Aktywna sonda w.cz.

Szczegóły

Odsłony: 221416

Gdy chciałem wykorzystać oscyloskop UTD2052CEX do pomiaru sygnałów w.cz. (zakres 1-40MHz) dość szybko okazało się, że możliwości wykorzystania w tym celu pasywnych sond oscyloskopowych są dość ograniczone.

W artykule Aktywna sonda oscyloskopowa wskazałem, że bezkrytyczne podejście do wyników uzyskiwanych przy wykorzystaniu tradycyjnych sond może prowadzić do nieporozumień (patrz też: generator FEPG, moduł QCO).

Dodatkowym problemem był fakt, iż przyłączenie pasywnej sondy do obwodów rezonansowych w znacznym stopniu je odstrajało i/lub tłumiło. Jak wiadomo deklarowana oporność (sondy) 10Mom (przełącznik w pozycji 10:1) odnosi się do niskich częstotliwości, by przy większych znacząco maleć.

Opisana w artykule Aktywna sonda oscyloskopowa zasadniczo spełniała swoje zadanie, ale chciałem mieć pod ręką coś, co pozwalałoby:

• oszacować (w przybliżeniu "zmierzyć") napięcie i/lub obejrzeć przebieg bez znacznego wpływu na badany obwód,
• przekazanie badanego sygnału na wejście oscyloskopu było jak najmniej podatne na zewnętrzne zakłócenia.

Jak widać chodzi tu o zbudowanie urządzenia o parametrach niewysublimowanych, ale łatwym w obsłudze. Nie pozostało nic innego jak zbudować (bazując na doświadczeniach z aktywną sondą oscyloskopową) aktywną sondę w.cz.

Schematów w sieci znalazłem kilka, ale w kolejnym podejściu udało mi się zrealizować poniższy projekt.

Schemat i PCB

Schemat sondy obejmuje dwa moduły:

• aktywną sondę wykonaną na dwóch tranzystorach:
  • dwubramkowym N MOS-FET BF994S, pracującym w układzie wzmacniacza ze wspólnym źródłem. Druga bramka została spolaryzowana "katalogowo), tj. podano napięcie 4,00V. Na tym etapie (prototyp i pierwsze testy) wartość rezystora w źródle dobrano tak, by prąd drenu tranzystora T1 wynosił ok. 3mA.
  • bezpośrednio połączonego z drenem T1 tranzystora bipolarnego BFR93A (w układzie wtórnika emiterowego).
    W bazie zastosowano rezystor antyparazytowy o wartości 22R. Przez tranzystor T2 płynie prąd ok. 20mA. Na tym etapie nie zauważyłem (w zakresie częstotliwości 0,1-40MHz) negatywnego wpływu niedopasowania oporności wyjściowej wtórnika do impedancji stosowanego kabla RG174 (50om).
    We wtyku BNC (wpinanego w gniazdo oscyloskopu) wlutowano pomiędzy żyłę środkową a masę rezystor o wartości 51om (terminator przelotowy). Nie jest to uwidocznione na schemacie!
• układu zasilania na układzie monolitycznym 78L08 w obudowie TO92. Ze względu na konstrukcję obudowy sondy plastikowa obudowa wymagała delikatnego(!) podpiłowania. Ale o tym później.
  
  Podobnie jak w aktywnej sondzie oscyloskopowejplanuję w okolicy grotu sondy zamontować dwie białe diody LED oświetlające pole pomiaru.

Również tu zastosowałem bardzo słabe sprzężenie grota sondy z bramką. Poprzez kondensator utworzony przez dwie warstwy miedzi po obu stronach laminatu.

Analogicznie zastosowałem "diodę życia" D1 zabezpieczającą układ przed odwrotnym podłączeniem zasilania.

Układ elementów na poszczególnych (laminat dwustronny) płaszczyznach płytki przedstawia rysunek obok.

Jakkolwiek płytkę zaprojektowano dla elementów SMD 0805 to w prototypie wykorzystałem głównie elementy SMD 1206. I zmieściły się!
Widok płytki z wlutowanymi elementami przedstawia zdjęcie po prawej.
Lutując elementy trzeba zwrócić uwagę na fakt, iż lutowanie elementów zbyt blisko krawędzi może uniemożliwić wsunięcie płytki sondy do obudowy.

Załączona "prasowanka" (to już jest lustro, nie trzeba odwracać) pozwala jednorazowo wykonać 3 płytki sondy.

Czułość sondy i rezystancja wejściowa są na tyle duże, że niezbędnym jest jej dobre ekranowanie.

Obudowę wykonano z (hydraulicznej) rurki miedzianej o (zewnętrznej) średnicy 12mm. Długość rurki potrzebnej na obudowę to ok. 53mm.

Następnie rurkę spłaszczono (w imadle) tak by uzyskać rurkę o przekroju owalnym o (wewnętrznych:) szerokości ok. 12,3mm i wysokości ok. 7,5mm. By nie przesadzić warto do rurki (w trakcie spłaszczania) włożyć pręt (wiertło) o średnicy ok. 7mm.

W tak przygotowaną rurkę bez problemu winna dać się wsunąć płytka sondy. Jedynym elementem, który trzeba było "podpiłować) była obudowa stabilizatora 78L08.

Aby wyniki pomiarów były prawidłowe, a oscylogram nie zniekształcony trzeba zapewnić bardzo dobre połączenie masy sondy z masą badanego układu. Dla uproszczenia w opisie nazwałem to uziemieniem.

Sondę wyposażono w ruchome klipsy, który można swobodnie (ale ciasno) przesuwać na obudowie. Wykonano je również z rurki miedzianej o fi=12mm, przy czym przecięto ją wzdłuż, a następnie odpowiednio uformowano.

Zmieniając klipsy można regulować odległość pomiędzy grotem sondy a punktem uziemiającym. Jak również sposób przyłączenia masy sondy z masą badanego urządzenia.

Grot sondy wykonano z goldpina (10mm).

Pierwsze testy

Oczywiście po zmontowaniu układu przeprowadziłem testy. Sprawdziłem sondę jako taką. Porównałem ją również z sondą pasywną UT-P03 60MHz. I jestem zadowolony, gdyż sonda w.cz. potwierdziła swoją przydatność w tego typu pomiarach.

Bez względu na to czy pomiar odbywał się poprzez przyłączenie do generatora testowego (VFO, 9MHz):

• bezpośrednio do (niskoomowego) wyjścia wtórnika generatora,
• czy też zbliżenie na 1cm grotu sondy w.cz. do cewki generatora

na ekranie oscyloskopu uzyskiwano czysty, niezaburzony obraz przebiegu.
By porównać przebiegi uzyskiwane z wykorzystaniem sondy w.cz. i sondy pasywnej UT-P03 60MHz wykonałem test polegający na jednoczesnym podaniu na oscyloskop sygnałów:

• CH1 - z sondy UT-P03 przyłączonej do niskoomowego wyjścia generatora,
• CH2 - sygnał s sondy w.cz. zbliżonej na ok. 5mm do cewki generatora.

Wynik testu widać na zdjęciu obok. Uważam, że jest dobrze. I o to chodziło.

Na marginesie. Ta sama sonda może być wykorzystywana (o ile zajdzie taka potrzeba) do pomiaru częstotliwości za pomocą częstotliwościomierza. Sprawdziłem!

Na zakończenie krótka dygresja. Testując sondę w.cz. zauważyłem, że jest dość czuła i czasami... "coś" łapie. Na oscyloskopie pojawia się wyraźnie regularny przebieg o określonej częstotliwości i niemałej amplitudzie.

W pierwszej chwili podejrzewałem sondę. Zauważyłem jednak, że sonda działa prawidłowo. "Kłopoty" pojawiają się każdorazowo, gdy nad stanowiskiem włączę "ekologiczną" żarówkę energooszczędną (OSRAM, 11W, 90mA).

Nie będę się rozwodził. Zdjęcie obok wystarcza zamiast komentarza. Takie światełko to "idealna rzecz" na stanowisku krótkofalowca. Zwłaszcza KF. Słychać - sprawdziłem. Poprzednio nie wiedziałem, że skąd ten świergot. Już wiem.

Oprócz wyżej opisanej sondy do testów i pomiarów za pomocą oscyloskopu UTD2052CEX

• aktywną sondę oscyloskopową - protoplastę (ale prostszą wersję) opisywanej powyżej sondy,
• generator FEPG - generator sygnału prostokątnego o szybko narastających i opadających zboczach,
• moduł QCO - układ umożliwiający podanie sygnału z monolitycznego generatora kwarcowego (QCO) na gniazdo wejściowe oscyloskopu.

Jeśli jesteś zainteresowany tym co jeszcze udało mi się zrobić z lutownicą w ręku zapraszam do Warsztatu krótkofalowca