Ich habe viel darüber gelesen, wie Oszilloskope funktionieren und wie man Signale am besten dämpft, und dachte, der beste Weg, das zu lernen, besteht darin, mein eigenes einfaches Oszilloskop zu erstellen. Meine Designziele sind im Vergleich zu einem tatsächlichen Produkt recht bescheiden, aber ich strebe Genauigkeit und Qualität sowie Verständnis an.
Designkriterien:
DC - 1 MHz Bandbreite
1 MOhm und <= 25 pF Eingangsimpedanz
Einstellungen elektronisch gesteuert
+/- 10 % Abweichung von Eingang Z (Weniger ist besser, aber absolut nicht mehr!)
Ich habe einige Seiten online sowie Bücher gelesen. Diese Frage war praktisch und Grundlagen wie Sondeneinbauten sind gut zu wissen, aber der eigentliche Entwurfsakt ist eine entmutigende Aufgabe.
Ich habe Omron-Relais High End / Low End ausgewählt, da sie hervorragende Bewertungen haben und im Preis einigermaßen angemessen sind. Diese wählen den AC/DC-Eingang und wählen zwischen den Dämpfungsstufen. Ich habe mich für Double-Throw-Relais entschieden, da ich das Dämpfungsnetzwerk in Reihe schalten werde, sodass der ausfallsichere Modus die maximale Dämpfung ist und Sie die Dämpfungsnetzwerke deaktivieren, indem Sie ein Relais mit Strom versorgen und den Dämpfungszweig vollständig isolieren. (DPST auf jeder Seite des Filters).
Das Hauptproblem, das ich habe, ist, dass ich keinen entfernt stabilen Eingang Z über DC - 1 MHz erhalten kann. Tatsächlich habe ich bei einer bestimmten Frequenz eine Abweichung von 80,6%, was mein Setup unbrauchbar macht. Ich habe überlegt, einen JFET-Eingangspuffer anstelle von Dioden für den Eingangsspannungsschutz zu verwenden, aber schon vor der Schutzstufe ist mein Z überall.
Kann mir jemand einen Crashkurs oder einige Hinweise geben, wie zum Teufel Sie eine stabile Eingangsimpedanz über Frequenzen erreichen?
Ihr High-End-Relais erscheint mir übertrieben, wenn Ihre Bandbreite nur 1 MHz beträgt. Siehe (geschirmte) Reed-Relais . Wird auch günstiger.
1MHz ist keine sehr hohe Frequenz und 1M auch nicht
ein extrem hoher Wert, daher bin ich etwas überrascht zu lesen, dass Ihr Z "überall" ist. Der JFET-Eingangspuffer ist eine gute Idee. Es wird Ihnen eine sehr hohe Eingangsimpedanz geben; Der Eingangsoffsetstrom für einen gemeinsamen TL081 beträgt weniger als 200 pA, sodass die Impedanz und Skalierung einfach mit Widerstandsteilern gesteuert werden können.
Halten Sie die Leiterbahnen kurz und nicht zu nahe an benachbarten Leiterbahnen. Für den Eingangsschutz würde ich Dioden mit geringem Leckstrom verwenden , um die Eingangsspannung zwischen den Schienen zu klemmen.
Wenn das nicht hilft, erklären Sie genauer, was „überall“ genau bedeutet.
Zuerst sollten Sie den Eingang auf 1 MOhm bei DC einstellen, da alle Sonden bis zu 500 MHz so ausgelegt sind, dass sie im x10-Modus mit einem 1 MOhm-Eingang arbeiten. In Bezug auf den Widerstand haben Sie immer eine gewisse Streukapazität in den Dämpfungsgliedern / Relais / PCB und der Eingangskapazität des Verstärkers selbst. Selbst 15 pF (was für ein Oszilloskop ziemlich niedrig ist) ergibt ~ 10 k bei 1 MHz. Der ganze Grund, warum Oszilloskopsonden die Kompensationsschaltung haben, besteht darin, die Eingangskapazität eines Oszilloskopeingangs zu kompensieren.
Sie möchten einen Fet-Verstärker verwenden, da sonst der Vorspannungsstrom durch die 1 MOhm eine sehr schlechte Offset-Spannung verursacht. Analoge Geräte bieten eine Reihe netter 'Fast FET'-Opamps, die ihre Arbeit gut erledigen.
Mit Ragard to Clamping-Dioden sind sie eine schlechte Idee! Der Verstärker verfügt über interne ESD-Dioden. Sie müssen also nur einen Widerstand von angemessener Größe (~ 100 k) in Reihe mit dem Eingang schalten (nach 1 MOhm, um keinen Potenzialteiler zu bilden), um den Strom zu begrenzen. Sie können die 100k mit einer kleinen Kappe umgehen, wenn sie mit der Eingangskapazität des Operationsverstärkers einen signifikant niedrigen Frequenzpol bilden. Für den Fall von 1MHz bezweifle ich es.
Ich würde vorschlagen, sicherzustellen, dass die gesamte Masse unter allen Signalstiften des Operationsverstärkers und der Eingangsschaltung abgeschnitten wird, um die Streukapazität zu reduzieren.
Ich hoffe, das hilft
Nur zur Verstärkung - Die meisten Oszilloskopeingänge haben eine Impedanz von etwa 1 M // 20 pF. Dies bedeutet zwangsläufig, dass die Impedanz von 1 M bei DC bis zu 7,9 kOhm bei 1 MHz und 79 Ohm bei 100 MHz variiert. Alle elektrischen Leitungen haben Streukapazitäten, und sobald Widerstandsimpedanzen vorhanden sind, bauen Sie RC-Filter. Daher verwenden alle Oszilloskop-Frontends kapazitive Teiler parallel zu resistiven Teilern mit einer Frequenzweiche von resistiv zu kapazitiv im Bereich von 10 bis 30 kHz.
Zusätzlich, aber nicht weniger wichtig, ist das durch den Widerstand erzeugte thermische Rauschen. Er ist proportional zum Widerstand, daher erzeugt ein Widerstand mit hohem Wert viel thermisches Rauschen. Der parallele kapazitive Teiler schließt das hochfrequente Rauschen oberhalb der Übergangsfrequenz kurz.
Die meisten kapazitiven Teiler haben eine Gesamteingangskapazität von etwa 20 pF, um der standardmäßigen 10x-Sonde zu entsprechen (9 M//2,2 pF - die Kondensatoren der Serie 2,2 - 20 pF ergeben einen 10-fachen kapazitiven Teiler). Die meisten Relais haben eine Querkontaktkapazität von > 1 pF und eine Kontakt-zu-Spulen-Kapazität von > 2 pF, die im Vergleich zur Teilerkapazität erheblich sind. Sie müssen diese Kapazität bei höheren Frequenzen sorgfältig handhaben. Wie das obige Poster sagte, werden Klemmdioden nicht benötigt, wenn Sie den Eingangsstrom zum FET-Operationsverstärker auf weniger als 5 mA halten können. Ein Reihenwiderstand macht dies gut, mit einer Bypass-Kappe, um den RC zu überwinden, der mit der Eingangskapazität des Operationsverstärkers hergestellt wird. (Die Eingangskapazität und die Bypass-Kappe bilden im Wesentlichen einen weiteren kapazitiven Teiler).
Viel Glück mit Ihrem Projekt!
Frank
unaufmerksam