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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Sonda attiva per oscilloscopio. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Radioamatore principiante L'oscilloscopio occupa un posto speciale nel laboratorio di misurazione di un radioamatore, poiché consente di "vedere" i processi che si verificano in cascate di dispositivi elettronici. Ma a volte il circuito di ingresso di un oscilloscopio, che ha una certa resistenza e capacità, può introdurre distorsioni nei segnali osservati. Quindi una sonda attiva viene collegata all'oscilloscopio, una sorta di dispositivo di adattamento, il cui circuito di ingresso ha una resistenza significativamente più elevata e una capacità inferiore rispetto al circuito di ingresso dell'oscilloscopio. Tale sonda è descritta in questo articolo. In [1] è stata pubblicata la descrizione di una sonda attiva a bassa capacità realizzata su un transistor ad effetto di campo con gate isolato. Sebbene la sonda sia progettata per funzionare con segnali di ampiezza relativamente grande, ad esempio con i livelli dei microcircuiti CMOS, può essere utilizzata anche per studiare piccoli segnali: dopotutto, gli oscilloscopi moderni hanno un'elevata sensibilità. La sonda, realizzata su un transistor ad effetto di campo KP305I, ha buone caratteristiche di frequenza. Allo stesso tempo, l'uso di un tale transistor provoca alcune limitazioni sia nella produzione della sonda che nel lavoro con essa. È noto che i gate isolati dei transistor vengono facilmente penetrati dall'elettricità statica o dai rilevatori di tensione di rete. Inoltre, le caratteristiche elettriche della sonda sono in gran parte determinate dai parametri del transistor utilizzato. La gamma di transistor a gate isolato prodotti industrialmente è piccola ed è adatto solo il gruppo I della serie KP305, da cui è possibile selezionare esemplari con parametri adeguati. È quasi impossibile produrre più sonde con caratteristiche diverse. L'uso di un transistor ad effetto di campo con un gate sotto forma di giunzione p-n nella sonda elimina le limitazioni indicate. La possibilità di una tale sostituzione si basa su una pubblicazione in [2]. L'ampia gamma di transistor prodotti con tale gate consente di selezionare facilmente campioni con i parametri richiesti per produrre sonde con caratteristiche diverse. Il circuito elettrico della sonda proposta è mostrato in Fig. 1 - è simile al diagramma riportato in [1]. La sonda è un semplice inseguitore di sorgente, il cui carico è il resistore R3. I resistori R1, R2 formano un divisore di tensione in ingresso.
In pratica è necessario effettuare diverse misurazioni; è impossibile realizzare una sonda “per tutte le occasioni”. Pertanto è consigliabile dotarsi di più sonde realizzate sui diffusi transistor della serie KP302AM e KPZ0Z e alimentate con una tensione costante di 9 V. Le caratteristiche di frequenza di questi transistor sono leggermente peggiori di quelle del KP305, quindi le sonde montate su di essi hanno anche caratteristiche inferiori. La capacità di ingresso del drain follower è praticamente determinata dalla capacità di passaggio del transistor e per KP302, KPZ0Z è maggiore di quella di KP305. Inoltre, con segnali di ingresso di grandi dimensioni, il transistor può finire in modalità di polarizzazione diretta, quando la giunzione p-n del gate si apre e la corrente inizia a fluire attraverso di essa. Per un transistor, questa modalità non è pericolosa, poiché la corrente è limitata dal resistore R1, ma la resistenza di ingresso della sonda diminuisce e diventa uguale alla resistenza del resistore R1. Nella tabella sono riportate le caratteristiche principali di diversi tipi di sonde ed i parametri dei transistor su cui sono assemblate. Qui Uzi.otc è la tensione di interruzione del transistor; Is.init - corrente di drain iniziale; Uo - tensione costante all'uscita della sonda in assenza di un segnale di ingresso; Io - consumo di corrente della sonda alla tensione Uo; +Umax e -Umax - la tensione di ingresso massima e minima alla quale il coefficiente di trasmissione (Kper) della sonda viene ridotto a un livello di 0,7 rispetto al valore nominale.
Il fattore principale che determina l'intervallo operativo nell'area delle tensioni di ingresso negative è il valore della tensione di interruzione del transistor. Nella regione delle tensioni di ingresso positive, il campo operativo può essere ampliato aumentando la tensione di alimentazione della sonda. Nella fig. La Figura 2 mostra le caratteristiche di trasferimento di due sonde con una tensione di alimentazione di 9 e 15 V. L'aumento della tensione di alimentazione è più efficace per una sonda realizzata su un transistor con un valore lo elevato (Fig. 2b) rispetto al caso di utilizzo di un transistor con un piccolo lo (Fig. 2, A).
Il resistore R3 viene scelto con una resistenza tale da garantire le caratteristiche dinamiche della sonda. Con un'elevata resistenza del resistore, inizia ad apparire l'effetto di "trascinamento" dell'impulso. L'alimentazione di qualsiasi sonda può essere autonoma, ad esempio, da una batteria del tipo Korundum, 7D-0,125, ma nella maggior parte dei casi è conveniente alimentarla dal dispositivo in prova. L'installazione della sonda è volumetrica: i terminali degli elementi radio sono collegati direttamente tra loro (Fig. 3). Se la sonda è destinata a funzionare sia con segnali di grande che di piccola ampiezza, per proteggerla da interferenze è consigliabile collocare le sue parti in uno schermo, che può essere costituito da un cavo a treccia metallica di diametro adeguato. La sonda è collegata all'oscilloscopio tramite un cavo coassiale o un filo schermato della lunghezza minima consentita (in base alle condizioni operative della sonda).
La sonda utilizza resistori MLT-0,125. Un resistore con una resistenza di 22 MOhm (in alcune copie) è di piccole dimensioni, come quello utilizzato negli orologi da polso elettronici. Il condensatore C1 è lo stesso in miniatura o fatto in casa, realizzato direttamente sul resistore R1. Per fare ciò, il resistore viene avvolto in uno strato di pellicola dielettrica (preferibilmente fluoroplastica) e sopra viene messo un pezzo di treccia schermante del cavo coassiale, che viene quindi saldato al terminale destro del resistore R1 secondo lo schema. L'estremità del filo PEV 0,15...0,35 è saldata al terminale sinistro di questo resistore e il filo è avvolto su uno schermo situato sopra il resistore. La capacità del condensatore viene regolata modificando il numero di spire del filo: l'impostazione della sonda si riduce praticamente a questa operazione. Sarà necessario un generatore di impulsi rettangolare che fornisca un'ampiezza del segnale di uscita di 2...5 V con una frequenza di ripetizione di 1...10 kHz. Gli impulsi di calibrazione forniti all'ingresso della sonda devono avere fronti ripidi. Modificando la capacità del condensatore, si ottiene la presenza di forti aumenti e diminuzioni degli impulsi sullo schermo dell'oscilloscopio. In questo caso, l'ampiezza delle emissioni sui fronti non deve superare il 10% dell'ampiezza dell'impulso. Letteratura
Autore: D.Turchinsky, Mosca
Un nuovo modo di controllare e manipolare i segnali ottici
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