Активный щуп к осциллографу

Активный щуп к осциллографу

196
0

2019-03-29, 19.43.39

При наблюдении формы сигнала в высокочастотных цепях, исследованиях пьезокерамики, импульсов цифро­вых интегральных схем с большим выходным сопротив­лением входное сопротивление осциллографа должно быть также достаточно высоким, более 500 кОм, а его входная емкость — небольшой, 10…15 пФ. Большинство промышленных осциллографов обеспечивает указанные параметры, но лишь с входных клемм, без входного кабеля. Входной кабель длиной около метра вносит дополнительную емкость около 150 пФ, что часто иска­жает форму сигнала и, кроме того, может повлиять на функционирование исследуемого устройства. Осцилло­графы, снабженные входным активным щупом, пока еще встречаются редко, и они малодоступны радиолюбите­лю. Для уменьшения входной емкости кабеля возможно использование выносных делителей напряжения, однако их применение приводит к десятикратному ухудшению чувствительности осциллографа. йота.Не работает yota

Для уменьшения входной емкости без ухудшения чувствительности предлагалось также использовать эмиттерные и истоковые повторители [1]. Но и этот способ характеризуется большим недостатком, который состоит в том, что с ростом частоты сигнала умень­шается допустимая амплитуда сигнала, поступающего на вход щупа. Так, в схемах указанной статьи амплитуда входного сигнала активного щупа не должна превышать 1 В на частотах 3, 6 и 10 МГц для трех разных схем. Искажения сигнала за пределами этих значений недопустимо велики.

Активный щуп, которым снабжен промышленный осциллограф типа С1-40, имеет более широкие пределы измерения по частоте с коэффициентом передачи напряжения сигнала, равным 0,7. Одна­ко амплитуда исследуемого сигнала также не должна превы­шать 1 В [2].

Таким образом, исследование часто встречающихся сигналов — импульсных — при работе с цифровыми, особенно КМОП интеграль­ными схемами, амплитуды которых достигают 10 В, с помощью перечисленных активных щупов не представляется возможным.

Предлагается конструкция активного щупа к осцил­лографу, в котором устранены указанные недостатки за счет использования лампового компенсированного ка­тодного повторителя, с расширенным диапазоном на­блюдения частоты и амплитуды сигнала. Щуп обладает следующими характеристиками:

амплитуда исследуемых сигналов — синусоидальных до 2 В, отри­цательных импульсов до 1 В, положительных импульсов до 10 В;

диапазон частот исследуемого сигнала — до 14 МГц;

завал переднего фронта импульсов — не более 10 не, заднего фронта импульсов — не более 15 нс;

входное сопротивление — 500 кОм при входной емкости не бо­лее 15 пФ;

коэффициент передачи входного сигнала — 0,5 с погрешностью не более 1 дБ.

Активный щуп имеет автономное питание от сети переменного тока напряжением 220 В и подключается к входу осциллографа, имеющему входное сопротивление не менее 100 кОм.

Принципиальная схема щупа представлена на рис. 1. Она содержит собственно щуп и узлы его блока пи­тания.

Основными частями самого щупа являются входное и выходное устройства. Входное устройство выполнено на нувисторе 6С51Н, включенном по схеме катодного повторителя. Нувиетор этого типа обладает большим значением крутизны характеристики анодного тока и малыми значениями междуэлектродных емкостей. Ре­зистором R4 регулируется коэффициент передачи щупа и уровень выброса на переднем фронте исследуемого импульса в процессе наладки. Лампа VL1 предохраняет нувиетор от перегрузки входным сигналом. Выходное устройство содержит корректирующий конденсатор С14 и переменный подстроенный резистор R18 для регулировки уровня выброса на заднем фронте прямоугольно­го импульса.

Блок питания состоит из силового трансформатора Т1, выпрямителей, собранных по мостовым схемам, и трех стабилизаторов напряжения компенсационного типа. Стабилизатор напряжения накала нувистора со­бран на транзисторах VT1, VT2 и VT6; стабилизатор анодного напряжения собран на транзисторах VT3, VT4 и VT7;стабилизатор напряжения компенсации собран на транзисторах VT5 и VT8. Номинальные напряжения на выходах стабилизаторов устанавливаются соответственно переменными резисторами RIO, R13 и R16. Ста­билизированное питание нувистора гарантирует посто­янство коэффициента передачи щупа при колебаниях сетевого напряжения и отсутствие чрезмерных пульса­ций выпрямленных напряжений, которыми может ока­заться промодулирован исследуемый сигнал. Диоды VD17, VD20, VD23 — VD25 осуществляют температурную компенсацию стабилизированных напряжений. Светодиод VD1 является сигнальным.

Внешний вид активного щупа показан на рис. 2. Он состоит из пластмассового Корпуса с блоком питания и выходным устройством и выносного пробника, в кото­ром размещено входное устройство. Размещение эле­ментов схемы внутри корпуса показано на рис. 3. Вы­носной пробник соединен с блоком питания кабелем длиной 1 м, выходное устройство соединяется с входом осциллографа кабелем длиной 2 м. Переменный рези­стор компенсации постоянного выходного напряжения R21 выведен наружу пластмассового корпуса для воз­можности оперативной регулировки. Размеры пластмас­сового корпуса 180x80X45 мм.

Рис. 1. Принципиальная схема щупа

Сетевой трансформатор выполнен на сердечнике из пластин Ш-17 при толщине набора 24 мм. Катушка трансформатора имеет следующие намоточные данные (провод ПЭЛ или ПЭВ):

обмотка 1 — 2 — 2690 витков, 0,1 мм, напряжение 220 В; обмотка 3 — 4 — 200 витков, 0,1 мм, напряжение 16 В; обмотка Б — 6 — 120 витков, 0,29 мм, напряжение 10 В; обмотка 7 — 8 — 1100 витков, 0,1 мм, напряжение-90 В; обмотка 9 — 10 — 1220 витков, 0,1 мм, напряжение 100 В; обмотка 11 — 12 — 1410 витков, 0,1 мм, напряжение 115 В.

Транзистор стабилизатора анодного напряжения VT4 устанавливается на радиатор площадью поверхности 6 см2 для охлаждения.

При отсутствии транзисторов, указанных на схеме, они могут быть заменены: вместо П213Б можно исполь­зовать П216, П217; вместо МП42А — МП25, МП40; вместо КТ605БМ — П308, П309, КТ503Д или KT5Q3E. Подбор транзисторов не требуется.

Налаживание активного щупа начинают с установ­ки проходящих напряжений на выходах стабилизаторов. Напряжения должны соответствовать указанным на схеме. Напряжения измеряются относительно общего провода. Затем производится настройка щупа. Для это­го выход подключают к осциллографу, переменные ре­зисторы R4 и R18 устанавливают в положения, соот­ветствующие максимальным сопротивлениям, а на вход подают сигнал от генератора прямоугольных импульсов положительной полярности амплитудой 10 В. При этом можно использовать промышленный генератор типа Г5-48 или аналогичный ему с длительностью фронтов не более 10 не. При отсутствии промышленного генера­тора импульсов можно использовать самодельный им­пульсный генератор, собрав его на микросхемах ТТЛ серий 130, 133 или 155 [3]. С помощью регулировки переменным резистором R4 добиваются минимального выброса на переднем фронте импульса, наблюдаемого на экране осциллографа. Затем переменным резистором R18 устанавливается минимальный выброс на заднем фронте импульса. Эта настройка неоднозначна и может выполняться при разных положениях переменных рези­сторов. Следует их отрегулировать таким образом, что­бы коэффициент передачи щупа был равен 0,5.

Рис. 2. Внешний вид щупа

Рис. 3. Размещение элементов щупа внутри корпуса

При использовании активного щупа наблюдение сиг­налов частотой выше 200 кГц можно вести при откры­том и закрытом входе осциллографа. На более низких частотах сигнала следует использовать открытый вход. При наблюдении сигналов переменного тока со значи­тельной постоянной составляющей напряжения необхо­димо подавать сигнал на вход щупа через разделитель­ный конденсатор емкостью не менее 0,1 мкФ с рабочим напряжением не менее суммы постоянной составляющей и амплитуды исследуемого сигнала. Этот разделитель­ный конденсатор должен обладать малым током утечки. Поэтому предпочтительнее использовать пленочные кон­денсаторы. Перед началом наблюдений при помощи переменного резистора R21 производится компенсация выходного постоянного напряжения так, чтобы на вы­ходной клемме оно было равно нулю.

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ