Bună seara vouă. Este posibil să vă vedeți cu ochii tăi circuitul sondei diferențiale?
Căutam o sondă activă, mă gândesc să încerc să-mi păcălesc vechiul osciloscop LO-70 cu ea, nu are intrare deschisă, am dat peste designul tău, cred că dacă circuitul „apare”, acum arată ca o poză „închisă”, apoi o voi face, va fi utilă în viață.
Cu uv. Dmitri.

Acces deschis la imagine.

Dar nu veți putea înșela LO-70 în acest fel: acolo, între cascade, tensiunea continuă este întreruptă de condensatori. Întreaga schemă de scanare verticală trebuie schimbată.

Această sondă este necesară pentru testarea surselor de alimentare și a unităților electrice, atunci când trebuie să vă uitați la tensiunea din două circuite izolate galvanic simultan.

Cum arată în realitate.

Diff. cascadă introdusă într-un osciloscop.

Este imposibil să faci un circuit de scanare verticală pentru un osciloscop folosind schema mea, deoarece ieșirea de acolo necesită +-100V. Un cip op-amp pentru o tensiune de alimentare de 200V este greu de găsit.

Există o schemă de modernizare gata făcută pe Internet.

Nici măcar nu are nevoie de o sursă externă de tensiune; doar adăugați un redresor cu condensatori de netezire la înfășurarea lămpii incandescente pentru a obține +-6,3V.

http://www.irls.narod.ru/izm/osc/oscpr01.htm

Multumesc pentru raspuns!
Nu sunt atât de puternic în proiectarea circuitelor osciloscoapelor, deși mi-a venit ideea de a folosi tubul LO247 al acestui osciloscop pentru a-l converti într-un circuit tranzistor, dar în acest moment am nevoie de acest osciloscop la lucru, avem mai multe aparate de sudat semi-automate, cum ar fi VDU 506 și 1201 și nu există nicio cale fără un osciloscop. În curând mă gândesc la lipirea plăcii oscilografului de design radio DSO-138, dacă este lansat cu succes, s-ar putea să mă ocup de reconstrucția LO-70, dar baza elementului este foarte strânsă, unele componente radio utilizate în; circuitele de conversie pur și simplu nu pot fi achiziționate de la noi.
Încă ați folosit Analog Device, de ce nu ați părăsit 318? și este necesar să reglați circuitul pentru acest MS?
Multumesc din nou.

Editat la 2016-08-14 17:28 (UTC)

Am scris că este mai rapid, dar este foarte scump. Pentru a corecta, trebuie doar să eliminați condensatorii de 10pF, totul rămâne la fel. Picioarele lor se potrivesc.

Am folosit lm318 pentru lucru, funcționează și.

Pentru DSO-138, nu văd niciun rost să folosesc o astfel de sondă, deoarece are o singură intrare.

Atunci îmi cer scuze - poate că am înțeles greșit, sonda diferențială este conectată la un osciloscop cu un singur fascicul sau la unul cu două fascicule? Conform diagramei mi se pare că la pinul 6 al LM318 MS există o ieșire susținută la masă cu un rezistor de 2k4, poate este necesar să se facă două dispozitive. Îmi pare rău.
Cu uv. Dmitri

Diff. Sonda poate fi conectată la orice osciloscop, diferă de cel obișnuit doar prin rezistența ridicată a terminalului „împământat”, care este de obicei cu un crocodil.

Concluzia este aceasta: dacă utilizați două sonde obișnuite și atașați crocodilii ambelor sonde la puncte cu tensiuni diferite, atunci un curent mare va curge prin acești crocodili, deoarece aceștia sunt combinați împreună în interiorul osciloscopului.

Pentru a preveni acest lucru, una dintre sonde trebuie înlocuită cu o sondă diferențială, în care ambele terminale au rezistență mare.

Poate fi util și dacă osciloscopul este împământat și este imposibil să scapi de împământare, atunci, în cazul testării unei alte instalații împământate, chiar și cu o singură sondă, curentul poate circula prin aligator. Dar acest lucru este deja exotic, deoarece puteți scăpa cu ușurință de împământare cu o bucată de bandă electrică.

DSO este alimentat de la baterie și are o singură intrare, așa că utilizați un diferențial. Sonda nu are sens în niciun caz.

Indiferent de clasa de dispozitive, pentru a analiza anumite semnale, este necesară aducerea semnalelor în studiu la intrările dispozitivelor. Foarte rar este posibil să se aducă sursele lor foarte aproape de intrările osciloscoapelor și analizoarelor. Ele sunt adesea situate la o distanță de o fracțiune de metru până la câțiva metri. Aceasta înseamnă că sunt necesare dispozitive speciale de potrivire, conectate între sursele de semnal și intrările osciloscopului și analizoarelor.
De obicei, sondele sunt utilizate în următoarele scopuri importante:

• conectarea la distanță a osciloscopului la obiectul de studiu;
• reducerea sensibilității canalelor de deviere verticale (uneori orizontale) și studierea semnalelor de nivel înalt (sonde pasive);
• decuplarea circuitelor de măsurare de la unitățile de osciloscop (sonde optice);
• atenuare mare a semnalului și cercetare a semnalului în circuite de înaltă tensiune (sonde de înaltă tensiune);
• creșterea rezistenței de intrare și scăderea capacității de intrare (divizoare compensate și sonde repetoare);
• corectarea răspunsului amplitudine-frecvență a sistemului sondă-osciloscop;
• obtinerea de oscilograme curente (sonde de curent);
• selectarea semnalelor antifază și suprimarea semnalelor de mod comun (sonde diferențiale);
• creșterea sensibilității osciloscoapelor (sonde active);
• scopuri speciale (de exemplu, potrivirea ieșirilor surselor de semnal de bandă largă cu intrarea de 50 ohmi a unui osciloscop).

Este destul de evident că rolul sondelor este foarte important și uneori nu este cu nimic inferior importanței osciloscoapelor și analizoarelor în sine. Dar, adesea, rolul sondelor este subestimat și aceasta este o greșeală gravă pentru utilizatorii începători ai acestor dispozitive. Mai jos sunt principalele tipuri de sonde și alte accesorii pentru osciloscoape, analizoare de spectru, analizoare de semnal și analizoare logice.

Sonde bazate pe divizor compensat

Cel mai simplu și mai folosit tip de sonde sunt sondele pasive cu un divizor de tensiune compensat - Fig. 5.1. Divizorul de tensiune este construit pe rezistențele R1 și R2, iar R2 poate fi pur și simplu rezistența de intrare a osciloscopului.

Orez. 5.1. Circuit divizor compensat

Parametrii divizorului DC sunt calculați folosind formulele:

De exemplu, dacă R2 = 1 MOhm și R1 = 9 MOhm, atunci are RВХ = 10 MOhm și KD = 1/10. Astfel, rezistența de intrare este crescută de 10 ori, dar nivelul de tensiune furnizat la intrarea osciloscopului scade și el de 10 ori.

În cazul general (pe curent alternativ) pentru coeficientul de transmisie divizor, puteți scrie expresia (τ1= R1C1 și τ2= C2R2):

. (5.3)

Astfel, dacă constantele de timp τ1 și τ2 sunt egale, coeficientul de transfer al divizorului încetează să mai depindă de frecvență și este egal cu valoarea sa la curent continuu. Un astfel de divizor se numește compensat. Capacitatea C2 este capacitatea totală a cablului, a montajului și a capacității de intrare a osciloscopului. În practică, pentru a atinge condiția de compensare, capacitatea C1 (sau C2) trebuie ajustată, de exemplu, utilizând un trimmer cu condensator variabil - trimmer (vezi Fig. 5.2.). Reglarea se realizează cu o șurubelniță specială din plastic inclusă în kitul de accesorii pentru sondă. Include diverse sfaturi, adaptoare, autocolante colorate și alte lucruri mici utile.

Orez. 5.2. Design de sondă pasivă standard HP-9250 bazat pe un divizor compensat de frecvență

Când este compensat, nu există nicio distorsiune a pulsului dreptunghiular (meadru), creată de obicei de calibratorul încorporat în osciloscop (vezi Fig. 5.3). Când vârful pulsului scade, se observă o subcompensare, iar când acesta crește, se observă o supracompensare. Natura oscilogramelor este prezentată și în Fig. 3 (luat cu un osciloscop TDS 2024 cu o sondă P2200). Se recomandă efectuarea compensării cu cea mai mare imagine posibilă a oscilogramei canalului corespunzător.

Orez. 5.3. Oscilogramele calibratorului de osciloscop Tektronix TDS 2024 impulsuri la diferite grade de compensare (de sus în jos): compensare normală, supracompensare și subcompensare

Când lucrați cu un osciloscop multicanal, ar trebui să utilizați sonde individual pentru fiecare canal. Pentru a face acest lucru, acestea trebuie marcate (dacă acest lucru nu a fost deja făcut din fabrică) cu autocolante de diferite culori, corespunzătoare de obicei culorilor liniilor oscilogramei. Dacă nu respectați această regulă, atunci din cauza variației inevitabile a capacităților de intrare ale fiecărui canal, compensarea va fi inexactă.

Pentru un divizor 1:10, rezistorul R1 ar trebui să fie egal cu 9R2. Aceasta înseamnă că capacitatea C1 trebuie să fie de 9 ori mai mică decât capacitatea de intrare C2. Capacitatea de intrare a divizorului este determinată de conexiunea în serie a C1 și C2:

(5.4)

Valoarea aproximativă este valabilă pentru KD»1 și C1«C2. La KD =10, capacitatea de intrare a divizorului este de aproape 10 ori mai mică decât capacitatea de intrare a osciloscopului. Trebuie amintit că C2 include nu numai capacitatea reală de intrare a osciloscopului, dar și capacitatea lui C1 este crescută cu cantitatea capacității de montare. Prin urmare, de fapt, scăderea capacității de intrare a divizorului în comparație cu capacitatea de intrare a osciloscopului nu va fi atât de vizibilă. Cu toate acestea, tocmai acest lucru explică reducerea semnificativă a distorsiunii fronturilor de impuls atunci când se lucrează cu un divizor.

Creșterea componentei active a rezistenței de intrare a divizorului nu este întotdeauna utilă, deoarece duce, de asemenea, la o modificare a sarcinii dispozitivului testat și se obțin rezultate diferite în absența unui divizor și atunci când îl utilizați. Prin urmare, divizoarele sunt adesea proiectate astfel încât impedanța de intrare a osciloscopului să rămână neschimbată atât atunci când se lucrează fără un divizor, cât și când se lucrează cu acesta. În acest caz, divizorul nu crește impedanța de intrare a osciloscopului, dar reduce totuși capacitatea de intrare.

Cresterea nivelului semnalelor studiate

Tensiunea maximă la intrarea osciloscopului este determinată de produsul dintre numărul de diviziuni ale grilei sale de scară cu coeficientul de abatere verticală. De exemplu, dacă numărul de diviziuni ale reticulelor este 10, iar factorul de abatere este de 5 V/div, atunci oscilația totală a tensiunii la intrare este de 50 V. Acest lucru nu este adesea suficient pentru a studia semnale chiar și la niveluri moderat ridicate - peste zeci de volți.

Majoritatea sondelor vă permit să creșteți tensiunea maximă de testare la curent continuu și frecvență joasă de la zeci de V la 500-600 V. Cu toate acestea, la frecvențe înalte, puterea reactivă (și puterea activă eliberată la pierderea rezistenței condensatoarelor sondei) crește brusc și este necesară reducerea tensiunii maxime la intrarea sondei - Fig.5.4. Dacă nu țineți cont de această circumstanță, puteți pur și simplu să ardeți proba!

Orez. 5.4. Dependența tensiunii maxime la intrarea sondei de frecvență

Tensiunea maximă de intrare a sondei nu trebuie niciodată depășită la frecvențe înalte ale semnalului. Acest lucru poate cauza supraîncălzirea și defectarea sondei.

Un tip de sondă pasivă este sonda de înaltă tensiune. Ele au de obicei un raport de divizare de 1/100 sau 1/1000 și o impedanță de intrare de 10 sau 100 MΩ. Rezistoarele de divizare a sondei de putere redusă pot rezista, de obicei, la tensiuni de până la 500-600 V fără defecțiuni. Prin urmare, în sondele de înaltă tensiune, rezistența R1 (și condensatorul C1) trebuie realizate folosind componente conectate în serie. Acest lucru mărește dimensiunea capului de măsurare al sondei.

O vedere a sondei de înaltă tensiune Tektronix P6015A este prezentată în Fig. 5.5. Sonda are un corp bine izolat, cu un inel proeminent care împiedică alunecarea degetelor în circuitul a cărui formă de undă de tensiune este înregistrată. Sonda poate fi utilizată la tensiuni de până la 20 kV la curent continuu și până la 40 kV la impulsuri cu ciclu de lucru ridicat. Gama de frecvență a unui osciloscop cu o astfel de sondă este limitată la 75 MHz, ceea ce este mai mult decât suficient pentru măsurători în circuite de înaltă tensiune.

Orez. 5.5. Aspectul sondei de înaltă tensiune Tektronix P6015A

Când lucrați cu sonde de înaltă tensiune, trebuie luate cele mai mari precauții posibile. Mai întâi conectați firul de împământare și abia apoi conectați acul sondei la punctul în care doriți să obțineți o formă de undă de tensiune. Se recomandă să fixați sonda și, în general, să vă îndepărtați mâinile de pe ea atunci când efectuați măsurători.

Sondele de înaltă tensiune sunt disponibile atât pentru osciloscoapele digitale, cât și pentru cele analogice. De exemplu, sonda HV-P30 este disponibilă pentru osciloscoapele analogice cu bandă largă unice din seria ACK7000/8000 cu lățime de bandă de până la 50 MHz, raport de împărțire 1/100, tensiune sinusoidală de vârf de vârf la vârf de 30 kV și până la 40 kV tensiunea de vârf a impulsului. Impedanță de intrare a sondei 100 MΩ, capacitate de intrare 7 pF, lungime cablu 4 m, conector de ieșire BNC. O altă sondă HV-P60 1/2000 poate fi utilizată la tensiuni maxime de până la 60 kV pentru undă sinusoidală și până la 80 kV pentru semnal de impuls. Rezistența de intrare a sondei este de 1000 MΩ, capacitatea de intrare este de 5 pF. Seriozitatea acestor produse este demonstrată în mod elocvent de prețul lor ridicat - aproximativ 66.000 și 124.000 de ruble (conform listei de prețuri a companiei Elix).

Sonde cu corecție a răspunsului în frecvență

Sondele pasive sunt adesea folosite pentru a corecta răspunsul în frecvență al osciloscoapelor. Uneori, aceasta este o corecție menită să extindă banda de frecvență, dar mai des se rezolvă problema inversă - îngustarea benzii de frecvență pentru a reduce influența zgomotului la observarea semnalelor de nivel scăzut și eliminarea vârfurilor rapide pe marginile semnalelor pulsate.
Aceste sonde (P2200) sunt incluse cu osciloscoapele comerciale din seria Tektronix TDS 1000B/2000B. Aspectul lor este prezentat în Fig. 5.6.

Principalii parametri ai sondelor sunt prezentați în tabel. 5.1.

Tabelul 5.1. Parametrii de bază ai sondelor pasive P2200

Orez. 5.6. Sondă pasivă P2200 cu filtru trece-jos încorporat în poziția comutatorului divizat 1/10

De la masă 5.1 arată clar că utilizarea unei sonde cu un raport de diviziune de 1/1 este recomandabilă numai atunci când se studiază dispozitivele de joasă frecvență, când o bandă de frecvență de până la 6,5 ​​MHz este suficientă. În toate celelalte cazuri, este recomandabil să lucrați cu sonda la un raport de diviziune de 1/10. În acest caz, capacitatea de intrare este redusă de la 110 pF la aproximativ 15 pF, iar banda de frecvență este extinsă de la 6,5 ​​MHz la 200 MHz. Oscilogramele unei unde pătrate cu o frecvență de 10 MHz, prezentate în Fig. 5.7, ilustrează bine gradul de distorsiune al oscilogramelor la rapoarte de diviziune de 1/10 și 1/1. În ambele cazuri, a fost folosită o conexiune standard de sondă cu un vârf de interblocare și un fir lung de împământare (10 cm) cu o clemă crocodișcă. O undă pătrată cu un timp de creștere de 5 ns a fost obținută de la un generator Tektronix AFG 3101.

Orez. 5.7. Forme de undă de unde pătrate de 10 MHz folosind un osciloscop Tektronix TDS 2024B de 200 MHz cu sonde P2200 la rapoarte de diviziune 1/10 (forma de undă superioară) și 1/1 (forma de undă inferioară).

Este ușor de observat că, în ambele cazuri, oscilogramele semnalului observat (și pentru generatoarele AFG 3101 la o frecvență de 10 MHz este aproape de ideal și are vârfuri netede, fără un indiciu de „sunet”) sunt foarte distorsionate. Cu toate acestea, natura distorsiunii este diferită. Cu o poziție de divizor de 1/10, forma semnalului este aproape de un meandre și are fronturi de scurtă durată, dar este distorsionată de oscilațiile amortizate care apar din cauza inductanței unui fir lung de împământare - Fig. 8. Și în poziția divizor 1/1, oscilațiile amortizate au dispărut, dar o creștere semnificativă a constantei de timp a sistemului „sonda-osciloscop” a fost clar observată. Drept urmare, în loc de un meandru, se observă pulsuri din dinți de ferăstrău cu creștere și scădere exponențială.

Orez. 5.8. Schema de conectare a sondei la sarcina RL

Sondele cu corecție încorporată trebuie utilizate strict în scopul propus, ținând cont de diferența puternică a caracteristicilor de frecvență la diferite poziții ale divizorului de tensiune.

Contabilizarea parametrilor sondei

Prezentăm datele tipice ale circuitului în Fig. 5.8: rezistența internă a sursei de semnal Ri=50 Ohm, rezistența de sarcină RL>>Ri, rezistența de intrare a sondei RP=10 MOhm, capacitatea de intrare a sondei CP=15 pF. Cu astfel de date ale elementelor de circuit, acesta degenerează într-un circuit oscilator în serie care conține rezistența R≈Ri, inductanța firului de masă L≈LG (aproximativ 100-120 nH) și capacitatea C≈CP.

Dacă la intrarea unui astfel de circuit se aplică o scădere de tensiune ideală E, atunci dependența de timp a tensiunii la C (și intrarea osciloscopului) va arăta astfel:

(5.5)

Calculele arată că această dependență poate avea o depășire semnificativă la L mare și R mic, ceea ce este observat în oscilograma superioară din Fig. 5.7. La α/δ=1, această creștere nu este mai mare de 4% din amplitudinea diferenței, ceea ce este un indicator complet satisfăcător. Pentru a face acest lucru, valoarea L=LG trebuie aleasă egală cu:

De exemplu, dacă C=15 pF și R=50 Ohm, atunci L=19 nH. Pentru a reduce L la o astfel de valoare (de la ordinul tipic de 100-120 nH pentru un fir de împământare de 10 cm lungime), este necesar să scurtați firul de masă (eventual de semnal) la o lungime mai mică de 2 cm , scoateți duza din capul sondei și abandonați utilizarea firelor de împământare standard. Începutul sondei în acest caz va fi reprezentat de un ac de contact și o bandă de masă cilindrică (Fig. 5.9) cu inductanță scăzută.

Orez. 5.9. Cap de sondă cu vârful scos (stânga) și adaptor la conectorul coaxial (dreapta)

Eficacitatea măsurilor utilizate pentru combaterea soneriei este ilustrată în Fig. 5.10. Afișează forme de undă ale unei unde pătrate de 10 MHz când sonda este pornită normal și când sonda este pornită cu vârful scos și fără firul lung de împământare. Eliminarea aproape completă a proceselor oscilatorii amortizate evidente pe oscilograma inferioară este clar vizibilă. Mici fluctuații la partea superioară sunt asociate cu procesele de undă în cablul coaxial de conectare, care în astfel de sonde funcționează fără potrivire la ieșire, ceea ce dă naștere la reflexii de semnal.

Orez. 5.10. Oscilograme ale unei unde pătrate de 10 MHz când sonda este pornită în mod normal (forma de undă superioară) și pornită cu duza scoasă și fără un fir lung de împământare (forma de undă inferioară)

Pentru a obține oscilograme cu timpi de creștere extrem de scurti și „sunet”, trebuie luate măsuri pentru a minimiza inductanța circuitului măsurat: îndepărtarea vârfului sondei și conectarea sondei folosind un ac și o inserție cilindrică de împământare. Trebuie luate toate măsurile posibile pentru a reduce inductanța circuitului în care este observat semnalul.
Parametrii importanți ai sistemului sondă-osciloscop sunt timpul de creștere a sistemului (la nivelurile 0,1 și 0,9) și lățimea de bandă sau frecvența maximă (la nivelul de declinare a sensibilității de 3 dB). Dacă folosim valoarea cunoscută a frecvenței de rezonanță a circuitului

, (5.7)
atunci putem exprima valoarea lui R prin frecvența de rezonanță a circuitului, care determină frecvența limită a căii sistemului de deviere:

. (5.8)
Este ușor de demonstrat că timpul în care tensiunea u(t) atinge valoarea E a amplitudinii căderii va fi egal cu:

. (5.10)

Această valoare este de obicei luată ca timp de stabilire a sondei cu răspuns tranzitoriu optim. Timpul total de creștere al unui osciloscop cu o sondă poate fi estimat astfel:

, (5.11)
unde tosc este timpul de creștere al osciloscopului (când un semnal este aplicat direct la intrarea canalului corespunzător). Frecvența limită superioară fmax (care este și banda de frecvență) este definită ca

. (5.12).
De exemplu, un osciloscop cu t0=1 ns are fmax=350 MHz. Uneori, multiplicatorul de 0,35 este crescut la 0,4-0,45, deoarece răspunsul în frecvență al multor osciloscoape moderne cu fmax>1 GHz diferă de cel gaussian, care se caracterizează printr-un multiplicator de 0,35.

Nu uitați de un alt parametru important al sondelor - timpul de întârziere a semnalului tз. Acest timp este determinat, în primul rând, de timpul de întârziere liniar (pe 1 m lungime cablu) și lungimea cablului. De obicei variază de la unități la zeci de ns. Pentru a preveni ca întârzierea să afecteze poziția relativă a oscilogramelor pe ecranul unui osciloscop multicanal, trebuie să utilizați sonde de același tip cu cabluri de aceeași lungime pe toate canalele.

Conectarea sondelor la sursele de semnal

Conectarea sondelor la punctele dorite ale dispozitivelor studiate se poate face folosind diferite vârfuri, duze, cârlige și „micro-crocodili”, care sunt adesea incluse în kitul de accesorii pentru sondă. Cu toate acestea, cel mai adesea cele mai precise măsurători se fac atunci când se conectează folosind acul sondei primare - vezi fig. 5.11 sau două ace. Atunci când se dezvoltă dispozitive de înaltă frecvență și cu pulsații pe o placă de circuit imprimat, în acest scop sunt prevăzute plăcuțe speciale de contact sau găuri metalizate.

Orez. 5.11. Conectarea sondei la plăcuțele de contact ale plăcii de circuit imprimat a dispozitivului testat

Este deosebit de important în timpul nostru să conectați sondele la plăcuțele de contact ale plăcilor de circuite imprimate miniaturale, circuitelor integrate hibride și monolitice)