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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Aktiver Tastkopf für Oszilloskop. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anfänger Funkamateur Das Oszilloskop nimmt im Messlabor eines Funkamateurs einen besonderen Platz ein, denn es ermöglicht es, die Vorgänge in den Kaskaden elektronischer Geräte zu „sehen“. Aber manchmal kann der Eingangskreis eines Oszilloskops, der einen bestimmten Widerstand und eine bestimmte Kapazität hat, zu Verzerrungen in den beobachteten Signalen führen. Dabei wird ein aktiver Tastkopf an das Oszilloskop angeschlossen – eine Art Anpassgerät, dessen Eingangskreis im Vergleich zum Eingangskreis des Oszilloskops einen deutlich höheren Widerstand und eine geringere Kapazität aufweist. Eine solche Sonde wird im vorgeschlagenen Artikel beschrieben. In [1] wurde eine Beschreibung einer aktiven Sonde mit geringer Kapazität veröffentlicht, die auf einem Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate hergestellt wurde. Obwohl der Tastkopf darauf ausgelegt ist, mit Signalen relativ großer Amplitude zu arbeiten, wie zum Beispiel CMOS-Chip-Pegeln, kann er auch zur Untersuchung kleiner Signale verwendet werden, da moderne Oszilloskope über eine hohe Empfindlichkeit verfügen. Die auf dem Feldeffekttransistor KP305I basierende Sonde weist gute Frequenzeigenschaften auf. Gleichzeitig führt die Verwendung eines solchen Transistors zu gewissen Einschränkungen sowohl bei der Herstellung der Sonde als auch bei der Arbeit damit. Es ist bekannt, dass die isolierten Gates von Transistoren durch statische Elektrizität oder Netzspannungsspitzen leicht beschädigt werden können. Darüber hinaus werden die elektrischen Eigenschaften der Sonde maßgeblich von den Parametern des verwendeten Transistors bestimmt. Das Angebot an kommerziell erhältlichen Transistoren mit isoliertem Gate ist klein und eignet sich nur für die Gruppe I der KP305-Serie, aus der Exemplare mit geeigneten Parametern ausgewählt werden können. Es ist nahezu unmöglich, mehrere Sonden mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Durch die Verwendung eines Feldeffekttransistors mit einem Gate in Form eines pn-Übergangs in der Sonde können die genannten Einschränkungen beseitigt werden. Die Möglichkeit einer solchen Ablösung geht aus der Veröffentlichung in [2] hervor. Eine große Auswahl an hergestellten Transistoren mit einem solchen Gate erleichtert die Auswahl von Proben mit den erforderlichen Parametern, um Sonden mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Der Stromkreis der vorgeschlagenen Sonde ist in Abb. dargestellt. 1 - es ähnelt dem in [1] angegebenen Schema. Die Sonde ist der einfachste Source-Folger, dessen Last der Widerstand R3 ist. Die Widerstände R1, R2 bilden einen Eingangsspannungsteiler.
In der Praxis ist es notwendig, verschiedene Messungen durchzuführen; es ist unmöglich, eine Sonde „für alle Fälle“ herzustellen. Daher ist es ratsam, mehrere Sonden auf den weit verbreiteten KP302AM-Transistoren und der KPZ0Z-Serie herzustellen und mit einer konstanten Spannung von 9 V zu versorgen. Die Frequenzeigenschaften dieser Transistoren sind etwas schlechter als die von KP305, daher sind die Sonden darauf montiert sind in ihren Eigenschaften minderwertig. Die Eingangskapazität und der Drainfolger werden praktisch durch die Durchgangskapazität des Transistors bestimmt und sind bei KP302 und KPZ0Z größer als bei KP305. Darüber hinaus kann sich der Transistor bei großen Eingangssignalen im Durchlassmodus befinden, wenn der pn-Übergang des Gates öffnet und Strom durch ihn zu fließen beginnt. Für einen Transistor ist dieser Modus nicht gefährlich, da der Strom durch den Widerstand R1 begrenzt wird, der Eingangswiderstand der Sonde jedoch abnimmt und dem Widerstand des Widerstands R1 entspricht. Die Tabelle zeigt die Haupteigenschaften mehrerer Sonden und die Parameter der Transistoren, auf denen sie montiert sind. Dabei ist Uzi.otc die Abschaltspannung des Transistors; Is.nach – anfänglicher Entladestrom; Uo - konstante Spannung am Ausgang der Sonde, wenn kein Eingangssignal vorhanden ist; Io - Stromverbrauch der Sonde bei Spannung Uo; +Umax und -Umax – die maximale und minimale Eingangsspannung, bei der der Übertragungskoeffizient (Kper) der Sonde vom Nennwert auf einen Wert von 0,7 reduziert wird.
Der Hauptfaktor, der den Arbeitsbereich im Bereich negativer Eingangsspannungen bestimmt, ist der Wert der Sperrspannung des Transistors. Im Bereich positiver Eingangsspannungen kann der Arbeitsbereich durch Erhöhen der Sondenversorgungsspannung erweitert werden. Auf Abb. Abbildung 2 zeigt die Übertragungseigenschaften von zwei Sonden bei einer Versorgungsspannung von 9 und 15 V. Eine Erhöhung der Versorgungsspannung ist bei einer Sonde, die auf einem Transistor mit einem großen lo-Wert basiert (Abb. 2b), effektiver als bei Verwendung von a Transistor mit einem kleinen lo (Abb. 2,A).
Der Widerstand R3 wird so gewählt, dass die dynamischen Eigenschaften der Sonde gewährleistet sind. Bei einem großen Widerstandswert tritt der Effekt des „Ziehens“ der Impulsabfälle auf. Die Stromversorgung jeder Sonde kann autonom erfolgen, beispielsweise über eine Batterie des Typs Korund, 7D-0,125, in den meisten Fällen ist es jedoch praktisch, sie über das zu untersuchende Gerät mit Strom zu versorgen. Der Einbau der Sonde erfolgt volumetrisch – die Anschlüsse der Funkelemente sind direkt miteinander verbunden (Abb. 3). Wenn die Sonde sowohl mit Signalen großer als auch kleiner Amplitude arbeiten soll, empfiehlt es sich, ihre Teile zum Schutz vor Störungen in einer Abschirmung zu platzieren, die aus einem Metallgeflecht eines Kabels mit entsprechendem Durchmesser bestehen kann. Der Tastkopf wird über ein Koaxialkabel oder einen abgeschirmten Draht mit der minimal zulässigen Länge (je nach Betriebsbedingungen des Tastkopfs) an das Oszilloskop angeschlossen.
In der Sonde werden Widerstände MLT-0,125 verwendet. Der 22-MΩ-Widerstand ist (in einigen Fällen) klein und ähnelt denen, die in elektronischen Armbanduhren verwendet werden. Kondensator C1 – die gleiche Miniatur oder selbstgemacht, direkt auf dem Widerstand R1 hergestellt. Dazu wird der Widerstand mit einer Schicht dielektrischer Folie (vorzugsweise Fluorkunststoff) umwickelt und darauf ein Stück Abschirmgeflecht des Koaxialkabels gelegt, das dann gemäß Schema am rechten Ausgang des Widerstands R1 angelötet wird . Das Ende des PEV-Drahts 0,15 ... 0,35 wird an den linken Anschluss dieses Widerstands angelötet und der Draht auf den Schirm über dem Widerstand gewickelt. Die Kapazität des Kondensators wird durch Ändern der Anzahl der Drahtwindungen angepasst – die Sondeneinstellung wird praktisch auf diesen Vorgang reduziert. Sie benötigen einen Rechteckimpulsgenerator, der eine Ausgangssignalamplitude von 2 ... 5 V bei einer Wiederholrate von 1 ... 10 kHz liefert. Die Kalibrierimpulse, die am Eingang der Sonde angelegt werden, müssen steile Flanken aufweisen. Durch Ändern der Kapazität des Kondensators wird das Vorhandensein steiler Impulsflanken und -abfälle auf dem Bildschirm des Oszilloskops erreicht. In diesem Fall sollte die Amplitude der Überspannungen an den Fronten 10 % der Pulsamplitude nicht überschreiten. Literatur
Autor: D.Turchinsky, Moskau
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