He estado leyendo mucho sobre cómo funcionan los osciloscopios y cómo atenuar mejor las señales y pensé que la mejor manera de aprender es crear mi propio osciloscopio simple. Mis objetivos de diseño son bastante modestos en comparación con un producto real, pero mi objetivo es la precisión y la calidad, así como la comprensión.
Criterios de diseño:
CC: ancho de banda de 1 MHz,
1 Mohm y <= 25 pF de impedancia de entrada
Ajustes controlados electrónicamente
+/- 10 % de variación desde la entrada Z (¡Menos es mejor, pero absolutamente nada más!)
He leído bastantes páginas en línea, así como libros. Esta pregunta fue útil y es bueno conocer conceptos básicos como el interior de la sonda , pero el acto real de diseño es una tarea desalentadora.
He seleccionado relés Omron High End / Low End porque tienen excelentes calificaciones y tienen un precio algo razonable. Estos seleccionarán la entrada de CA/CC y elegirán entre los niveles de atenuación. Elegí relés de doble tiro ya que pondré la red de atenuación en serie para que el modo a prueba de fallas sea la atenuación máxima y optará por las redes de atenuación alimentando un relé y aislando completamente la rama del atenuador. (DPST a cada lado del filtro).
El principal problema que tengo es que no puedo obtener una entrada Z remotamente estable a través de DC - 1MHz, de hecho, tengo una variación del 80.6% en alguna frecuencia que hace que mi configuración sea inútil. He considerado usar un búfer de entrada JFET en lugar de diodos para la protección del voltaje de entrada, pero incluso antes de la etapa de protección, mi Z está por todas partes.
¿Alguien puede darme un curso intensivo o algunos consejos sobre cómo diablos se logra una impedancia de entrada estable en todas las frecuencias?
Su relé de gama alta me parece excesivo si su ancho de banda es solo de 1MHz. Eche un vistazo a los relés de láminas (blindados) . Será más barato también.
1MHz no es una frecuencia muy alta, y tampoco lo es 1M
un valor extremadamente alto, por lo que estoy un poco sorprendido de leer que su Z está "por todas partes". El búfer de entrada JFET es una buena idea. Le dará una impedancia de entrada muy alta; la corriente de compensación de entrada para un TL081 común es inferior a 200 pA, por lo que puede controlar la impedancia y escalar fácilmente con divisores de resistencia.
Mantenga los trazos cortos y no demasiado cerca de los trazos adyacentes. Para la protección de entrada, usaría diodos de baja fuga para sujetar el voltaje de entrada entre los rieles.
Si esto no ayuda, explique con más detalle qué significa exactamente "por todas partes".
En primer lugar, debe hacer que la entrada sea de 1 Mohm en CC, ya que todas las sondas de hasta 500 MHz estarán diseñadas para funcionar en modo x10 con una entrada de 1 Mohm. En lo que respecta a la resistencia, siempre tendrá alguna capacitancia perdida en los attenators/relés/PCB y la capacitancia de entrada del propio amplificador. Incluso 15pF (que es bastante bajo para un osciloscopio) le dará ~10k @ 1MHz. La razón principal por la que las sondas de osciloscopio tienen el circuito de compensación es para compensar la capacitancia de entrada de una entrada de osciloscopio.
Desea usar un amplificador Fet; de lo contrario, la corriente de polarización a través de 1Mohm causará un voltaje de compensación muy malo. Los dispositivos analógicos hacen una variedad de agradables amplificadores operacionales 'Fast FET' que harán el trabajo muy bien.
Con respecto a los diodos de sujeción, ¡son una mala idea! El amplificador tendrá diodos ESD internos, por lo que todo lo que necesita hacer es colocar una resistencia de tamaño decente (~ 100 k) en serie con la entrada (después de 1 Mohm para no crear un divisor potencial) para limitar la corriente. Puede omitir los 100k con un límite pequeño si hace un polo de frecuencia significativamente baja con la capacitancia de entrada del amplificador operacional. Para el caso de 1MHz lo dudo.
Sugeriría asegurarse de que toda la conexión a tierra esté cortada debajo de cualquier pin de señal opamp y circuito de entrada para reducir la capacitancia parásita.
Espero que ayude
Solo para amplificar: la mayoría de las entradas del osciloscopio tienen una impedancia de 1M // 20 pF. Esto necesariamente significa que la impedancia varía de 1 M en CC a 7,9 kohm a 1 MHz y 79 ohm a 100 MHz. Todos los cables eléctricos tienen capacitancia parásita, y tan pronto como haya impedancias resistivas, estará construyendo filtros RC. Por lo tanto, todas las interfaces de los osciloscopios utilizan divisores capacitivos en paralelo con divisores resistivos con un cruce de resistivo a capacitivo en el rango de 10 a 30 kHz.
Además, pero no menos importante, está el ruido térmico generado por la resistencia. Es proporcional a la resistencia, por lo que una resistencia de alto valor generará mucho ruido térmico. El divisor capacitivo paralelo corta el ruido de alta frecuencia por encima de la frecuencia de cruce.
La mayoría de los divisores capacitivos tienen una capacitancia de entrada total de aproximadamente 20 pF para coincidir con la sonda estándar 10x (9M//2.2pF - los capacitores de la serie 2.2 - 20 pF forman un divisor capacitivo 10x). La mayoría de los relés tienen una capacitancia de contacto transversal de >1 pF y una capacitancia de contacto a bobina de >2pF, que son significativas en comparación con la capacitancia del divisor. Deberá administrar cuidadosamente esta capacitancia a frecuencias más altas. Como decía el póster anterior, no se necesitan diodos de sujeción si puede mantener la corriente de entrada al amplificador operacional FET a menos de 5 mA. Una resistencia en serie hace esto bien, con un límite de derivación para superar el RC hecho con la capacitancia de entrada de los amplificadores operacionales. (La capacitancia de entrada y la tapa de derivación esencialmente hacen otro divisor capacitivo).
¡Buena suerte con tu proyecto!
Franco
uMinded