Zaloguj się
Wszystkie
6 stycznia 2020
1363
Opisywana sonda może być tanią alternatywą dla sond profesjonalnych. Niezbyt szerokie pasmo pozwala z powodzeniem badać magistrale różnicowe, takie jak RS485, RS422, CAN, DMX oraz (oczywiście przy zachowaniu odpowiedniej ostrożności) badać przebiegi w sterowanych fazowo obwodach 230V. Uruchomienie sondy nie jest proste i wymaga trochę cierpliwości. Teoretycznie, według autora pierwowzoru („Elektor” 9/2010) pasmo sondy osiąga 1MHz. Czy jest ono osiągalne w praktyce? Na to pytanie można znaleźć odpowiedź w artykule, bez potrzeby budowania urządzenia.
Sonda może oddać nieocenione usługi podczas uruchamiania wszelkich różnicowych linii transmisyjnych, dzięki czemu wystarczy jeden kanał oscyloskopu, a nie dwa. Ponadto napięcie wspólne linii może być stosunkowo wysokie bez wpływu na jakość oglądanego przebiegu. Kolejnym zastosowaniem jest badanie obwodów 230V w regulatorach fazowych. Wydawać by się mogło, że do tego wystarczy sonda wysokonapięciowa, ale ze względu na to, że przewód PE oscyloskopu jest najczęściej połączony z masą, użycie sondy wysokonapięciowej może powodować przedostawania się zakłóceń, spowodowaną różnicą w poziomach napięć linii PE i N, a złe podłączenie doprowadzić do zwarcia.
Opis układu - różnicowa sonda oscyloskopowa 1MHz
Schemat ideowy sondy pokazany jest na rysunku 1. Układ zasilany jest z zasilacza symetrycznego ±12...15V doprowadzonego do złącza J1. Diody D1 i D9 zabezpieczają układy scalone przed uszkodzeniem spowodowanym błędną polaryzacją napięcia zasilającego. C1, C2 filtrują napięcie zasilające podobnie jak C3 i C4. Napięcie zasilające U1 jest filtrowane z wykorzystaniem dolnoprzepustowego filtru RC zbudowanego z R6, C7 i R7, C8.
Badany przebieg trafia na dzielnik napięciowy złożony z rezystora 10MΩ i 51kΩ. Rezystor 10MΩ (można użyć 5MΩ, ograniczając maksymalne napięcie wejściowe sondy) musi być rezystorem wysokonapięciowym, można go też złożyć z pięciu rezystorów 2MΩ połączonych szeregowo. Na płytce przewidziano obie opcje. Trymery C6, C12 pozwalają na kompensację sondy dla przebiegów przemiennych. D2, D4, D7, D8 zabezpieczają wejścia wzmacniaczy przed zbyt wysokim napięciem. Bufory wzmacniacza różnicowego, o dużej rezystancji wejściowej zbudowanej na U1, umożliwiają ograniczenie pasma sondy do 500kHz za pomocą przełącznika S1. Wzmocnienie pierwszego stopnia ustalają rezystory sprzężenia zwrotnego R8, R11 i R13, D12. Wzmocnienie drugiego stopnia może być zmieniane przełącznikiem S2. Potencjometry w obwodzie sprzężenia zwrotnego pozwalają na kalibrację układu. Sygnał z wyjścia wzmacniacza, dopasowany rezystorem R17 do typowej impedancji kabla ekranowanego, jest wyprowadzony na złącze BNC J3. Obwód z tranzystorem T1 oraz diodami Zenera D2, D6 i diodą świecącą sygnalizują obecność napięcia zasilającego.
Montaż i uruchomienie różnicowej sondy oscyloskopowej 1MHz
Układ można zmontować na płytce drukowanej, której projekt pokazany jest na rysunku 2. Standardowo montujemy układ, zaczynając od elementów najmniejszych, a kończąc na największych. Fotografia 1 pokazuje model.
Sondę po zbudowaniu należy skalibrować. W pierwszym kroku wszystkie potencjometry ustawiamy w środkowe położenia, dotyczy to zwłaszcza P5. Następnie, po podaniu wymaganego napięcia zasilającego i podłączeniu wyjścia sondy do oscyloskopu, na wejście J2 należy podać przebieg prostokątny 1...10kHz o amplitudzie 10...20V, J3 zewrzeć z masą. Badając przebieg na wyjściu sondy, trymerem C6, skompensować wejście. Dla uzyskania poprawnego przebiegu konieczne może być skorygowanie wartości C5.
Rysunek 3 pokazuje oscylogram poprawnie skompensowanej sondy. Przebieg z rysunku 4 zobaczymy, gdy pojemność trymera jest zbyt mała, a z rysunku 5 – zbyt duża. Tę samą procedurę należy przeprowadzić dla wejścia J4.
W kolejnym kroku, ustawiając S2 w górnym (na schemacie) położeniu, regulujemy potencjometrem P1 sumaryczne wzmocnienie wzmacniaczy U1 i U2 na 50 (25 dla rezystorów wejściowych 5MΩ), co daje tłumienie sondy 200:1 (100:1 dla rezystorów wejściowych 5MΩ). Zmieniając położenie S2, potencjometrem P2 ustawiamy wzmocnienie 10 razy większe, co da tłumienie 10:1 (5:1). W kolejnym kroku, na oba wejścia sondy (J2 i J4) podajemy ten sam przebieg. Zależnie od położenia S1 potencjometrem P3 lub P4 doprowadzamy do jak najsilniejszego stłumienia przebiegu wejściowego. Ze względu na to, że regulacja tłumienia i wzmocnienia wzajemnie na siebie wpływają, regulację trzeba powtórzyć kilkakrotnie. Ze względu na pojemności układu i wpływ dłoni regulację najlepiej przeprowadzić po zamknięciu sondy w obudowie, przez otwory w niej wykonane, plastikowym wkrętakiem.
W prototypie nie udało się osiągnąć parametrów zadeklarowanych w „Elektorze” 9/2010. Na rysunkach 6...13 pokazano oscylogramy przebiegu sinusoidalnego i prostokątnego o wypełnieniu 70% dla 1, 10 i 100kHz. Wnioski pozostawiam do wyciągnięcia Czytelnikom. Można przyjąć, że sonda nadaje się do badania przebiegów do ok. 10kHz. Warto zaznaczyć, że dużym problemem było częste przesuwanie się poziomu zera, co wymagało korekty potencjometrem P5.
Płytka drukowana zaprojektowana jest do obudowy KM-80. Obudowę należy ekranować np. grafitem, jak pokazuje fotografia 2, lub samoprzylepną folią aluminiową. Trzeba zadbać o to, aby masa sondy była połączona z ekranem na obudowie, co widać na fotografii 3.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
