Активный щуп для осциллографа. Электрические схемы бесплатно. Схемы щупов к осциллографу Пробники с коррекцией частотной характеристики

17.10.2023

Большинство осциллографов имеют входное сопротивление 1 Мом и емкость 20 пф. С применением делителя 1Х10 сопротивление увеличивается до 10 Мом и емкость падает до нескольких пикофарад. Однако даже такие параметры могут изменить параметры измеряемой цепи выдавая недостоверные показания. Задача данного щупа внести минимальную погрешность в измеряемую цепь. Для этого сопротивление пробника должно стремиться к бесконечности, а емкость к нулю. Чтобы получить такие параметры требуется прецизионный операционный усилитель и конструктивные ухищрения, в частности игла пробника не касается платы и проходя через фторопластовую бобышку припаивается непосредственно к ножки микросхемы. В качестве операционного усилителя выбран широко распространенный CA3140. Вот интересующие нас параметры из даташита :

Поскольку проконтролировать такие высокие параметры у меня нет возможности то воспользуюсь слегка пониженными данными даташита. Тогда параметры изделия будут таковыми:

Входное сопротивление - 1 Том
Входная емкость - 5 пФ
Усиление - 1:10 и 1:1
Максимальное входное напряжение 12 вольт
Максимальное выходное напряжение - 8 вольт
Максимальная рабочая частота - 1 МГц

Схема проста как валенок, поэтому на ней не указаны блокировочные конденсаторы по питанию и синфазный дроссель на проводе питания. Подстроечные резисторы регулируют смещение по постоянному току и усиление в режиме 1:10.

Вот так выглядит готовая конструкция, на ней не допаян земляной провод с крокодилом на конце.

Хорошим источником фторопластовых бобышек служат разъемы SMA, в данной конструкции он впаян целиком. Важным этапом является промывание платы спиртом, без этого можно забыть о сверхвысоких сопротивлениях, а иногда и вовсе получить неработоспособный прибор.

Активный щуп для осциллографа – простая радиолюбительская конструкция, которая может работать с любым осциллографом

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

В этой статье мы рассмотрим очень нужную в практике радиолюбителя конструкцию – активный щуп для осциллографа .

Очень 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. Большинство осциллографов, используемых радиолюбителями, имеют высокое входное сопротивление – 1 МОм и емкость входа 15-20 пФ. В сочетание с соединительным экранированным кабелем длиной около метра суммарная емкость возрастает до 100 и более пФ. Для устройств работающих на частоте более 100 кГц, такая емкость может оказать существенное влияние на результаты измерений. Для устранения этого недостатка радиолюбители пользуются или не экранированным проводом или активными щупами , предлагаемый в этой статье, может работать с различными осциллографами, входное сопротивление которых может быть низким – 50 Ом или высоким – 1 МОм. Его коэффициент передачи 1 или 10. То есть он не только не ослабляет, но и усиливает сигнал. К достоинствам можно отнести и малые габариты. Таких параметров удалось добиться в результате применения быстродействующего операционного усилителя.

Верхняя рабочая частота не менее 100 МГц, входное сопротивление 15 МОм, входная емкость 1,7 пФ, входное напряжение до ± 13,5 вольт, потребляемый ток в отсутствии сигнала 6 мА. Следует особо отметить, что наличие режима усиления позволяет наблюдать на экране осциллографа с чувствительностью 10 мВ на деление входные сигналы с амплитудой 200…300 мкВ.

Большинство деталей щупа размещено на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Соединения между сторонами монтажа выполняют проводниками через отверстия в плате. Переключатели устанавливают на корпусе щупа, а конденсатор непосредственно на SA1.

Корпус щупа состоит из пластмассового корпуса 1 (от фломастера диаметром около 18 мм) который вставлен в металлический кожух 2. Внутри корпуса размещена плата 3, на нем укреплены переключатели SA1, SA2 (4 и 5), через дно выведены соединительный и питающие провода 6. Общий провод платы соединен с кожухом, а через отверстие в нем выведен провод для металлического штыря Х1 – 7. Все внутренние соединения надо делать проводом минимальной длины, а внешние – цепи питания и сигнала – соответственно экранированным и ВЧ кабелем. Так как в микросхеме один из двух усилителей не используется его входы (выводы 5 и 6) соединены с общим проводом.

Налаживание устройства сводится к установке требуемого коэффициента усиления, который при работе щупа с осциллографом с высоким входным сопротивлением устанавливают равным 10 на частоте 10 МГц подбором резистора R1 (при замкнутом SA1). Если щуп используется с осциллографом с низкоомным входом, часть выходного сигнала гасится на согласующем резисторе R5. Поэтому в схему вводят резистор R6 и подбирают его сопротивление (при разомкнутым SA1), устанавливают коэффициент передачи равный 1. При замкнутом SA1 (режим повышенной чувствительности) установку коэффициента усиления равного 10, производят подбором резистора R1.

В устройстве применены резисторы МЛТ, С2-10, С2-33, Р1-12, конденсаторы – С1-С3 серии КМ или другие малогабаритные (К10-17, К10-47), С4 и С5 группы К52 или аналогичные. Можно использовать широкополосные ОУ AD812AR, AD817AN, AD818AN той же фирмы, которые дешевле из-за меньшей полосы частот, но их применение приведет и к сокращению рабочих частот. Для питания щупа необходим двухполярный стабилизированный источник питания с выходным напряжением ± 12…15 вольт. Потребляемый ток щупа в процессе работы может достигать 100 мА.

Измерительная техникаПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ Простая приставка к авометру, схема которой изображена на рисунке, позволяет обнаруживать в трансформаторах, дросселях и других деталях с обмотками межвитковые замыкания до трех-четырех витков. Приставка представляет собой НЧ генератор, собранный по трехточечной схеме, с емкостной обратной связью через конденсаторы С1 и С2. Роль индуктивности контура генератора играет испытываемая катушка. Потенциометр R4 служит для поддержания постоянной величины тока, протекающего через транзистор Т1, при изменении внутреннего сопротивления батареи, питающей генератор. В гнезда Гн1 и Гн2 вставляют вилки авометра. Наконечники подключают к выводам испытываемой детали. Гнездо Гн1 одновременно является выключателем питания. Для этого оно разрезано вдоль по всей длине. Укв схема Половины гнезда замыкаются вставленной в него вилкой, питание включается. Однополюсные вилки, обозначенные внизу стрелками, включают в гнезда авометра для измерения переменного напряжения.Работа прибора основана на уменьшении амплитуды генерируемого напряжения при подключении детали с межвитковым замыканием, так как в этом случае добротность контура существенно понижается. Уменьшение напряжения отмечает подключенный к прибору авометр.Градуировку собранного прибора производят следующим образом. Подготовляют прибор к измерениям, подключив к нему авометр и щупы так, как описано выше. Затем присоединяют к щупам исправный унифицированный регулятор строк типа РРС-70 с введенным вовнутрь катушки сердечником. Регулируя потенциометр R4 добиваются, чтобы авометр показал величину переменного напряж...

Для схемы "Активный щуп для осциллографа"

Измерительная техникаАктивный щуп для осциллографаВходная 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, нужно 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. Puc.1Схема 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 о...

Для схемы "Широкополосный апериодический усилитель ВЧ"

Радиолюбителю-конструкторуШирокополосный апериодический усилитель ВЧПредлагаемый вниманию читателей высокочастотный усилитель может найти самое широкое применение. Это и антенный усилитель для радиоприемника, и усилительная приставка к осциллографу с низкой чувствительностью канала вертикального отклонения, и апериодический усилитель ПЧ, и измерительный усилитель. Вход и выход усилителя рассчитаны на включение в иинию с волновым сопротивлением 75 Ом. Полоса рабочих частот усилителя 35 кГц- 150 МГц при неравномерности на краях диапазона 3 дБ. Максимальное неискаженное выходное напряжение 1 В, коэффициент усиления (при нагрузке 75 Ом) - 43 дБ, коэффициент шума на частоте 100 МГц -4,7 дБ. Питается усилитель от источника напряжением 12,6 В, потребляемый ток 40 мА. Принципиальная схема усилителя приведена на рисунке. Он представляет собой две последовательно включенные усилительные ячейки, в каждой из которых резистивные усилительные каскады на транзисторах N1, Т3 нагружены на эмиттерные повторители на транзисторах Т2, Т4. Симистор тс112 и схемы на нем Для расширения динамического диапазона ток через последний эмиттерный повторитель выбран равным приблизительно 20 мА. Амплитудная и частотная характеристики усилителя сформированы элементами цепи час-тотнозависимой обратной связи R4C2, R10C5 и дросселями простой высокочастотной коррекции Др1 и Др2.Конструктивно усилитель выполнен на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита и помещен в латунный посеребренный корпус. Разъемами служат высокочастотные соединители СР-75-166 Ф. Высокочастотные дроссели Др1 и Др2 бескаркасные. Их обмотки содержат по 10 витков провода ПЭВ-1 0,25, диаметр обмоток 5 мм. Если усиление 43 дБ является чрезмерным, можно использовать только одну усилительную ячейку, причем в зависимости от целевого назначения либо на транзисторах T1. Т2 с напряжением питания + 5 В, либо на транзисторах Т3, Т4 с напряжением питания +12,6...

Для схемы "Две схемы простых генераторов качающейся частоты"

Для схемы "ПРОСТОЙ ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ НЧ И ВЧ"

Измерительная техникаПРОСТОЙ ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ НЧ И ВЧПростой генератор сигналов низкой и высокой частоты предназначен для налаживания и проверки различных приборов и устройств, изготовляемых радиолюбителями.Генератор низкой частоты вырабатывает синусоидальный сигнал в диапазоне от 26 Гц до 400 кГц, который разделен на пять поддиапазонов (26...240, 200...1500 Гц: 1.3...10, 9...60, 56...400 кГц). Максимальная амплитуда выходного сигнала 2 В. Коэффициент гармоник во всем диапазоне частот не превышает 1,5%. Неравномерность частотной характеристики - не более 3 дБ. С помощью встроенного аттенюатора можно ослабить выходной сигнал на 20 и 40 дБ. Предусмотрена также плавная регулировка амплитуды выходного сигнала с контролем ее по измерительному прибору.Генератор высокой частоты вырабатывает синусоидальный сигнал в диапазоне от 140 кГц до 12 МГц (поддиапазоны 140...340, 330...1000 кГц, 1...2,8,2,7...12МГц).Высокочастотный сигнал может быть промодулирован по амплитуде сигналом как с внутреннего генератора НЧ. так и с внешнего.Максимальная амплитуда выходного напряжения 0,2 В. Блок питания на тиристорах схемы В генераторе предусмотрена плавная регулировка выходного напряжения с контролем амплитуды по измерительному прибору.Напряжение питания обоих генераторов 12 В.Принципиальная схема прибора показана на рис. 1.Генератор низкой частоты построен на основе хорошо известной схемы. Частоту генерируемого сигнала изменяют сдвоенным конденсатором переменной емкости С2. Применение блока конденсаторов переменной емкости для генерации невысоких (30...100 Гц) частот потребовало высокого входного сопротивления усилителя генератора. Поэтому сигнал с моста поступает на потоковый повторитель на полевом транзисторе V1, а далее на вход двухкаскадного усилителя с непосредственными связями (микросхема А1). С выхода микросхемы сигнал подается на выходной эмит-терный повторитель на транзисторе V3 и на вторую диагональ моста. С резистора R16 сигнал подается на выходной делитель напряжения (резисторы R18-R22) и на измерительный прибор PU1. по которому контрол...

Для схемы "МОДУЛЯТОР И ДЕМОДУЛЯТОР SSB"

Узлы радиолюбительской техникиМОДУЛЯТОР И ДЕМОДУЛЯТОР SSBВ литературе часто встречаются подобные схемы на ИМС К174УР1, на К174УРЗ они получаются проще и с мень-шим количеством навесных элементов (рис.1, 2). Схемы могут быть выполнены и с отдельным гетеродином. При этом сигнал (Uгет

Для схемы "ПРИСТАВКА-ГКЧ ДЛЯ ДИАПАЗОНОВ 300...900и 800... 1950 МГц"

Измерительная техникаПРИСТАВКА-ГКЧ ДЛЯ ДИАПАЗОНОВ 300...900и 800... 1950 МГц Регулировка радиоэлектронной аппаратуры с визуальным отображением амплитудно-частотных характеристик постоянно пользуется у радиолюбителей и специалистов повышенным интересом, так как позволяет оперативно видеть на экране измерительного прибора результаты воздействия при изменении какого-либо параметра или элемента настраиваемого изделия. Единственным недостатком данного метода контроля является сравнительно высокая цена(у) промышленных образцов измерителей частотных характеристик. Но радиолюбители и в этом месте нашли достойный выход - создание простых приставок к ставшему уже привычным осциллографу. При этом частотная характеристика самого осциллографа особой роли не играет. В журнале "Радио" 1994, № 1, с.26 приводилось описание такой приставки для регулировки телевизионной аппаратуры с указанием на возможности расширения ее функциональных возможностей. Сегодня мы приводим рекомендации по доработке данной приставки с поставленной задачей использования ее для регулировки устройств, работающих в диапазонах ДМВ и СВЧ (селекторы каналов ДМВ, тюнеры систем спутникового телевизионного вещания и др.). Схемы конвертера радиолюбителя Публикация в названном журнале описания приставки для измерения частотных характеристик и последующие отклики радиолюбителей заставили заняться разработкой рекомендаций для массового повторения устройства, работающего в диапазонах более высоких частот. Ниже приводятся описания двух вариантов доработок приставки с генераторами на 300...900 и 800...1950 МГц. При этом оказалось, что модификация приставки не требует полной ее переделки, довольно только изменить конструкцию высокочастотного генератора. Поэтому нумерация элементов на приводимых принципиальных схемах продолжает нумерацию основной схемы приставки. На рис.1 приведена схема ГКЧ, она одинакова для обоих высокочастотны...

Для схемы "Вечный блок питания"

Для работы телевизора, компьютера, радиоприемника обязательно требуется блок стабилизированного питания. Устройства, включенные в сеть круглосуточно, а также схемы, собранные начинающим радиолюбителем, требуют абсолютно надежного блока питания (БП), чтобы не было повреждения или возгорания блока питания. А теперь несколько "страшных" историй: у одного моего друга при пробое регулирующего транзистора "вылетело" много микросхем в самодельном компьютере; у другого после замыкания ножкой стула проводов, идущих к импортному радиотелефону, расплавился блок питания; у третьего то же с питанием "советского" промышленного ТА с АОН; у начинающего радиолюбителя после КЗ блок питания начал дарить на выход большое напряжение; на производстве КЗ линии измерительных приборов почти обязательно приводит к прекращению работы и необходимости срочного ремонта. Схемы импульсных блоков мы затрагивать не будем вследствие их сложности и невысокой надежности, а рассмотрим схему компенсационного последовательного стабилизатора питания (рис.1). ...

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.