示波器的有源探头。方案、说明

示波器有源探头。无线电电子电气工程百科全书

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示波器在无线电业余爱好者的测量实验室中占有特殊的地位，因为它可以让您“看到”电子设备级联中发生的过程。但有时示波器的输入电路具有一定的电阻和电容，可能会给观察到的信号带来失真。这时，有源探头连接到示波器——一种匹配设备，其输入电路与示波器的输入电路相比具有明显更高的电阻和更低的电容。拟议的文章中描述了这样的探测器。

在[1]中，发表了关于在绝缘栅场效应晶体管上制作的低容量有源探针的描述。虽然探头设计用于处理相对较大幅度的信号（例如 CMOS 芯片电平），但它也可以用于检查小信号，因为现代示波器具有高灵敏度。

在KP305I场效应晶体管上制作的探头具有良好的频率特性。同时，这种晶体管的使用在探针的制造和使用时造成一定的限制。众所周知，晶体管的绝缘栅极很容易被静电或电源电压拾取损坏。此外，探头的电气特性很大程度上取决于所使用的晶体管的参数。

市售绝缘栅晶体管的范围较小，只有KP305系列的I组适合，可以从中选择合适参数的样本。制造多个具有不同特性的探针几乎是不可能的。在探针中使用具有 p-n 结形式的栅极的场效应晶体管可以消除上述限制。这种替代的可能性基于[2]中的出版物。具有这种栅极的大量生产的晶体管可以轻松选择具有必要参数的样本，以制造具有不同特性的探针。

所提出的探头的电路如图 1 所示。 1 - 它类似于[3]中给出的方案。探头是最简单的源极跟随器，其负载是电阻R1。电阻器R2、RXNUMX构成输入分压器。

示波器有源探头

在实际应用中，需要进行多种测量，不可能使一种探头“适用于所有场合”。因此，建议在常见的KP302AM晶体管和KPZ0Z系列上制作几个探头，并采用9V恒压供电。这些晶体管的频率特性比KP305稍差，因此，在它们上组装的探头特性较差。输入电容和漏极跟随器实际上由晶体管的通过电容决定，对于KP302，KPZ0Z大于KP305。此外，对于大输入信号，当栅极的 pn 结打开并且电流开始流过它时，晶体管可以处于正向偏置模式。对于晶体管来说，这种模式并不危险，因为电流受到电阻器 R1 的限制，但探头的输入电阻减小并变得等于电阻器 R1 的电阻。该表显示了几种探头的主要特性以及装配它们的晶体管的参数。这里Uzi.otc是晶体管的截止电压； Is.nach——初始漏极电流； Uo——无输入信号时探头输出端的恒定电压； Io——电压Uo下探头的电流消耗； +Umax 和 -Umax - 探头传输系数 (Kper) 从标称值降低至 0,7 水平时的最大和最小输入电压。

决定负输入电压区域工作范围的主要因素是晶体管的截止电压值。在正输入电压区域，可以通过增加探头电源电压来扩展工作范围。

上图。图 2 显示了电源电压为 9 V 和 15 V 时两个探针的传输特性。对于在具有大 lo 值的晶体管上制作的探针（图 2b），增加电源电压比使用具有小lo的晶体管（图2，A）。

示波器有源探头

电阻R3的选择是为了保证探头的动态特性。当电阻器的电阻较大时，“拉动”脉冲衰减的效果开始出现。任何探头的电源都可以是自主的，例如，通过 Korund 7D-0,125 类型的电池供电，但在大多数情况下，从所研究的设备为其供电很方便。

探头的安装是体积式的 - 无线电元件的结论是直接相互连接的（图 3）。如果探头要同时处理大振幅和小振幅信号，建议将其部件放置在屏蔽中以防止干扰，该屏蔽可以由适当直径的电缆的金属编织物制成。使用同轴电缆或最小允许长度（根据探头的工作条件）的屏蔽线将探头连接到示波器。

示波器有源探头

探头中使用了 MLT-0,125 电阻。 22 MΩ 电阻器（在某些情况下）尺寸较小，类似于电子手表中使用的电阻器。电容器 C1 - 相同的微型电容器或自制电容器，直接在电阻器 R1 上制作。为此，电阻器用一层介电薄膜（最好是氟塑料）包裹，并在上面放置一条同轴电缆的屏蔽编织层，然后根据方案将其焊接到电阻器 R1 的右侧输出端。 PEV 线 0,15 ... 0,35 的末端焊接到该电阻器的左侧端子，并将该线缠绕到位于电阻器上方的屏幕上。

通过改变导线的匝数来调整电容器的电容 - 探头设置实际上已减少到此操作。您需要一个矩形脉冲发生器，以 2 ... 5 kHz 的重复频率提供 1 ... 10 V 的输出信号幅度。施加到探头输入端的校准脉冲必须具有陡峭的边缘。通过改变电容器的电容，可以在示波器屏幕上实现陡峭前沿和脉冲衰减。在这种情况下，前沿浪涌的幅度不应超过脉冲幅度的10%。

文学

Grishin A. 示波器的有源探头。 - 广播，1988 年，第 12 期，p。 45.
Mezhlumyan A. 场效应晶体管的异常工作模式。 - 广播，1991 年，第 3 期，第 58 页61-XNUMX。

作者：D.Turchinsky，莫斯科

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