|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Sonda attiva su un amplificatore operazionale per un oscilloscopio. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Gli amplificatori a banda larga con elevata impedenza di ingresso, bassa capacità di ingresso e bassa impedenza di uscita vengono utilizzati in una varietà di applicazioni. Un'applicazione è come sonde di ingresso per oscilloscopi e altre apparecchiature di misurazione. Come mostrato in questo articolo, i moderni amplificatori operazionali per dispositivi analogici consentono di risolvere questo problema in modo semplice. Un oscilloscopio è uno degli strumenti più versatili che consente di misurare un'ampia varietà di parametri di un segnale elettrico e spesso semplifica notevolmente la procedura di configurazione dei dispositivi elettronici. In alcuni casi è semplicemente insostituibile. Tuttavia, molti hanno familiarità con la situazione in cui il collegamento di un oscilloscopio a un dispositivo configurato porta a una violazione delle sue modalità. La ragione di ciò è principalmente la capacità e la resistenza dell'ingresso dell'oscilloscopio e del suo cavo di collegamento introdotti nel circuito in esame. La maggior parte degli oscilloscopi utilizzati dai radioamatori hanno un'elevata impedenza di ingresso (1 MOhm) e una capacità di ingresso di 5...20 pF. In combinazione con un cavo di ingresso schermato di collegamento lungo circa un metro, la capacità totale aumenta fino a 100 pF o più. Per i dispositivi che funzionano a frequenze superiori a 100 kHz, questa capacità può avere un impatto significativo sui risultati della misurazione. Per eliminare questo inconveniente, i radioamatori utilizzano un cavo non schermato (se il livello del segnale è sufficientemente grande) o una speciale sonda attiva, che comprende un amplificatore con un'elevata impedenza di ingresso, solitamente realizzato con transistor ad effetto di campo [1-3]. L'uso di tale sonda riduce significativamente la quantità di capacità introdotta nel dispositivo. Tuttavia, gli svantaggi di alcuni di essi sono il basso guadagno o la presenza di uno spostamento di livello in uscita, che rende difficile la misurazione della tensione CC. Inoltre hanno una gamma di frequenza operativa ristretta (fino a 5 MHz), che ne limita anche l'utilizzo e richiede cavi di collegamento corti. La sonda descritta in [2] ha parametri leggermente migliori. Va notato che tutte queste sonde possono funzionare efficacemente anche con oscilloscopi dotati di elevata impedenza di ingresso. Attualmente, gli oscilloscopi a banda larga con una gamma di frequenza operativa fino a 100 MHz e superiore, con una bassa impedenza di ingresso di 50 Ohm, stanno diventando sempre più diffusi, quindi collegarli a un dispositivo personalizzato spesso diventa quasi impossibile. Non tutti sono dotati di sonde attive e l'utilizzo di partitori resistivi porta ad una notevole diminuzione della sensibilità. La sonda attiva, la cui descrizione viene posta all'attenzione dei lettori, è esente da questi inconvenienti. Funziona con vari oscilloscopi, la cui impedenza di ingresso può essere a bassa impedenza - 50 Ohm o ad alta impedenza - fino a 1 MOhm, ha una gamma di frequenza operativa di 0...80 MHz e un'impedenza di ingresso abbastanza elevata alle basse frequenze - 100 kOhm. Il suo coefficiente di trasmissione è 1 o 10, cioè Non solo non indebolisce, ma rafforza anche il segnale. I vantaggi della sonda includono le sue piccole dimensioni. Tali parametri sono stati raggiunti attraverso l'uso di un moderno amplificatore operazionale ad alta velocità di Analog Devices. In particolare questa sonda utilizza l'op-amp AD812AN, che presenta le seguenti caratteristiche principali: Frequenza operativa superiore - almeno 100 MHz; resistenza di ingresso - 15 MOhm con una capacità di ingresso di 1,7 pF; tensione di ingresso - fino a +13,5 V e velocità di aumento della tensione di uscita - 1600 V/μs; corrente di uscita (con una resistenza di uscita di 15 Ohm) - fino a 50 mA; il consumo di corrente in assenza di segnale di ingresso è di 6 mA. Inoltre, l'amplificatore operazionale ha un basso livello di armoniche (-90 dB alla frequenza di 1 MHz e un carico di 1 kOhm) e un basso livello di rumore (3,5 nV/^Hz), protezione da K3 (corrente limitata a 100 mA), potenza dissipata da un case piuttosto grande - 1 W. A ciò va aggiunto che il prezzo di un microcircuito contenente due amplificatori operazionali con tali parametri è relativamente basso (3...4 dollari). Lo schema della sonda attiva è mostrato in Fig. 1. Fondamentalmente corrisponde al circuito di connessione dell'amplificatore operazionale standard. Il coefficiente di trasferimento KU viene modificato commutando gli elementi SA1 del circuito di retroazione e ha due valori: 1 e 10. L'interruttore SA2 seleziona la modalità operativa: con un ingresso "chiuso", quando il condensatore C1 è acceso all'ingresso e la tensione costante il componente non passa all'ingresso, oppure con ingresso “aperto” al suo passaggio.
La risposta in frequenza della sonda quando opera su un carico con una resistenza di 50 Ohm per diversi rapporti di trasmissione è leggermente diversa. Per Ku=1 ha un leggero aumento (fino al 20...25%) alle frequenze di 20...45 MHz e diminuisce ad un livello di 0,7 alle frequenze di 70...80 MHz e ad un livello di 0,3 a 100 MHz. Per Ku=10, la risposta in frequenza è piatta fino a 20 MHz e scende gradualmente a 7 alla frequenza di 40 MHz, mentre alla frequenza di 100 MHz diminuisce a 3. Quando si collega la sonda a un oscilloscopio o un frequenzimetro con un'elevata resistenza di ingresso (solitamente Rin = 1 MOhm) tramite un cavo ad alta frequenza lungo 1 m, l'ampiezza della tensione di uscita massima dell'amplificatore operazionale raggiunge 12 V (a Upit = +15 V) a frequenze fino a 10...15 MHz e diminuisce gradualmente a 3 V a frequenze 30...40 MHz. Quando la sonda viene caricata sull'ingresso a bassa resistenza (Rin = 50 Ohm) dell'oscilloscopio, la tensione massima in uscita è di 4 V a frequenze fino a 1 MHz e diminuisce a 0,5 V a frequenze 30...40 MHz. Va notato in particolare che la presenza di una modalità di amplificazione consente di osservare sullo schermo dell'oscilloscopio segnali di ingresso con un'ampiezza di 10...200 µV con una sensibilità di 300 mV per divisione! All'ingresso dell'amplificatore è installata una resistenza R3 relativamente piccola (100 kOhm). Ciò è stato fatto perché la corrente di ingresso dell'amplificatore operazionale è una frazione di µA e la polarizzazione nel livello di tensione CC in uscita è in questo caso di circa 50 mV a Ku = 1 o 500 mV a Ku = 10. Un aumento in questa resistenza porterà ad un corrispondente aumento del bias. Come dimostra la pratica di misurazione dei segnali a banda larga, è sufficiente una resistenza di ingresso della sonda di circa 100 kOhm. È possibile aumentarlo fino a 1 MOhm modificando opportunamente R3, ma ciò porterà alle conseguenze sopra indicate. Alle alte frequenze, la resistenza di ingresso è inferiore ed è principalmente di natura capacitiva, ma ciò non influisce sulla procedura di misurazione, poiché i circuiti ad alta resistenza sono rari alle alte frequenze. A proposito del design. La maggior parte delle parti della sonda sono posizionate su un circuito stampato in fibra di vetro a doppia faccia, il cui schizzo è mostrato in Fig. 2. Su un lato sono posizionati l'amplificatore operazionale e tutti i resistori, sul secondo lato i condensatori C2-C5. I collegamenti tra i lati di montaggio sono realizzati con conduttori attraverso fori praticati sulla scheda. Gli interruttori sono installati sul corpo della sonda e il condensatore C1 è installato direttamente su SA1.
Il corpo della sonda (Fig. 3) è costituito da un tubo di plastica 1 (di un pennarello con un diametro di circa 18 mm), che è inserito in un involucro metallico 2. All'interno del tubo è presente una tavoletta 3, sulla quale gli interruttori SA1 e SA2 (4 e 5) sono montati. Dal fondo del tubo escono i cavi di collegamento e di alimentazione - 6. Il filo comune della scheda è collegato all'involucro e dal foro presente sullo stesso esce il filo per il perno metallico X1 - 7. Tutto interno i collegamenti devono essere effettuati con un cavo di lunghezza minima, mentre i collegamenti esterni - circuiti di potenza e di segnale - rispettivamente cavo schermato e cavo RF.
Poiché uno dei due amplificatori operazionali non viene utilizzato nel microcircuito, i suoi ingressi (pin 5 e 6) sono collegati a un filo comune. La configurazione del dispositivo si riduce all'impostazione del guadagno richiesto, che, quando si utilizza la sonda con un oscilloscopio con un'impedenza di ingresso elevata, viene impostato su 10 ad una frequenza di 10 MHz selezionando il resistore R1 (con SA1 chiuso). Se la sonda viene utilizzata con un oscilloscopio con ingresso a bassa impedenza, parte del segnale di uscita viene soppressa sul resistore corrispondente R5. Pertanto, nel circuito viene introdotto il resistore R6 e, selezionando la sua resistenza (con SA1 aperto), il coefficiente di trasmissione viene impostato su 1. Con SA1 chiuso (modalità alta sensibilità), il fattore di guadagno viene impostato su 10 selezionando il resistore R1. Il dispositivo utilizza resistori MLT, C2-10, C2-33, P1-12, condensatori C1-C3 della serie KM o altri di piccole dimensioni (K10-17, K10-47), C4, C5 - gruppi K52 o simili . È possibile utilizzare gli amplificatori operazionali a banda larga AD812AR o AD817AN, AD818AN della stessa azienda, che sono più economici a causa di una banda di frequenza più piccola (50 MHz), ma il loro utilizzo porterà anche ad una riduzione della banda di frequenza operativa. Per alimentare la sonda è necessario un alimentatore stabilizzato bipolare con una tensione di uscita di %12...15 V. Si tenga presente che il consumo di corrente in assenza di segnale è di 10...15 mA; quando si opera su un carico a bassa impedenza, quando viene applicato un segnale, la corrente può aumentare fino a 100 mA. Letteratura
Autore: I. Nechaev, Kursk
Macchina per diradare i fiori nei giardini
02.05.2024 Microscopio infrarosso avanzato
02.05.2024 Trappola d'aria per insetti
01.05.2024
▪ Il denaro è solo uno strumento ▪ Modulo fotovoltaico organico a film sottile efficiente Toshiba
▪ sezione del sito Sicurezza e protezione. Selezione dell'articolo ▪ articolo Kapitsa Sergey Petrovich. Aforismi famosi ▪ articolo Chi ha inventato il tamburo? Risposta dettagliata ▪ Articolo sullo tsunami. Laboratorio di scienze per bambini
Homepage | Biblioteca | Articoli | Mappa del sito | Recensioni del sito
www.diagram.com.ua |
Vedi altri articoli sezione 
Ultime notizie di scienza e tecnologia, nuova elettronica:
Tutte le lingue di questa pagina