare de 2,5 kV DC. U AD620 rata de variare a semnalului la ieșirea microcircuitului este de 0,3 V/µs.
Amplificatorul de măsurare este alimentat și de un convertor care asigură o tensiune bipolară de ±5 V. Există 20 de rezistențe în 2 benzi la intrare. La tensiuni înalte Vor genera multă putere, la 2,5 kV aproximativ 3 W.
Placa măsoară 100x65 mm și se potrivește într-o carcasă mică de plastic. Productie placă de circuit imprimat- Chineză (la vânzare pentru 10 bucăți de dimensiunea 100x100 mai puțin de 10 USD).
Calibrare: au fost utilizate o tensiune de rețea obișnuită de 220 V și un multimetru digital de înaltă calitate. Reglăm trimmerele până când obținem citiri pe ecranul osciloscopului Vrms, similar cu datele multimetrului de referință.
Se încarcă...