オシロスコープ用アクティブプローブ。スキーム、説明

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オシロスコープ用アクティブプローブ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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オシロスコープは、電子デバイスのカスケードで発生するプロセスを「見る」ことができるため、アマチュア無線家の測定実験室において特別な場所を占めています。しかし、オシロスコープの入力回路には一定の抵抗と静電容量があり、観測信号に歪みが生じる場合があります。次に、アクティブプローブがオシロスコープに接続されます。これは一種の整合デバイスであり、その入力回路はオシロスコープの入力回路と比較して大幅に高い抵抗と低い静電容量を持っています。このようなプローブについては、この記事で説明します。

[1] では、絶縁ゲートを備えた電界効果トランジスタ上で作成された低容量アクティブプローブの説明が公開されました。このプローブは、CMOS マイクロ回路レベルなどの比較的大きな振幅の信号を処理するように設計されていますが、小さな信号を研究するために使用することもできます。結局のところ、最新のオシロスコープは感度が高いためです。

プローブは電界効果トランジスタ KP305I で作られており、良好な周波数特性を持っています。同時に、このようなトランジスタを使用すると、プローブの製造時とプローブの操作時の両方に一定の制限が生じます。トランジスタの絶縁ゲートは静電気や主電源電圧の影響を受けやすいことが知られています。さらに、プローブの電気的特性は、使用されるトランジスタのパラメータによって主に決定されます。

工業的に生産される絶縁ゲート型トランジスタの種類は少なく、KP305 シリーズのグループ I のみが適しており、その中から適切なパラメータを持つサンプルを選択することができます。異なる特性を持つ複数のプローブを作成することはほとんど不可能です。プローブ内で pn 接合の形のゲートを備えた電界効果トランジスタを使用すると、前述の制限がなくなりました。このような置き換えの可能性は、[2] の出版物に基づいています。このようなゲートを使用して製造されるトランジスタの範囲が広いため、さまざまな特性を持つプローブを製造するために必要なパラメータを備えた試料を簡単に選択することができます。

提案したプローブの電気回路を図に示します。 1 - [1] に示されている図に似ています。プローブは単純なソースフォロアであり、その負荷は抵抗 R3 です。抵抗 R1、R2 は入力分圧器を形成します。

オシロスコープ用のアクティブプローブ

実際にはさまざまな測定を行う必要があり、302 つのプローブで「すべての状況に対応」することは不可能です。したがって、普及しているトランジスタ KP0AM および KPZ9Z シリーズで作られ、305 V の定電圧で駆動されるプローブをいくつか用意することをお勧めします。これらのトランジスタの周波数特性は KP302 の周波数特性よりも若干悪いため、これらのトランジスタにプローブを組み立てる必要があります。特性も劣ります。ドレインフォロワの入力容量は、実際にはトランジスタの通過容量によって決まりますが、KP0、KPZ305Zの場合はKP1よりも大きくなります。さらに、入力信号が大きい場合、ゲートの pn 接合が開いて電流が流れ始めると、トランジスタが順方向バイアスモードになる可能性があります。トランジスタの場合、電流は抵抗 R1 によって制限されるため、このモードは危険ではありませんが、プローブの入力抵抗は減少し、抵抗 R0,7 の抵抗と等しくなります。この表は、数種類のプローブの主な特性と、それらが組み込まれているトランジスタのパラメータを示しています。ここで、Uzi.otc はトランジスタのカットオフ電圧です。 Is.init - 初期ドレイン電流。 Uo - 入力信号がない場合のプローブ出力の定電圧。 Io - 電圧 Uo でのプローブ電流消費。 +Umax および -Umax - プローブの透過係数 (Kper) が公称値から XNUMX のレベルに低下する最大および最小の入力電圧。

負の入力電圧領域での動作範囲を決定する主な要因は、トランジスタのカットオフ電圧の値です。正の入力電圧の領域では、プローブの供給電圧を高めることで動作範囲を拡大できます。

図では、図 2 は、電源電圧 9 V と 15 V の 2 つのプローブの伝達特性を示しています。電源電圧を上げることは、lo 値が大きいトランジスタで作成されたプローブ (図 2b) の場合、トランジスタを使用する場合よりも効果的です。小さなloを持つトランジスタ(図XNUMX、A)。

オシロスコープ用のアクティブプローブ

抵抗器 R3 は、プローブの動的特性が確保されるような抵抗値で選択されます。抵抗器の抵抗が大きいと、パルスの減衰を「引き延ばす」効果が現れ始めます。プローブの電源は、たとえば、Korundum の 7D-0,125 タイプのバッテリーから自律的に供給できますが、ほとんどの場合、研究対象のデバイスから電源を供給するのが便利です。

プローブの設置は容積測定によるもので、無線要素の端子は互いに直接接続されます（図3）。プローブが大振幅信号と小振幅信号の両方で動作することを意図している場合、干渉から保護するために、適切な直径の金属編組ケーブルで作成できるスクリーン内にその部品を配置することをお勧めします。プローブは、（プローブの動作条件に応じて）最小許容長さの同軸ケーブルまたはシールド線を使用してオシロスコープに接続されます。

オシロスコープ用のアクティブプローブ

プローブは MLT-0,125 抵抗を使用します。抵抗値が 22MOhm (一部のコピー品) の抵抗器は、電子腕時計で使用されているような小型のものです。コンデンサ C1 も同じ小型または自家製で、抵抗 R1 上に直接作られています。これを行うには、抵抗器を誘電体フィルム (フッ素樹脂が望ましい) の層で包み、その上に同軸ケーブルのシールド編組を置き、図に従って抵抗器 R1 の右側の端子にはんだ付けします。 PEV 0,15...0,35 ワイヤの端はこの抵抗器の左端子にはんだ付けされ、ワイヤは抵抗器の上にあるスクリーンに巻き付けられます。

コンデンサの静電容量はワイヤの巻き数を変更することで調整されます。プローブの設定は実質的にこの操作に短縮されます。 2 ～ 5 kHz の繰り返し周波数で 1 ～ 10 V の出力信号振幅を提供する方形パルス発生器が必要です。プローブ入力に供給される校正パルスは急峻なエッジを持つ必要があります。コンデンサの静電容量を変更することにより、オシロスコープ画面上でパルスの急峻な立ち上がりと立ち下がりが表現されます。この場合、前線での放射の振幅はパルス振幅の 10% を超えてはなりません。

文学

Grishin A. オシロスコープ用のアクティブプローブ。 - ラジオ、1988 年、第 12 号、p. 45.
Mezhlumyan A. 電界効果トランジスタの異常な動作モード。 - ラジオ、1991 年、第 3 号、p. 58-61。

著者：D.Turchinsky、モスクワ

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