Нужен был щуп для осциллографа, чтоб смотреть форму напряжения 700 вольт переменного тока. Цены в магазинах серьёзные - придется потратить кучу денег, что-то от 3000р. Поэтому и взялся за этот проект. Стоимость деталей около 200 рублей. Схема несложная и если найдёте указанные микросхемы - соберёте за пару дней.

• Недостатки - малая частота сигналов, которые мы можно исследовать без искажений. Для прямоугольника 20 кГц будет предел. Если настроить с некоторым сдвигом фазы, то синус можно смотреть около 50 кГц.
• Преимущества - полная гальваническая развязка до 3 кВ.

Таким образом, этот прибор отлично пойдёт для инженеров по энергетике. Конечно, не в лаборатории, а в рабочей диагностике высоковольтных линий.

Основа конструкции - гальванически изолированный усилитель ACPL-790 . Отсюда основное ограничение частот работы зонда. Усилитель питается от изолированного преобразователя напряжения. Входной сигнал (максимум 300 мВ) снимается с резисторного делителя напряжения.

В представленном экземпляре рассчитано на 2,5 кВ постоянного тока на входе. У AD620 скорость нарастания сигнала на выходе микросхемы 0,3 В/мкс.

Питание усилителя измерения также от преобразователя, обеспечивающего двухполярное напряжение ±5 В. На входе 20 резисторов в 2 полосы. При высоких напряжениях на них выделится большая мощность, при 2,5 кВ около 3 Вт.

Плата имеет размер 100x65 мм и подходит для небольшого пластикового корпуса. Производство печатной платы - китайское (по акции за 10 штук размером 100x100 меньше 10 долларов).

Калибровка : использовалось напряжение обычной 220 В сети и качественный цифровой мультиметр. Настраиваем подстроечники до тех пор, пока на экране осциллографа не получим показания Vrms , подобные данным эталонного мультиметра.

Активный Щуп

См. подробную статью в ВРЛ №95 стр. 12

Активные щупы с малой входной ёмкостью. И. Шиянов.

________________________________________________________________________

http://nowradio. *****/pribory%20dly%20nastroyki%20KV-UKV%20apparatury. htm

http://*****/forum/download/file. php? id=16793

Налаживание радиоприемных устройств часто требует проверки гетеродинов измерения параметров генерируемою им ВЧ-напряжения. К сожалению, сделать это непосредственно с помощью ВЧ - осциллографа или милливольтметра бывает затруднительно. Очень большое влияние из работу микромощного генератора (гетеродина) оказывает входная емкость прибора, входное сопротивление. Например, вход популярного осциллографа С1-65 емкостью 30 pF и сопротивлением 1М может не только исказить результаты измерения, но даже сорвать генерацию гетеродина. А тут еще и коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Конечно, можно подключить вход через конденсатор 1 pF, но это может очень сильно исказить результат измерения (уровень ВЧ-напряжения достигший входа измерительного прибора может быть и 100 раз и более заниженным). Лучше всего пользоваться активным щупом, представляющим собой истоковый повторитель на высокочастотном полевом транзисторе имеющим входную емкость менее 1 pF, и входном сопротивлением более 10 МОм при выходном сопротивлении 50 Ом. Такой щуп, выполненный в виде отдельной экранированной коробки можно расположить в непосредственной близости от точки измерения, соединить с ней кратчайшими проводниками, полностью исключив влияние волнового сопротивления кабеля емкости прибора и кабеля входного сопротивления прибора на результат измерения. Более того, сам измерительный прибор может быть расположен на значительном расстоянии от точки измерения (можно использовать очень длинный соединительный кабель).

Принципиальная схема активного щупа на полевом транзисторе BF998 показана на рисунке. На схеме транзистор показан в корпусе так чтобы была понята его цоколёвка. Входная емкость щупа примерно 0,7 pF она образована тремя последовательно включенными конденсаторами С1-С3. Входное сопротивление 10 мегаом. Измеряемое ВЧ напряжение поступает на первый затвор транзистора. Напряжение смещения на этом затворе равно половине напряжения питания и создано резистивным делителем R2-R3. На затвор напряжение смещение подается через резистор R1 сопротивлением 10 Мом. Входная емкость транзистора BF998 равна 2,1 pF, поэтому напряжение, полученное в результате измерения нужно умножать на 3. Нагрузкой является резистор R4 его сопротивление должно быть таким как волновое сопротивление кабеля. Щуп работает в частотном диапазоне от 100 kHz до 1 GHz с неравномерностью коэффициента передачи по напряжению не более 7 5dB. На частотах более 1 GHz погрешность значительно возрастает. Источником питания служит сетевой адаптер от телеигровой приставки типа «Денди» (выходное постоянное нестабильное напряжение 8-11V) Напряжение стабилизируется на уровне 5V интегральным стабилизатором А1. Диод VD1 служит для защиты от ошибочного неправильного подключения источника. Питать щуп можно и от лабораторного источника напряжением 8…20V. Конструктивно щуп выполнен в экранированном корпусе неисправного всеволнового тюнера телевизора «LG» Монтаж печатно-объемным используя демонтированную плату данного тюнера. Монтаж первого затвора полевого транзистора на R1 и конденсаторы С1-С3 нужно сделать «на воздухе», чтобы исключить влияние емкости печатной платы и экранированного корпуса на входную цепь. Вход - два монтажных провода длиной не более 10 см. Провод, соединенный с С1 не должен соприкасаться изоляцией с платой или экраном корпуса.

Для питания 5V лучше использовать BF 1005 или BF 1012 S есть в Платане.

Радиоконструктор №12 2007г

Активный Щуп Осциллографа

Журнал "Радио", номер 6, 1999г.

http://www. *****/literature/radio/199906/p28_29.html

Широкополосные усилители с высоким входным сопротивлением, малой входной емкостью и низким выходным сопротивлением используются в различных устройствах. Одно из применений - входные щупы для осциллографов и другой измерительной аппаратуры. Как показано в этой статье, современные ОУ фирмы Analog Device позволяют решить эту задачу простыми средствами.

Осциллограф является одним из наиболее универсальных приборов, позволяющих измерять самые различные параметры электрического сигнала, а зачастую и значительно упрощать процедуру настройки электронных устройств. В некоторых случаях он просто незаменим. Однако многим знакома ситуация, когда подключение осциллографа к настраиваемому устройству приводит к нарушению его режимов. Виной тому в первую очередь служат вносимые в исследуемую цепь емкость и сопротивление входа осциллографа и его соединительного кабеля.

Большинство осциллографов, используемых радиолюбителями, имеют высокое входное сопротивление (1 МОм) и входную емкость 5...20 пФ. В сочетании с соединительным экранированным входным кабелем длиной около метра суммарная емкость возрастает до 100 пФ и более. Для устройств, работающих на частотах выше 100 кГц, такая емкость может оказать существенное влияние на результаты измерений.

Для устранения этого недостатка радиолюбители пользуются неэкранированным проводом (если уровень сигнала достаточно большой) или специальным активным щупом, в состав которого входит усилитель с высоким входным сопротивлением, выполненный, как правило, на полевых транзисторах . Применение такого щупа значительно снижает величину вносимой в устройство емкости. Однако недостатками некоторых из них являются низкий коэффициент передачи или наличие на выходе сдвига уровня, затрудняющего измерение постоянного напряжения. Кроме того, они имеют узкий диапазон рабочих частот (до 5 МГц), что также ограничивает их применение и требует коротких соединительных кабелей. Несколько лучшие параметры имеет щуп, описанный в . Следует отметить, что все эти щупы могут эффективно работать и с осциллографами, имеющими высокое входное сопротивление.

В настоящее время все большее распространение получают широкополосные осциллографы с диапазоном рабочих частот до 100 МГц и выше, имеющие низкое входное сопротивление - 50 Ом, поэтому их подключение к настраиваемому устройству зачастую становится практически невозможным. Не все из них комплектуются активными щупами, а применение резистивных делителей приводит к заметному снижению чувствительности.

Активный щуп, описание которого предлагается вниманию читателей, свободен от указанных недостатков. Он работает с различными осциллографами, входное сопротивление которых может быть низкоомным - 50 Ом или высокоомным - до 1 МОм, имеет диапазон рабочих частот 0...80 МГц и достаточно высокое входное сопротивление на низких частотах - 100 кОм. Его коэффициент передачи - 1 или 10, т. е. он не только не ослабляет, но и усиливает сигнал. К достоинствам щупа можно отнести и его небольшие габариты.

Таких параметров удалось достигнуть за счет применения современного быстродействующего ОУ фирмы Analog Devices. В частности, в данном щупе использован ОУ AD812AN (Чип – Дип – 180р Платан – 190р), который имеет следующие основные характеристики:

Верхняя рабочая частота - не менее 100 МГц; входное сопротивление - 15 МОм при входной емкости 1,7 пФ; входное напряжение - до + 13,5 В, а скорость нарастания выходного напряжения - 1600 В/мкс; выходной ток (при выходном сопротивлении 15 Ом) - до 50 мА; потребляемый ток в отсутствии входного сигнала - 6 мА.

Кроме того, ОУ имеет низкий уровень гармоник (-90 дБ на частоте 1 МГц и нагрузке 1 кОм) и малый уровень шума (3,5 нВ/^Гц), защиту от К3 (ток ограничен до 100 мА), рассеиваемая небольшим корпусом мощность достаточно велика - 1 Вт. К этому следует добавить, что цена микросхемы, содержащей два ОУ с такими параметрами, относительно невысока ($3...4).

Схема активного щупа приведена на рис. 1. В основном она соответствует стандартной схеме включения ОУ. Коэффициент передачи КU изменяется переключением SA1 элементов цепи обратной связи и имеет два значения: 1 и 10. Переключателем SA2 выбирают режим работы: с "закрытым" входом, когда на входе включен конденсатор С1 и постоянная составляющая напряжения на вход не проходит, или с "открытым" входом, когда она проходит.

Зарядные устройства" href="/text/category/zaryadnie_ustrojstva/" rel="bookmark">блок питания с выходным напряжением %12...15 В. Надо заметить, что потребляемый ток при отсутствии сигнала составляет 10...15 мА, при работе на низкоомную нагрузку при подаче сигнала ток может возрастать до 100 мА.

Литература

1. Гришин А. Активный щуп для осциллографа. - Радио, 1988, # 12, с. 45.

2. Иванов Б. Осциллограф - ваш помощник (активный щуп). - Радио, 1989, # 11, с. 80.

3. Турчинский Д. Активный щуп к осциллографу. - Радио, 1998, # 6, с 38.

Осциллографический ВЧ пробник с Свх = 0.5 пф

http://www. *****/ot07_19.htm

При осциллографических измерениях в высокочастотных устройствах входная емкость делителя может вносить значительные искажения в настраиваемый узел (например, при подключении пробника к контуру ВЧ генератора и т. п.). Делители с коэффициентом 1:1 имеют входную емкость порядка 100 пф и более (емкость кабеля плюс входная емкость осциллографа), что существенно ограничивает их частотный диапазон. В то же время стандартные пассивные делители 1:10 с входной емкостью 12 – 17 пф снижают чувствительность осциллографа до 50 мВ на деление (при максимальной чувствительности по входу равной 5 мВ / деление, типичной для большинства промышленных осциллографов), а также имеют все еще слишком большую входную емкость для проведения неискажающих измерений в ВЧ цепях, где емкости контуров могут иметь такое же значение.

Данная проблема решается использованием для измерений специальных активных пробников, выпускаемых для этой цели (например, фирмой Tektronix). Однако, эти устройства довольно трудно найти и их цена (от $150 и выше) сопоставима с ценой хорошего б/у осциллографа. В то же время не представляет большой сложности самостоятельно изготовить простой активный осциллографический пробник с малой входной емкостью, что и было сделано автором.

Активный осциллографический пробник предназначен для измерений переменных напряжений в низковольтных ВЧ схемах и имеет следующие характеристики:

Диапазон измеряемых амплитудных значений сигнала – от 10 мВ до 10 В Частотная характеристика – линейна от 10 КГц до 100 МГц при малом сигнале Выходной сигнал – инвертированный, с коэффициентом деления 1:2 Напряжение питания – 12 вольт (4 * CR2025) или внешний источник Входная емкость – 0.5 пф (0.25 пф с внешним делителем 1: 10) Входное сопротивление – 100 килоом Потребляемый ток – 10 мА Размеры 60 х 33 х 16 мм

Внешний вид изготовленного прибора приведен на фото.

Конструкция прибора

Принципиальная схема пробника приведена на рисунке. Прибор собран на трех малошумящих СВЧ транзисторах 2SC3356 с граничной частотой 7 ГГц. Коэффициент усиления по напряжению составляет около 23 дб. Выходной эмиттерный повторитель служит для дополнительной развязки усилителя от нагрузки и может быть исключен, если пробник будет использоваться с одним и тем же осциллографом. Цепочка из светодиода, стабилитрона на 9 вольт и резистора служит индикатором включения и пороговым индикатором напряжения батареи питания. Питающее напряжение 12 вольт необходимо и достаточно для того, чтобы получать на выходе прибора максимальное амплитудное значение измеряемого сигнала до 5 вольт, и тем самым обеспечивать максимальный динамический диапазон до 50 дб при проведении измерений с установкой коэффициента отклонения, начиная от 5 мВ на деление (чувствительность большинства осциллографов).

https://pandia.ru/text/79/067/images/image004_5.jpg" width="750" height="373 src=">

Налаживание

Этот этап работы должен быть проведен весьма тщательно для получения нужного результата.

После сборки усилителя необходимо прежде всего точно установить его рабочую точку подбором резистора на 120 килоом для получения максимальной амплитуды неискаженного сигнала на выходе. В данной схеме и при свежих элементах питания этот режим достигается при установке постоянного напряжения от +5.2 до +5.3 вольта на эмиттере второго транзистора. Рабочая точка второго эмиттерного повторителя не требует настройки при указанных номиналах резисторов. Далее следует точно подобрать значение нижнего по схеме резистора (в данном случае 20 килоом) входного делителя для получения требуемого маштаба (1: 2) передачи сигнала между входом и выходом прибора на относительно низкой частоте (порядка 100 КГц). Заметим, что входное сопротивление усилителя при указанных номиналах деталей составляет около 5 килоом (на той же частоте), так что при отсутствии указанного резистора коэффициент передачи устройства будет выше требуемого примерно на 3 дб (величина ослабления входного сигнала равняется (105 / 5) = 26 дб, в то время как общий коэффициент усиления схемы равен 23 дб, а требуемый коэффициент передачи всего устройства должен быть равен 0.5, т. е. минус 6 дб). Подбор компенсирущих емкостей (0.5 пф параллельно резистору на 100 килоом, и подстроечный конденсатор в нижней ветви входного делителя) осуществляется путем сравнения коэффициента передачи на двух частотах, например, 1 МГц и 30 МГц, и подбора емкостей до получения нужного постоянного коэффициента передачи устройства. Далее производится окончательная проверка устройства на верхней рабочей частоте, если у радиолюбителя имеется такая возможность. В заключение проверяется фактическая входная емкость пробника на высокой частоте (например, подключением его к контуру с известными параметрами работающего генератора и контролем изменения частоты выходного сигнала по цифровому частотомеру или приемнику). При правильном выполнении конструкции прибора она не должна существенно отличаться от указанного на схеме значения (суммарная входная емкость в изготовленном автором пробнике, измеренная на частоте 20 МГц, составила 0.505 пф).

Замечания

Данный пробник создавался автором для измерений в цепях синусоидальных ВЧ сигналов в контурах генераторов и усилительных каскадов транзисторных схем, и он в целом решает поставленную задачу. Именно по этой причине в пробнике и был выбрано указанное выше соотношение между всеми основными параметрами прибора – его частотным диапазоном, высокой чувствительностью, достаточно большим входным сопротивлением и минимально возможной входной емкостью измерителя, а также небольшим потребляемым током. Радиотехника – это всегда компромисс при заданных разработчиком предельных значениях параметров.

Активный щуп для С1-94.

http://*****/izmeren/369-tri-pristavki-k-s1-94.html

Алюминий" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">алюминиевый стаканчик из-под валидола. С осциллографом щуп соединяют любым высокочастотным экранированным кабелем, желательно небольшого диаметра.

При налаживании щупа сначала подбирают (если это понадобится) резистор R1, чтобы обеспечить указанный на схеме режим работы транзистора VT2. Коэффициент передачи устанавливают подбором резистора R4, а верхнюю границу полосы пропускания - подбором конденсатора С4. Нижняя граница полосы пропускания зависит от емкости конденсатора С1.

Желательно проверить амплитудно-частотную характеристику щупа. Если на ней будет обнаружен подъем иа частотах, соответствующих верхней границе полосы пропускания, придется включить последовательно с конденсатором С4 резистор сопротивлением 30Ом

Взято отсюда: http://www. *****/lcmeter3.htm

Частотометр, измеритель ёмкости и индуктивности – FCL-meter

На транзисторе VT1 собран усилитель сигнала частотометра F1. Схема особенностей не имеет за исключением резистора R8 (100 Ом), необходимого для питания выносного усилителя с малой входной ёмкостью, во многом расширяющего область применения прибора. Его схема показана на рис. 2 .

При пользовании прибором без внешнего усилителя необходимо помнить, что его вход находится под напряжением 5 Вольт, и поэтому необходим развязывающий конденсатор в сигнальной цепи.

Предделитель частотометра F2 собран по типовой для большинства подобных прескалеров схеме, лишь введены ограничительные диоды VD3, VD4. Необходимо заметить, что при отсутствии сигнала предделитель самовозбуждается на частотах около 800-850 МГц, что является типичным для высокочастотных делителей. Самовозбуждение пропадает с подачей на вход сигнала от источника с входным сопротивлением близким к 50 Ом. Сигнал с усилителя и прескалера поступает на DD2.

Выносной щуп к осциллографу.

http://forum. /index. php? showtopic=13268&st=440

На рис. 3 представлена принципиальная схема повто­рителя напряжения, выполненного в виде электронного щупа к осциллографу. Схема повторителя содержит че­тыре транзистора. Согласованная пара полевых тран­зисторов VT1, VT2 с n-каналом работает в дифферен­циальном каскаде, транзистор VT3 является источником тока для указанного каскада, а транзистор VT4 включен в схему усилителя напряжения с общим эмиттером.

Устройство работает следующим образом. Входной сигнал подается на затвор транзистораVT1. Напряже­ние, усиленное полевым транзистором VT1, поступает на базу транзистора VT4.Выходное напряжение повто­рителя снимается с коллекторной нагрузки - резистора R10.Одновременно выходное напряжение прикладыва­ется к затвору второго транзистора дифференциальной пары VT1, VT2. Глубокая отрицательная обратная связь и большое дифференциальное сопротивление источника тока обеспечивают близкий к единице коэффициент пе­редачи повторителя. Выбором тока коллектора транзи­стора VT4 (около 4 мА) снижается нелинейность повто­рителя в области высоких частот. Температурная ста­бильность устройства обеспечивается за счет глубокой отрицательной обратной связи и введения источника то­ка на транзисторе VT3.

Основные характеристики повторителя напряжения представлены на рис. 4. Кривыми 1 -4 показана ампли­тудно-частотная характеристика устройства для различ­ных значений емкости нагрузки. С увеличением емкости от 15 до 100 пФ полоса пропускания повторителя, изме­ренная на уровне 3 дБ, сужается от 25 до 10 МГц. Указанная выше емкость нагрузки складывается из емкости кабеля и входной емкости осциллографа.

Рис. 3. Вариант схемы повторителя напряжения - щупа к осцилло­графу

Необходимо иметь в виду, что современные радио­частотные кабели с полиэтиленовой изоляцией имеют по­гонную емкость, увеличивающуюся с уменьшением вол­нового сопротивления. Так, например, типичное значение погонной емкости кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом равно ПО…125 пФ, с волновым сопротивлением 75 Ом - в пределах 60…80 пФ. У высокоомных кабелей и кабелей с полувоздушной изоляцией погонная емкость может быть ниже, однако они сравнительно малодо­ступны

https://pandia.ru/text/79/067/images/image011_6.gif" alt="589x432, 6,8Kb - 589x432, 6,8Kb" width="589" height="432">

Входная емкость современных осциллографов составляет порядка 30...50 пФ. При измерениях к ней добавляется емкость соединительного кабеля, и суммарная входная емкость достигает 100...150 пФ. Это может привести к существенному искажению результатов измерений и неправильной настройке, например, фильтров-пробок выходных каскадов усилителей записи магнитофонов. Вот почему при проведении исследований в цепях, критичных к вносимой емкости измерительного прибора, необходимо применять специальные согласующие устройства, имеющие большое входное сопротивление и небольшую емкость.

Для большинства практических работ необходимы два основных вида устройств: для гармонических сигналов малой амплитуды (1...50 мВ) с коэффициентом передачи К>1 и для сигналов большой амплитуды (до 10...20 В), позволяющие передавать постоянную составляющую сигнала и имеющие коэффициент передачи К=0,2...0,5.

Широкое распространение в последние годы быстродействующих аналоговых и цифровых микросхем, работающих при сравнительно больших напряжениях (ОУ широкого применения, микросхемы серии К561-до 15 В), выявило необходимость устройства, работающего в широком диапазоне напряжений с возможностью передачи постоянной составляющей сигнала.

Схема такого устройства в виде щупа приведена на рис. 1. Он выполнен по классической схеме истокового повторителя с использованием транзистора МОП-структуры и содержит минимальное количество деталей. Диапазон рабочих частот составляет О...5 МГц. Питание осуществляется от любого источника тока напряжением 7...15 В, например, аккумуляторной батареи 7Д-0,115-У1.1 или гальванических батарей "Крона", "Корунд". Входная емкость щупа - не более 4 пФ, входное сопротивление - не менее 3 МОм. Выходное напряжение при Uвх=0 co-ставляет 2,5 В. Диапазон входных напряжений в области отрицательных значений (до отсечки) - 7 В, в области положительных значений (до начала ограничения) составляет 13 В при Uпит=9В и 26В при Uпит=15В.

Коэффициент передачи в указанном диапазоне частот составляет 0,4.

Резисторы R1 и R2 образуют входной делитель напряжения, конденсатор С1 служит для частотной компенсации.

Ввиду значительного разброса параметров конкретных экземпляров транзисторов характеристики конструкций щупов также могут отличаться в основном по напряжению отсечки и коэффициенту передачи. Для получения максимального рабочего диапазона в области отрицательных значений входных напряжений необходимо применять транзисторы с максимальным (по абсолютной величине) напряжением отсечки. Автором был применен транзистор с Uзи oтc=4,2 В. Большинство транзисторов КП305И имеют меньшее значение Uзи отс, поэтому при необходимости напряжение отсечки щупа может быть увеличено путем уменьшения коэффициента передачи входного делителя, например, увеличив сопротивление резистора R1. Впрочем, для многих измерений, где требуется настройка по максимуму или минимуму напряжения, значение напряжения отсечки щупа не является существенным, поскольку настройку можно проводить по положительной полуволне сигнала.

Щуп собран в корпусе от фломастера. Монтаж объемный, без применения дополнительных конструктивных элементов. Выводы радиоэлементов соединены непосредственно между собой. Щуп подключают к осциллографу экранированным кабелем длиной не более 30 см.

Монтируя щуп, следует принимать меры по предупреждению пробоя полевого транзистора статическим электричеством и наводками от сети.

Настройка устройства заключается в калибровке для получения требуемого коэффициента передачи и подборе емкости конденсатора С1. Проведение калибровки потребует применения регулируемого источника постоянного тока и вольтметра. Подбором сопротивления резистора R1 устанавливают коэффициент передачи К=0,4 (или 0,5), при этом учитывают начальное напряжение смещения на выходе.

При подборе емкости конденсатора С1 необходим генератор прямоугольных импульсов с амплитудой сигнала на выходе 2...10 В и частотой следования 1...10 кГц. Для обеспечения крутых фронтов можно использовать триггерный делитель частоты, например, на микросхемах серий К155, К176, К561. Изменением емкости конденсатора С1 частотной компенсации добиваются получения на экране осциллографа прямоугольных импульсов без завала фронтов, амплитуда выбросов на фронтах должна быть не более 10 % от амплитуды импульсов. Слишком большая емкость вызывает значительные выбросы по фронтам, недостаточная - их затягивание.

На корпус изготовленной конструкции необходимо нанести надписи параметров устройства - входной емкости, сопротивления и коэффициента передачи.

При проведении измерений с отсчетом постоянной составляющей осциллограф необходимо скорректировать по уровню отсчета. Для этого следует замкнуть вход щупа и луч осциллографа установить на нулевую отметку.

Входная емкость современных осциллографов составляет порядка 30...50 пФ. При измерениях к ней добавляется емкость соединительного кабеля, и суммарная входная емкость достигает 100...150 пФ. Это может привести к существенному искажению результатов измерений и неправильной настройке, например, фильтров-пробок выходных каскадов усилителей записи магнитофонов. Вот почему при проведении исследований в цепях, критичных к вносимой емкости измерительного прибора, необходимо применять специальные согласующие устройства, имеющие большое входное сопротивление и небольшую емкость.

Для большинства практических работ необходимы два основных вида устройств: для гармонических сигналов малой амплитуды (1...50 мВ) с коэффициентом передачи К>1 и для сигналов большой амплитуды (до 10...20 В), позволяющие передавать постоянную составляющую сигнала и имеющие коэффициент передачи К=0,2...0,5.

Широкое распространение в последние годы быстродействующих аналоговых и цифровых микросхем, работающих при сравнительно больших напряжениях (ОУ широкого применения, микросхемы серии К561-до 15 В), выявило необходимость устройства, работающего в широком диапазоне напряжений с возможностью передачи постоянной составляющей сигнала.

Схема такого устройства в виде щупа приведена на рис. 1. Он выполнен по классической схеме истокового повторителя с использованием транзистора МОП-структуры и содержит минимальное количество деталей. Диапазон рабочих частот составляет О...5 МГц. Питание осуществляется от любого источника тока напряжением 7...15 В, например, аккумуляторной батареи 7Д-0,115-У1.1 или гальванических батарей "Крона", "Корунд". Входная емкость щупа - не более 4 пФ, входное сопротивление - не менее 3 МОм. Выходное напряжение при Uвх=0 co-ставляет 2,5 В. Диапазон входных напряжений в области отрицательных значений (до отсечки) - 7 В, в области положительных значений (до начала ограничения) составляет 13 В при Uпит=9В и 26В при Uпит=15В.

Коэффициент передачи в указанном диапазоне частот составляет 0,4.

Резисторы R1 и R2 образуют входной делитель напряжения, конденсатор С1 служит для частотной компенсации.

Ввиду значительного разброса параметров конкретных экземпляров транзисторов характеристики конструкций щупов также могут отличаться в основном по напряжению отсечки и коэффициенту передачи. Для получения максимального рабочего диапазона в области отрицательных значений входных напряжений необходимо применять транзисторы с максимальным (по абсолютной величине) напряжением отсечки. Автором был применен транзистор с Uзи oтc=4,2 В. Большинство транзисторов КП305И имеют меньшее значение Uзи отс, поэтому при необходимости напряжение отсечки щупа может быть увеличено путем уменьшения коэффициента передачи входного делителя, например, увеличив сопротивление резистора R1. Впрочем, для многих измерений, где требуется настройка по максимуму или минимуму напряжения, значение напряжения отсечки щупа не является существенным, поскольку настройку можно проводить по положительной полуволне сигнала.

Щуп собран в корпусе от фломастера. Монтаж объемный, без применения дополнительных конструктивных элементов. Выводы радиоэлементов соединены непосредственно между собой. Щуп подключают к осциллографу экранированным кабелем длиной не более 30 см.

Монтируя щуп, следует принимать меры по предупреждению пробоя полевого транзистора статическим электричеством и наводками от сети.

Настройка устройства заключается в калибровке для получения требуемого коэффициента передачи и подборе емкости конденсатора С1. Проведение калибровки потребует применения регулируемого источника постоянного тока и вольтметра. Подбором сопротивления резистора R1 устанавливают коэффициент передачи К=0,4 (или 0,5), при этом учитывают начальное напряжение смещения на выходе.

При подборе емкости конденсатора С1 необходим генератор прямоугольных импульсов с амплитудой сигнала на выходе 2...10 В и частотой следования 1...10 кГц. Для обеспечения крутых фронтов можно использовать триггерный делитель частоты, например, на микросхемах серий К155, К176, К561. Изменением емкости конденсатора С1 частотной компенсации добиваются получения на экране осциллографа прямоугольных импульсов без завала фронтов, амплитуда выбросов на фронтах должна быть не более 10 % от амплитуды импульсов. Слишком большая емкость вызывает значительные выбросы по фронтам, недостаточная - их затягивание.

На корпус изготовленной конструкции необходимо нанести надписи параметров устройства - входной емкости, сопротивления и коэффициента передачи.

При проведении измерений с отсчетом постоянной составляющей осциллограф необходимо скорректировать по уровню отсчета. Для этого следует замкнуть вход щупа и луч осциллографа установить на нулевую отметку.

Осциллограф занимает особое место в измерительной лаборатории радиолюбителя, поскольку позволяет "увидеть" процессы, протекающие в каскадах электронных устройств. Но порою входная цепь осциллографа, обладающая определенным сопротивлением и емкостью, способна внести искажения в наблюдаемые сигналы. Вот тогда к осциллографу подключают активный щуп - своеобразное согласующее устройство, входная цепь которого имеет значительно большее сопротивление и меньшую емкость по сравнению с входной цепью осциллографа. О таком щупе рассказывается в предлагаемой статье.

В было опубликовано описание малоемкостного активного щупа, выполненного на полевом транзисторе с изолированным затвором. Хотя щуп предназначен для работы с сигналами сравнительно большой амплитуды, например, с уровнями КМОП микросхем, его можно применять и для исследования малых сигналов - ведь современные осциллографы обладают высокой чувствительностью.

Выполненный на полевом транзисторе КП305И щуп имеет хорошие частотные характеристики. Вместе с тем применение такого транзистора обуславливает определенные ограничения как при изготовлении щупа, так и при работе с ним. Известно, что изолированные затворы транзисторов легко пробиваются статическим электричеством или наводками сетевого напряжения. Кроме того, электрические характеристики щупа во многом определяются параметрами использованного транзистора.

Номенклатура выпускаемых промышленностью транзисторов с изолированным затвором невелика, и подходящей является лишь группа И серии КП305, из которой возможно отобрать экземпляры с подходящими параметрами. Изготовить несколько щупов с разными характеристиками практически нереально. Применение в щупе полевого транзистора с затвором в виде р-п перехода позволяет устранить отмеченные ограничения. Возможность такой замены основана на публикации в . Большая номенклатура выпускаемых транзисторов с таким затвором позволяет без особого труда подобрать экземпляры с нужными параметрами, чтобы изготовить щупы с разными характеристиками.

Электрическая схема предлагаемого щупа показана на рис. 1 - она аналогична схеме, приведенной в . Щуп представляет собой простейший истоковый повторитель, нагрузкой которого является резистор R3. Резисторы R1, R2 образуют входной делитель напряжения.

На практике приходится проводить разнообразные измерения, изготовить один щуп "на все случаи жизни" невозможно. Поэтому целесообразно иметь несколько щупов, выполненных на широкораспространенных транзисторах КП302АМ и серии КПЗ0З и питающихся постоянным напряжением 9 В. Частотные характеристики этих транзисторов несколько хуже, чем у КП305, поэтому уступают по характеристикам и собранные на них щупы. Входная емкость и стокового повторителя практически определяется проходной емкостью транзистора и для КП302, КПЗ0З она больше, чем у КП305. Кроме того, при больших входных сигналах транзистор может оказаться в режиме прямого смещения, когда открывается p-n переход затвора и через него начинает протекать ток. Для транзистора такой режим не опасен, поскольку ток ограничивается резистором R1, но входное сопротивление щупа уменьшается и становится равным сопротивлению резистора R1. В таблице приведены основные характеристики нескольких экземпляров щупов и параметры транзисторов, на которых они собраны. Здесь Uзи.otc - напряжение отсечки транзистора; Iс.нач - начальный ток стока; Uo - постоянное напряжение на выходе щупа при отсутствии входного сигнала; Io - ток потребления щупа при напряжении Uo; +Umax и -Umax - максимальное и минимальное входное напряжение, при котором коэффициент передачи (Кпер) щупа снижается до уровня 0,7 от номинального значения.

Основным фактором, определяющим рабочий диапазон в области минусовых входных напряжений, является значение напряжения отсечки транзистора. В области плюсовых входных напряжений рабочий диапазон может быть расширен увеличением напряжения питания щупа.

На рис. 2 приведены передаточные характеристики двух экземпляров щупов при напряжении питания 9 и 15 В. Повышение питающего напряжения более эффективно для щупа, выполненного на транзисторе с большим значением lo (рис. 2,б), чем в случае использования транзистора с небольшим lo (рис. 2,а).

Резистор R3 выбирают такого сопротивления, чтобы обеспечивались динамические характеристики щупа. При большом сопротивлении резистора начинает проявляться эффект "затягивания" спадов импульсов. Питание любого щупа может быть автономным, например, от батареи типов "Корунд", 7Д-0,125, но в большинстве случаев удобно питать его от исследуемого устройства.

Монтаж щупа объемный - выводы радиоэлементов соединены непосредственно между собой (рис. 3). Если щуп предназначается для работы как с сигналами большой, так и малой амплитуды, для защиты от наводок его детали целесообразно поместить в экран, который может быть выполнен из металлической оплетки кабеля соответствующего диаметра. К осциллографу щуп подключают с помощью коаксиального кабеля или экранированного провода минимально допустимой (по условиям работы щупа) длины.

В щупе применены резисторы МЛТ-0,125. Резистор сопротивлением 22 МОм (в некоторых экземплярах) - малогабаритный, наподобие применяемых в электронных наручных часах. Конденсатор С1 - такой же миниатюрный либо самодельный, выполненный непосредственно на резисторе R1. Для этого резистор обертывают слоем диэлектрической пленки (лучше фторопластовой), а сверху надевают отрезок экранирующей оплетки от коаксиального кабеля, которую затем припаивают к правому по схеме выводу резистора R1. К левому выводу этого резистора припаивают конец провода ПЭВ 0,15...0,35 и наматывают провод на расположенный над резистором экран.

Подгоняют емкость конденсатора изменением числа витков провода - к этой операции практически сводится настройка щупа. Понадобится генератор прямоугольных импульсов, обеспечивающий амплитуду выходного сигнала 2...5 В при частоте следования 1...10 кГц. Калибровочные импульсы, которые подают на вход щупа, должны иметь крутые фронты. Изменением емкости конденсатора добиваются наличия крутых фронтов и спадов импульсов на экране осциллографа. При этом амплитуда выбросов на фронтах не должна превышать 10% амплитуды импульсов.

Литература

1. Гришин А. Активный щуп для осциллографа. - Радио, 1988, № 12, с. 45.
2. Межлумян А. Необычный режим работы полевого транзистора. - Радио, 1991, №3, с. 58-61.