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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 오실로스코프용 연산 증폭기의 액티브 프로브입니다. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
높은 입력 임피던스, 낮은 입력 커패시턴스 및 낮은 출력 임피던스를 갖춘 광대역 증폭기는 다양한 애플리케이션에 사용됩니다. 한 가지 응용 분야는 오실로스코프 및 기타 측정 장비의 입력 프로브입니다. 이 기사에서 볼 수 있듯이 최신 아날로그 장치 연산 증폭기를 사용하면 간단한 방법으로 이 문제를 해결할 수 있습니다. 오실로스코프는 전기 신호의 다양한 매개변수를 측정하고 전자 장치 설정 절차를 크게 단순화할 수 있는 가장 다재다능한 장비 중 하나입니다. 어떤 경우에는 단순히 대체할 수 없습니다. 그러나 많은 사람들은 오실로스코프를 구성 중인 장치에 연결할 때 해당 모드가 위반되는 상황을 잘 알고 있습니다. 그 이유는 주로 오실로스코프 입력의 커패시턴스와 저항, 그리고 연구 중인 회로에 도입된 연결 케이블 때문입니다. 무선 아마추어가 사용하는 대부분의 오실로스코프는 높은 입력 임피던스(1MOhm)와 5~20pF의 입력 커패시턴스를 갖습니다. 약 100m 길이의 연결 차폐 입력 케이블과 결합하면 총 정전 용량이 100pF 이상으로 증가합니다. XNUMXkHz 이상의 주파수에서 작동하는 장치의 경우 이 정전용량은 측정 결과에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 단점을 제거하기 위해 무선 아마추어는 차폐되지 않은 와이어(신호 레벨이 충분히 큰 경우) 또는 일반적으로 전계 효과 트랜지스터로 만들어진 높은 입력 임피던스의 증폭기를 포함하는 특수 활성 프로브를 사용합니다[1-3]. 이러한 프로브를 사용하면 장치에 도입되는 정전용량의 양이 크게 줄어듭니다. 그러나 이들 중 일부는 이득이 낮거나 출력에서 레벨 시프트가 존재하여 DC 전압을 측정하기 어렵다는 단점이 있습니다. 또한 작동 주파수 범위(최대 5MHz)가 좁아 사용이 제한되고 짧은 연결 케이블이 필요합니다. [2]에 설명된 프로브에는 약간 더 나은 매개변수가 있습니다. 이러한 모든 프로브는 입력 임피던스가 높은 오실로스코프에서도 효과적으로 작동할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 현재 최대 100MHz 이상의 작동 주파수 범위와 50Ω의 낮은 입력 임피던스를 갖는 광대역 오실로스코프가 점점 더 널리 보급되고 있으므로 이를 맞춤형 장치에 연결하는 것이 거의 불가능한 경우가 많습니다. 이들 모두에 능동 프로브가 장착되어 있는 것은 아니며, 저항성 분배기를 사용하면 감도가 눈에 띄게 감소합니다. 설명이 독자의 관심을 끄는 능동 프로브에는 이러한 단점이 없습니다. 입력 임피던스가 낮은 임피던스(50Ω) 또는 높은 임피던스(최대 1MOhm)일 수 있고 작동 주파수 범위가 0~80MHz이고 저주파에서 상당히 높은 입력 임피던스를 갖는 다양한 오실로스코프와 함께 작동합니다. - 100kΩ. 투과 계수는 1 또는 10입니다. 이는 신호를 약화시킬 뿐만 아니라 강화시킵니다. 프로브의 장점은 작은 크기에 있습니다. 이러한 매개변수는 Analog Devices의 최신 고속 연산 증폭기를 사용하여 달성되었습니다. 특히 이 프로브는 다음과 같은 주요 특성을 갖는 AD812AN 연산 증폭기를 사용합니다. 상위 작동 주파수 - 최소 100MHz; 입력 저항 - 입력 커패시턴스가 15pF인 1,7MOhm; 입력 전압 - 최대 +13,5V, 출력 전압 상승률 - 1600V/μs 출력 전류 (15 Ohms의 출력 저항) - 최대 50 mA; 입력 신호가 없을 때의 전류 소비는 6mA입니다. 또한 연산 증폭기는 낮은 수준의 고조파(90MHz 주파수 및 1kΩ 부하에서 -1dB) 및 낮은 잡음 수준(3,5nV/^Hz), K3로부터 보호(전류는 다음으로 제한됨)를 갖습니다. 100mA), 작은 케이스에서 소비되는 전력은 상당히 큽니다 - 1W. 여기에 이러한 매개변수를 갖는 두 개의 연산 증폭기를 포함하는 마이크로 회로의 가격이 상대적으로 낮다는 점을 추가해야 합니다($3...4). 능동 프로브의 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 1. 기본적으로 표준 연산 증폭기 연결 회로에 해당합니다. 전달 계수 KU는 피드백 회로의 SA1 요소를 전환하여 변경되며 10과 2의 두 가지 값을 갖습니다. 스위치 SA1는 작동 모드를 선택합니다. 입력에서 커패시터 CXNUMX이 켜지고 정전압이 "닫힌" 입력인 경우 구성 요소가 입력으로 전달되지 않거나 통과할 때 "열린" 입구가 있습니다.
다양한 전송률에 대해 저항이 50Ω인 부하에서 작동할 때 프로브의 주파수 응답은 약간 다릅니다. Ku=1의 경우 20~25MHz의 주파수에서 약간 상승(최대 20~45%)하고 0,7~70MHz의 주파수에서 80 수준으로 감소하고 0,3 수준으로 감소합니다. 100MHz에서. Ku=10인 경우 주파수 응답은 20MHz까지 평탄하다가 7MHz에서는 40까지 완만하게 떨어지고, 100MHz에서는 3으로 감소합니다. 1m 길이의 고주파 케이블을 통해 입력 저항(일반적으로 Rin = 1MOhm)이 높은 오실로스코프 또는 주파수 측정기에 프로브를 연결하면 연산 증폭기의 최대 출력 전압의 진폭은 12V에 도달합니다(Upit에서). = +15 V) 최대 10~15MHz의 주파수에서는 3~30MHz의 주파수에서는 40V로 부드럽게 감소합니다. 프로브가 오실로스코프의 저저항 입력(Rin = 50Ω)에 로드되면 최대 출력 전압은 최대 4MHz의 주파수에서 1V이고 주파수 0,5~30MHz에서 40V로 감소합니다. 증폭 모드가 있으면 오실로스코프 화면에서 구간당 10mV의 감도로 200~300μV 진폭의 입력 신호를 관찰할 수 있다는 점에 특히 유의해야 합니다. 상대적으로 작은 저항 R3(100kOhm)이 증폭기 입력에 설치됩니다. 이는 연산 증폭기의 입력 전류가 µA의 일부이고 출력에서 DC 전압 레벨의 바이어스가 이 경우 Ku = 50에서 약 1mV이거나 Ku = 500에서 10mV이기 때문에 수행되었습니다. 증가 이 저항에서는 그에 상응하는 바이어스 증가가 발생합니다. 광대역 신호 측정 사례에서 알 수 있듯이 약 100kOhm의 프로브 입력 저항이면 충분합니다. R1을 적절하게 변경하여 이를 3MOhm으로 늘릴 수 있지만 이렇게 하면 위에 표시된 결과가 발생합니다. 고주파수에서는 입력 저항이 더 작고 주로 용량성이지만 고주파수에서는 고저항 회로가 드물기 때문에 이는 측정 절차에 영향을 미치지 않습니다. 디자인에 대해. 대부분의 프로브 부품은 양면 포일 유리 섬유로 만들어진 인쇄 회로 기판에 배치되며 그 스케치는 그림 2에 나와 있습니다. 2. 한쪽에는 연산 증폭기와 모든 저항이 배치되고 두 번째에는 커패시터 C5-C1가 배치됩니다. 장착 측면 사이의 연결은 보드의 구멍을 통한 도체를 통해 이루어집니다. 스위치는 프로브 본체에 설치되고 커패시터 C1은 SAXNUMX에 직접 설치됩니다.
프로브 본체(그림 3)는 금속 케이스에 삽입되는 플라스틱 튜브 1(직경 약 18mm의 펠트 펜)로 구성됩니다. 2. 튜브 내부에는 보드 3이 있습니다. 스위치 SA1 및 SA2(4 및 5)가 장착됩니다. 연결 및 전원선 - 6 - 은 튜브 바닥을 통해 나옵니다. 보드의 공통선은 케이싱에 연결되고, 금속 핀 X1 - 7 용 전선은 그 구멍을 통해 나옵니다. 모든 내부 연결은 최소 길이의 전선으로 이루어져야 하며, 외부 연결(전원 및 신호 회로)은 각각 차폐 케이블과 RF 케이블로 이루어져야 합니다.
두 개의 연산 증폭기 중 하나는 마이크로 회로에 사용되지 않으므로 해당 입력(핀 5 및 6)은 공통 와이어에 연결됩니다. 장치 설정은 입력 임피던스가 높은 오실로스코프를 사용하여 프로브를 작동할 때 저항 R10(SA10이 닫힌 상태)을 선택하여 1MHz 주파수에서 1으로 설정되는 필수 이득 설정으로 귀결됩니다. 낮은 임피던스 입력의 오실로스코프와 함께 프로브를 사용하는 경우 매칭 저항 R5에서 출력 신호의 일부가 억제됩니다. 따라서 저항 R6이 회로에 도입되고 저항을 선택하면(SA1 개방) 전송 계수가 1로 설정됩니다. SA1이 폐쇄(고감도 모드)되면 저항 R10을 선택하면 이득 계수가 1으로 설정됩니다. 이 장치는 저항 MLT, C2-10, C2-33, P1-12, KM 시리즈의 커패시터 C1-C3 또는 기타 소형 (K10-17, K10-47), C4, C5 - 그룹 K52 또는 이와 유사한 것을 사용합니다. . 동일한 회사의 광대역 연산 증폭기 AD812AR 또는 AD817AN, AD818AN을 사용할 수 있는데, 이는 주파수 대역(50MHz)이 더 작아서 가격이 저렴하지만 이를 사용하면 작동 주파수 대역도 감소합니다. 프로브에 전원을 공급하려면 출력 전압 %12...15V의 양극 안정화 전원 공급 장치가 필요합니다. 신호가 없는 경우 전류 소비는 10...15mA입니다. 낮은 임피던스 부하에서는 신호가 적용되면 전류가 100mA까지 증가할 수 있습니다. 문학
저자: I. Nechaev, 쿠르스크
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