|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Aktywna sonda na wzmacniaczu operacyjnym do oscyloskopu. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Technologia pomiarowa Wzmacniacze szerokopasmowe o wysokiej impedancji wejściowej, niskiej pojemności wejściowej i niskiej impedancji wyjściowej są używane w różnych zastosowaniach. Jednym z zastosowań są sondy wejściowe do oscyloskopów i innych urządzeń pomiarowych. Jak pokazano w tym artykule, nowoczesne wzmacniacze operacyjne firmy Analog Device umożliwiają rozwiązanie tego problemu za pomocą prostych środków. Oscyloskop jest jednym z najbardziej wszechstronnych przyrządów, który pozwala mierzyć szeroką gamę parametrów sygnału elektrycznego i często znacznie upraszcza procedurę konfigurowania urządzeń elektronicznych. W niektórych przypadkach jest po prostu niezastąpiony. Jednak wielu zna sytuację, w której podłączenie oscyloskopu do niestandardowego urządzenia prowadzi do naruszenia jego trybów. Wynika to przede wszystkim z pojemności i rezystancji wejścia oscyloskopu i jego kabla łączącego wprowadzonych do badanego obwodu. Większość oscyloskopów używanych przez radioamatorów ma wysoką impedancję wejściową (1 MΩ) i pojemność wejściową 5 ... 20 pF. W połączeniu z podłączonym ekranowanym kablem wejściowym o długości około metra, całkowita pojemność wzrasta do 100 pF lub więcej. W przypadku urządzeń pracujących na częstotliwościach powyżej 100 kHz ta pojemność może mieć znaczący wpływ na wyniki pomiarów. Aby wyeliminować tę wadę, radioamatorzy stosują przewód nieekranowany (jeśli poziom sygnału jest wystarczająco wysoki) lub specjalną aktywną sondę, w skład której wchodzi wzmacniacz o dużej impedancji wejściowej, zwykle wykonany na tranzystorach polowych [1-3]. Zastosowanie takiej sondy znacznie zmniejsza ilość pojemności wprowadzanej do urządzenia. Jednak wadą niektórych z nich jest małe wzmocnienie lub obecność przesunięcia poziomu na wyjściu, co utrudnia pomiar napięcia stałego. Ponadto mają wąski zakres częstotliwości pracy (do 5 MHz), co również ogranicza ich zastosowanie i wymaga krótkich kabli połączeniowych. Sonda opisana w [2] ma nieco lepsze parametry. Należy zauważyć, że wszystkie te sondy mogą skutecznie współpracować z oscyloskopami, które mają wysoką impedancję wejściową. Obecnie oscyloskopy szerokopasmowe o zakresie częstotliwości pracy do 100 MHz i wyższym, o niskiej impedancji wejściowej 50 omów, stają się coraz bardziej powszechne, przez co ich podłączenie do niestandardowego urządzenia często staje się prawie niemożliwe. Nie wszystkie są wyposażone w aktywne sondy, a zastosowanie dzielników rezystancyjnych prowadzi do zauważalnego spadku czułości. Aktywna sonda, której opis jest przekazywany czytelnikom, jest wolna od tych wad. Współpracuje z różnymi oscyloskopami, których impedancja wejściowa może mieć niską rezystancję - 50 omów lub wysoką rezystancję - do 1 MΩ, ma zakres częstotliwości roboczej 0 ... 80 MHz i dość wysoką impedancję wejściową przy niskich częstotliwościach - 100 kiloomów. Jego współczynnik transmisji wynosi 1 lub 10, tj. nie tylko nie osłabia, ale także wzmacnia sygnał. Zaletą sondy są jej niewielkie wymiary. Takie parametry osiągnięto dzięki zastosowaniu nowoczesnego, szybkiego wzmacniacza operacyjnego firmy Analog Devices. W szczególności ta sonda wykorzystuje wzmacniacz operacyjny AD812AN, który ma następujące główne cechy: Górna częstotliwość robocza - nie mniej niż 100 MHz; rezystancja wejściowa - 15 MΩ przy pojemności wejściowej 1,7 pF; napięcie wejściowe - do +13,5 V, a szybkość narastania napięcia wyjściowego - 1600 V / μs; prąd wyjściowy (o rezystancji wyjściowej 15 omów) - do 50 mA; pobór prądu przy braku sygnału wejściowego - 6 mA. Ponadto wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się niskimi harmonicznymi (-90 dB przy 1 MHz i obciążeniu 1 kΩ) oraz niskimi szumami (3,5 nV/^ Hz), ochroną przed K3 (prąd ograniczony do 100 mA), rozpraszaniem mocy w niewielkim opakowanie wystarczająco duże - 1 W. Dodać do tego należy, że cena mikroukładu zawierającego dwa wzmacniacze operacyjne o takich parametrach jest stosunkowo niska (3...4 USD). Schemat aktywnej sondy pokazano na rys. 1. Zasadniczo odpowiada standardowemu obwodowi przełączającemu wzmacniacza operacyjnego. Współczynnik przenoszenia KU zmienia się poprzez przełączenie SA1 elementów obwodu sprzężenia zwrotnego i przyjmuje dwie wartości: 1 i 10. Przełącznik SA2 wybiera tryb pracy: z wejściem „zamkniętym”, gdy kondensator C1 jest załączony na wejściu i składowa stała napięcia nie przechodzi na wejście lub z „otwartym” wlotem, gdy przechodzi.
Charakterystyka częstotliwościowa sondy podczas pracy z obciążeniem o rezystancji 50 omów dla różnych współczynników transmisji jest nieco inna. Dla Ku=1 ma nieznaczny wzrost (do 20...25%) przy częstotliwościach 20...45 MHz i maleje do poziomu 0,7 przy częstotliwościach 70...80 MHz i do poziomu 0,3 przy 100 MHz. Dla Ku=10 odpowiedź częstotliwościowa jest płaska do 20 MHz i płynnie spada do 7 przy częstotliwości 40 MHz i spada do 100 przy częstotliwości 3 MHz. Gdy sonda jest podłączona do oscyloskopu lub miernika częstotliwości o dużej impedancji wejściowej (zwykle Rin = 1 MΩ) kablem wysokiej częstotliwości o długości 1 m, amplituda maksymalnego napięcia wyjściowego wzmacniacza operacyjnego osiąga 12 V (przy Upit = +15 V) przy częstotliwościach do 10 ... 15 MHz i płynnie spada do 3 V przy częstotliwościach 30 ... 40 MHz. Gdy sonda jest załadowana na wejście o niskiej rezystancji (Rin = 50 Ohm) oscyloskopu, maksymalne napięcie wyjściowe wynosi 4 V przy częstotliwościach do 1 MHz i spada do 0,5 V przy częstotliwościach 30 ... 40 MHz. Należy szczególnie zauważyć, że obecność trybu wzmocnienia pozwala obserwować sygnały wejściowe o amplitudzie 10 ... 200 μV na ekranie oscyloskopu z czułością 300 mV na działkę! Stosunkowo mała rezystancja R3 (100 kOhm) jest zainstalowana na wejściu wzmacniacza. Dzieje się tak, ponieważ prąd wejściowy wzmacniacza operacyjnego to ułamki µA, a przesunięcie poziomu napięcia stałego na wyjściu wynosi w tym przypadku około 50 mV przy KU = 1 lub 500 mV przy Ku = 10. Wzrost tego opór doprowadzi do odpowiedniego wzrostu obciążenia. Jak pokazuje praktyka pomiaru sygnałów szerokopasmowych, wystarczy impedancja wejściowa sondy rzędu 100 kOhm. Możliwe jest zwiększenie go do 1 MΩ poprzez odpowiednią zmianę R3, ale doprowadzi to do powyższych konsekwencji. Przy wysokich częstotliwościach rezystancja wejściowa jest mniejsza i ma głównie charakter pojemnościowy, ale nie wpływa to na procedurę pomiaru, ponieważ obwody o wysokiej rezystancji są rzadkie przy wysokich częstotliwościach. O projekcie. Większość części sondy jest umieszczona na płytce drukowanej wykonanej z dwustronnej folii z włókna szklanego, której szkic pokazano na ryc. 2. Po jednej stronie znajduje się wzmacniacz operacyjny i wszystkie rezystory, po drugiej kondensatory C2-C5. Połączenia pomiędzy stronami montażowymi wykonuje się przewodami przez otwory w płytce. Przełączniki są zainstalowane na korpusie sondy, a kondensator C1 jest zainstalowany bezpośrednio na SA1.
Korpus sondy (rys. 3) składa się z plastikowej rurki 1 (z flamastra o średnicy około 18 mm), którą wkłada się do metalowej obudowy 2. Płytkę 3 umieszcza się wewnątrz tuby, przełączniki SA1 i SA2 (4 i 5) są na nim zamocowane. Przez dolną część tuby wyprowadzone są przewody łączące i zasilające - 6. Przewód wspólny płytki jest podłączony do obudowy, a przez otwór w nim wyprowadzony jest przewód do metalowego styku X1 - 7. Wszystkie połączenia wewnętrzne należy wykonać przewodem o minimalnej długości, a zewnętrzne - obwody zasilające i sygnałowe - odpowiednio przewodem ekranowanym i przewodem HF.
Ponieważ jeden z dwóch wzmacniaczy operacyjnych nie jest używany w mikroukładzie, jego wejścia (piny 5 i 6) są podłączone do wspólnego przewodu. Ustawienie urządzenia sprowadza się do ustawienia wymaganego wzmocnienia, które w przypadku współpracy sondy z oscyloskopem o dużej impedancji wejściowej ustawia się na 10 przy częstotliwości 10 MHz poprzez dobranie rezystora R1 (przy zamkniętym SA1). Jeśli sonda jest używana z oscyloskopem z wejściem o niskiej impedancji, część sygnału wyjściowego jest tłumiona przez terminator R5. Dlatego do obwodu wprowadza się rezystor R6 i dobierając jego rezystancję (gdy SA1 jest otwarty) ustawia się współczynnik przenoszenia na 1. Gdy SA1 jest zamknięty (tryb wysokiej czułości) ustawia się wzmocnienie równe 10 wybierając rezystor R1. Rezystory MLT, C2-10, C2-33, R1-12, kondensatory C1-C3 serii KM lub inne małogabarytowe (K10-17, K10-47), grupy C4, C5 - K52 lub podobne mają zastosowanie w urządzenie. Można zastosować szerokopasmowe wzmacniacze operacyjne AD812AR lub AD817AN, AD818AN tej samej firmy, które są tańsze ze względu na mniejszą przepustowość (50 MHz), ale ich zastosowanie doprowadzi również do zmniejszenia pasma częstotliwości roboczej. Do zasilania sondy wymagany jest bipolarny zasilacz stabilizowany o napięciu wyjściowym % 12...15 V. Należy zwrócić uwagę, że prąd pobierany przy braku sygnału wynosi 10...15 mA, podczas pracy na przy obciążeniu o niskiej rezystancji po przyłożeniu sygnału prąd może wzrosnąć do 100 mA. literatura
Autor: I. Nieczajew, Kursk
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Krem przeciwsłoneczny do stosowania doustnego ▪ Igła znaleziona na Grenlandii ▪ Pieniądze to tylko narzędzie ▪ Wydajny cienkowarstwowy organiczny moduł fotowoltaiczny Toshiba
▪ sekcja serwisu Bezpieczeństwo i ochrona. Wybór artykułu ▪ artykuł Kapica Siergiej Pietrowicz. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Kto wynalazł bęben? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł o tsunami. Laboratorium naukowe dla dzieci ▪ artykuł Wskaźnik asymetrii faz. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony