Активний щуп на ОУ для осцилографа. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

 Коментарі до статті

Широкосмугові підсилювачі з високим вхідним опором, малою вхідною ємністю та низьким вихідним опором використовуються в різних пристроях. Одне із застосувань – вхідні щупи для осцилографів та іншої вимірювальної апаратури. Як показано у цій статті, сучасні ОУ фірми Analog Device дозволяють вирішити це завдання простими засобами.

Осцилограф є одним з найбільш універсальних приладів, що дозволяють вимірювати різні параметри електричного сигналу, а часто і значно спрощувати процедуру налаштування електронних пристроїв. У деяких випадках він просто незамінний. Однак багатьом знайома ситуація, коли підключення осцилографа до пристрою, що налаштовується, призводить до порушення його режимів. Виною тому в першу чергу служать ємність, що вносяться в досліджуваний ланцюг, і опір входу осцилографа і його сполучного кабелю.

Більшість осцилографів, використовуваних радіоаматорами, мають високий вхідний опір (1 МОм) та вхідну ємність 5...20 пФ. У поєднанні із сполучним екранованим вхідним кабелем довжиною близько метра сумарна ємність зростає до 100 пФ та більше. Для пристроїв, що працюють на частотах вище 100 кГц, така ємність може істотно вплинути на результати вимірювань.

Для усунення цього недоліку радіоаматори користуються неекранованим дротом (якщо рівень сигналу досить великий) або спеціальним активним щупом, до складу якого входить підсилювач з високим вхідним опором, виконаний, як правило, на транзисторах польових [1-3]. Застосування такого щупа значно знижує величину ємності, що вноситься в пристрій. Однак недоліками деяких з них є низький коефіцієнт передачі або наявність на виході зсуву рівня, що ускладнює вимірювання постійної напруги. Крім того, вони мають вузький діапазон робочих частот (до 5 МГц), що також обмежує їх застосування та потребує коротких кабелів. Дещо кращі параметри має щуп, описаний у [2]. Слід зазначити, що всі ці щупи можуть ефективно працювати з осцилографами, мають високий вхідний опір.

В даний час все більшого поширення набувають широкосмугові осцилографи з діапазоном робочих частот до 100 МГц і вище, мають низький вхідний опір - 50 Ом, тому їх підключення до пристрою часто стає практично неможливим. Не всі їх комплектуються активними щупами, а застосування резистивних дільників призводить до помітного зниження чутливості.

Активний щуп, опис якого пропонується до уваги читачів, вільний від зазначених недоліків. Він працює з різними осцилографами, вхідний опір яких може бути низькоомним – 50 Ом або високоомним – до 1 МОм, має діапазон робочих частот 0...80 МГц та досить високий вхідний опір на низьких частотах – 100 кОм. Його коефіцієнт передачі - 1 чи 10, тобто. він не лише не послаблює, а й посилює сигнал. До переваг щупа можна віднести і його невеликі габарити.

Таких параметрів вдалося досягти за рахунок застосування сучасного швидкодіючого ОУ фірми Analog Devices. Зокрема, у цьому щупі використано ОУ AD812AN, який має такі основні характеристики:

Верхня робоча частота – не менше 100 МГц; вхідний опір – 15 МОм при вхідній ємності 1,7 пФ; вхідна напруга – до +13,5 В, а швидкість наростання вихідної напруги – 1600 В/мкс; вихідний струм (при вихідному опорі 15 Ом) – до 50 мА; споживаний струм без вхідного сигналу - 6 мА.

Крім того, ОУ має низький рівень гармонік (-90 дБ на частоті 1 МГц і навантаженні 1 кОм) і малий рівень шуму (3,5 нВ/^Гц), захист від К3 (струм обмежений до 100 мА), потужність, що розсіюється невеликим корпусом досить велика – 1 Вт. До цього слід додати, що ціна мікросхеми, що містить два ОУ із такими параметрами, відносно невисока ($3...4).

Схема активного щупа наведено на рис. 1. Здебільшого вона відповідає стандартній схемі включення ОУ. Коефіцієнт передачі КU змінюється перемиканням SA1 елементів ланцюга зворотного зв'язку і має два значення: 1 і 10. Перемикачем SA2 вибирають режим роботи: із "закритим" входом, коли на вході включений конденсатор С1 і постійна складова напруги на вхід не проходить, або з "відкритим" входом, коли вона проходить.

АЧХ щупа при роботі на навантаження опором 50 Ом для різних коефіцієнтів передачі дещо відрізняється. Для Кu=1 вона має невеликий підйом (до 20...25%) на частотах 20...45 МГц і знижується рівня 0,7 на частотах 70...80 МГц і рівня 0,3 на 100 МГц. Для Кu=10 АЧХ дорівнює до 20 МГц і плавно падає до 7 на частоті 40 МГц, але в частоті 100 МГц зменшується до 3.

При підключенні щупа до осцилографа або частотоміру з великим вхідним опором (зазвичай Rвх = 1 МОм) через високочастотний кабель довжиною 1 м амплітуда максимальної вихідної напруги ОУ досягає 12 (при Uпіт = +15 В) на частотах до 10 ... 15 МГц і плавно зменшується до 3 на частотах 30...40 МГц. При навантаженні щупа на низькоомний вхід (Rвх = 50 Ом) осцилографа максимальна вихідна напруга становить 4 на частотах до 1 МГц і знижується до 0,5 на частотах 30 ... 40 МГц. Слід особливо відзначити, що наявність режиму посилення дозволяє спостерігати на екрані осцилографа з чутливістю 10 мВ на поділ вхідних сигналів з амплітудою 200...300 мкВ!

На вході підсилювача встановлено відносно невеликий опір R3 (100 кОм). Зроблено це тому, що вхідний струм ОУ становить частки мкА і зміщення рівня постійної напруги на виході становить у цьому випадку приблизно 50 мВ при КU = 1 або 500 мВ при Кu = 10. Збільшення цього опору призведе до відповідного збільшення зміщення. Як показує практика вимірювань широкосмугових сигналів, цілком достатньо вхідного опору щупа близько 100 кОм. Його можна збільшити і до 1 МОм, змінивши відповідно R3, але це призведе до зазначених вище наслідків. На високих частотах вхідний опір менше і носить в основному ємнісний характер, але це не позначається на процедурі виміру, тому що на високих частотах високоомні ланцюги трапляються рідко.

Про конструкцію. Більшість деталей щупа розміщено на друкованій платі із двостороннього фольгованого склотекстоліту, ескіз якої наведено на рис. 2. На одній її стороні розміщують ОУ та всі резистори, на другій – конденсатори С2-С5. З'єднання між сторонами монтажу виконують провідниками через отвори плати. Перемикачі встановлюють на корпусі щупа, а конденсатор С1 безпосередньо на SA1.

Корпус щупа (рис. 3) складається з пластмасового тубуса 1 (від фломастера діаметром близько 18 мм), який вставлений у металевий кожух 2. Усередині тубуса розміщена плата 3, на ньому укріплені перемикачі SA1 та SA2 (4 та 5). Через дно тубуса виведено з'єднувальний та живильний дроти - 6. Загальний провід плати з'єднаний з кожухом, а через отвір у ньому виведений провід для металевого штиря Х1 - 7. Всі внутрішні з'єднання треба робити дротом мінімальної довжини, а зовнішні - ланцюги живлення та сигналу - відповідно екранованим та ВЧ кабелем.

Так як в мікросхемі один із двох ОУ не використовується, його входи (висновки 5 і 6) з'єднані із загальним дротом.

Налагодження пристрою зводиться до встановлення необхідного коефіцієнта посилення, який при роботі щупа з осцилографом з високим вхідним опором встановлюють рівним 10 на частоті 10 МГц підбором резистора R1 (при замкнутому SA1). Якщо щуп використовують з осцилографом з низькоомним входом, частина вихідного сигналу гаситься на узгоджувальному резисторі R5. Тому в схему вводять резистор R6, і підбираючи його опір (при розімкнутому SA1), встановлюють коефіцієнт передачі рівним 1. При замкнутому SA1 (режим підвищеної чутливості) установку коефіцієнта посилення, що дорівнює 10, виробляють підбором резистора R1.

У пристрої застосовні резистори МЛТ, С2-10, С2-33, Р1-12, конденсатори С1-C3 серії КМ або інші малогабаритні (К10-17, К10-47), С4, С5 групи К52 або аналогічні. Можна використовувати широкосмугові ОУ AD812AR або AD817AN, AD818AN тієї ж фірми, які дешевші через меншу смугу частот (50 МГц), але їх застосування призведе і до скорочення смуги робочих частот.

Для живлення щупа необхідний двополярний стабілізований блок живлення з вихідною напругою %12...15 В. Треба зауважити, що струм, що споживається, за відсутності сигналу становить 10...15 мА, при роботі на низькоомне навантаження при подачі сигналу струм може зростати до 100 мА .

література

1. Гришин А. Активний щуп для осцилографа. – Радіо, 1988, № 12, с. 45.
2. Іванов Б. Осцилограф – ваш помічник (активний щуп). – Радіо, 1989, № 11, с. 80.
3. Турчинський Д. Активний щуп до осцилографа. - Радіо, 1998 № 6, з 38.

Автор: І.Нечаєв, м.Курськ

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Процесор Intel Core i9-10900K для ігрових систем 30.04.2020 Компанія Intel представила чіп Intel Core i9-10900K, що працює з частотою до 5,3 ГГц і підтримує технологію Intel Thermal Velocity Boost "з коробки". Новий процесор став найпродуктивнішим в історії Intel. Це 10 ядер, 20 потоків, підтримка DDR4-2933 та розблокований множник, що також важливо для геймерів. Виробник обіцяє fps до 187 кадрів за секунду на ігровій машині з новим процесором. У порівнянні з топовими комп'ютерами трирічної давності збірка з Intel Core i9-10900K може забезпечити збільшення швидкості редагування відео на 12%, відео в 4К - на 35%. Загалом по відношенню до трирічних машин продуктивність зросла приблизно на 31%. Новинка надійде у продаж уже у травні. Орієнтовна вартість – близько $490.

Інші цікаві новини:

▪ Бездротовий телевізор LG OLED M

▪ Бездротова колонка Beosound Balance

▪ Папороть проти миш'яку

▪ Космічна погода несе загрозу для самоврядних автомобілів

▪ Септики виробляють електроенергію зі свого вмісту

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Досвіди з фізики. Добірка статей

▪ стаття Квіти останні милі розкішні первістки полів. Крилатий вислів

▪ стаття Коли вперше були зроблені дзвіночки? Детальна відповідь

▪ стаття Електромонтер з оперативних перемикань у розподільчих мережах. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Основи напівавтоматичного зварювання. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Фокус з перевертання карт. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024