Высокоомный щуп для осциллографа своими руками

Активный щуп для осциллографа

Входная емкость современных осциллографов составляет порядка 30. 50 пФ. При измерениях к ней добавляется емкость соединительного кабеля, и суммарная входная емкость достигает 100. 150 пФ. Это может привести к существенному искажению результатов измерений и неправильной настройке, например, фильтров-пробок выходных каскадов усилителей записи магнитофонов. Вот почему при проведении исследований в цепях, критичных к вносимой емкости измерительного прибора, необходимо применять специальные согласующие устройства, имеющие большое входное сопротивление и небольшую емкость.

Для большинства практических работ необходимы два основных вида устройств: для гармонических сигналов малой амплитуды (1. 50 мВ) с коэффициентом передачи К>1 и для сигналов большой амплитуды (до 10. 20 В), позволяющие передавать постоянную составляющую сигнала и имеющие коэффициент передачи К=0,2. 0,5.

Широкое распространение в последние годы быстродействующих аналоговых и цифровых микросхем, работающих при сравнительно больших напряжениях (ОУ широкого применения, микросхемы серии К561-до 15 В), выявило необходимость устройства, работающего в широком диапазоне напряжений с возможностью передачи постоянной составляющей сигнала.

Puc.1

Схема такого устройства в виде щупа приведена на рис. 1. Он выполнен по классической схеме истокового повторителя с использованием транзистора МОП-структуры и содержит минимальное количество деталей. Диапазон рабочих частот составляет О. 5 МГц. Питание осуществляется от любого источника тока напряжением 7. 15 В, например, аккумуляторной батареи 7Д-0,115-У1.1 или гальванических батарей «Крона», «Корунд». Входная емкость щупа — не более 4 пФ, входное сопротивление — не менее 3 МОм. Выходное напряжение при Uвх=0 co-ставляет 2,5 В. Диапазон входных напряжений в области отрицательных значений (до отсечки) — 7 В, в области положительных значений (до начала ограничения) составляет 13 В при Uпит=9В и 26В при Uпит=15В.

Коэффициент передачи в указанном диапазоне частот составляет 0,4.

Резисторы R1 и R2 образуют входной делитель напряжения, конденсатор С1 служит для частотной компенсации.

Ввиду значительного разброса параметров конкретных экземпляров транзисторов характеристики конструкций щупов также могут отличаться в основном по напряжению отсечки и коэффициенту передачи. Для получения максимального рабочего диапазона в области отрицательных значений входных напряжений необходимо применять транзисторы с максимальным (по абсолютной величине) напряжением отсечки. Автором был применен транзистор с Uзи oтc=4,2 В. Большинство транзисторов КП305И имеют меньшее значение Uзи отс, поэтому при необходимости напряжение отсечки щупа может быть увеличено путем уменьшения коэффициента передачи входного делителя, например, увеличив сопротивление резистора R1. Впрочем, для многих измерений, где требуется настройка по максимуму или минимуму напряжения, значение напряжения отсечки щупа не является существенным, поскольку настройку можно проводить по положительной полуволне сигнала.

Щуп собран в корпусе от фломастера. Монтаж объемный, без применения дополнительных конструктивных элементов. Выводы радиоэлементов соединены непосредственно между собой. Щуп подключают к осциллографу экранированным кабелем длиной не более 30 см.

В конструкции применены резисторы типа МЛТ-0,125. Конденсатор С1 конструктивный, его выполняют проводом ПЭВ диаметром 0,15. 0,35 мм. Провод нужно подпаять к левому (по схеме) выводу резистора R1 и намотать 12 витков на правый вывод. Подбор емкости производят изменением числа витков. По окончании настройки на полученном таким образом конденсаторе мелкозернистой шкуркой зачистить дорожку, залудить ее и пропаять тонким слоем (для устранения паразитной индуктивности).

Монтируя щуп, следует принимать меры по предупреждению пробоя полевого транзистора статическим электричеством и наводками от сети.

Настройка устройства заключается в калибровке для получения требуемого коэффициента передачи и подборе емкости конденсатора С1. Проведение калибровки потребует применения регулируемого источника постоянного тока и вольтметра. Подбором сопротивления резистора R1 устанавливают коэффициент передачи К=0,4 (или 0,5), при этом учитывают начальное напряжение смещения на выходе.

При подборе емкости конденсатора С1 необходим генератор прямоугольных импульсов с амплитудой сигнала на выходе 2. 10 В и частотой следования 1. 10 кГц. Для обеспечения крутых фронтов можно использовать триггерный делитель частоты, например, на микросхемах серий К155, К176, К561. Изменением емкости конденсатора С1 частотной компенсации добиваются получения на экране осциллографа прямоугольных импульсов без завала фронтов, амплитуда выбросов на фронтах должна быть не более 10 % от амплитуды импульсов. Слишком большая емкость вызывает значительные выбросы по фронтам, недостаточная — их затягивание.

На корпус изготовленной конструкции необходимо нанести надписи параметров устройства — входной емкости, сопротивления и коэффициента передачи.

При проведении измерений с отсчетом постоянной составляющей осциллограф необходимо скорректировать по уровню отсчета. Для этого следует замкнуть вход щупа и луч осциллографа установить на нулевую отметку.

Источник

САМОДЕЛЬНЫЙ ЩУП ДЛЯ ОСЦИЛЛОГРАФА

Самодельные осциллографы перестают быть редкостью по мере развития микроконтроллеров. И естественным образом возникает потребность в щупе для него. Желательно со встроенным делителем. Некоторые из возможных конструкций рассмотрены в данной статье.

Щуп собран на отрезке фольгированного стеклотестолита и помещен в металлическую трубку, выполняющую роль экрана. Чтобы не вызывать аварийных ситуаций, когда и если щуп падает на включенное испытуемое устройство, трубка покрыта термоусадкой. Без покрытия заготовка выглядит вот так:

Щуп в разобранном виде:

Конструкции могут быть разными. Просто нужно учитывать некоторые вещи:

• Если выполняете щуп без делителя, т.е. он не содержит в себе больших сопротивлений и переключателей, т.е. элементов подверженных электромагнитным наводкам, то целесообразно экранированный провод щупа протягивать до самой иглы. В этом случае дополнительная экранировка элементов вам не понадобится и щуп можно выполнять из любого диэлектрика. Например использовать один из щупов для тестера.
• Если в щупе выполнен делитель, то когда вы берете его в руки, вы неизбежно будете увеличивать наводки и помехи. Т.е. потребуется экранировка элементов делителя.

В моем случае соединение трубки с экраном (точнее с обратной стороной стеклотестолита) выполнено припаиванием пружинки на тектолит, которая и создает контакт между экраном и платой щупа.

В качестве иглы использовал «Папу» от разъема типа ШР. Но ее можно выполнить и из любого другого подходящего стержня. Разъем от ШР удобен тем, что его «Маму» можно впаять в зажим, который можно будет при необходимости надевать на щуп.

Подбор провода

Отдельного упоминания заслуживает подбор провода. Правильный провод выглядит так:

Миниджек 3,5 мм расположен рядом для масштаба

Правильный провод представляет из себя более-менее обычный экранированный провод, с одним существенным отличием – центральная жила у него одна. Очень тонкая и выполнена из стальной проволоки, а то и проволоки с высоким удельным сопротивлением. Почему именно так поясню немного позже.

Такой провод не сильно распространен и найти его достаточно непросто. В принципе, если вы не работаете с высокими частотами порядка десятка мегагерц, особой разницы, использовав обычный экранированный провод, вы можете и не ощутить. Встречал мнение, что на частотах ниже 3-5 МГц выбор провода не критичен. Ни подтвердить, ни опровергнуть не могу – нет практики на частотах выше 1 МГц. В каких случаях это может сказываться тоже скажу позже.

Самодельные осциллографы нечасто имеют полосу пропускания в несколько мегагерц, поэтому используйте тот провод, который найдете. Просто стремитесь подобрать такой, у которого центральные жилы потоньше и их поменьше. Встречал мнение, что центральная жила должна быть потолще, но это явно из серии «вредных советов». Малое сопротивление проводу осциллографа без надобности. Там токи в наноамперах.

И важно понимать, чем ниже собственная емкость изготовленного щупа, тем лучше. Это связано с тем, что когда вы подключаете щуп к исследуемому устройству, вы тем самым подключаете дополнительную емкость.

Если подключаете напрямую на выход логического элемента либо в ИБП, т.е. к достаточно мощному источнику сигнала, имеющему достаточно малое собственное сопротивление, то все будет отображаться нормально. Но если в цепи есть значительные сопротивления, то емкость щупа будет сильно искажать форму сигнала, т.к. будет заряжаться через это сопротивление. А это означает, что вы уже не будете уверены в достоверности осциллограммы. Т.е. чем ниже собственная емкость щупа, тем шире диапазон возможных применений вашего осциллографа.

Принципиальные схемы щупов

Собственно схема щупа, которую я применил, предельно проста:

Это делитель на 10 для осциллографа с входным сопротивлением 1 мегом. Сопротивление лучше составить из нескольких, соединенных последовательно. Переключатель просто замыкает напрямую добавочное сопротивление. А подстроечный конденсатор позволяет согласовать щуп с конкретным прибором.

Пожалуй вот более правильная схема, которую стоило бы рекомендовать:

Она явно лучше по допустимому напряжению, так как пробивное напряжение резисторов и конденсаторов СМД обычно принимают за 100 вольт. Встречал утверждения, что они выдерживают и 200-250 вольт. Не проверял. Но если вы исследуете достаточно высоковольтные цепи, стоит применить именно такую схему.

Я ее никогда не делал, рекомендаций по настройке (подбору конденсаторов С2, С3, С4) дать не могу.

Немного обещанной теории

Емкость прямо пропорциональна площади проводников и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Там еще есть коэффициент, но для нас это не важно сейчас.

Имеем два проводника. Центральная жила и экран провода. Расстояние между ними определяется диаметром провода. Площадь экрана сильно снизить не получится. Да и не надо. Остается снижать ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЖИЛЫ.

Т.е. снижать ее диаметр насколько это технически целесообразно без потери механической прочности.

Ну а чтобы повысить эту самую прочность при уменьшении диаметра надо выбрать материал попрочнее.

Провод можно представить так:

Распределенная емкость по длине провода. Ну а чем больше будет удельное сопротивление материала центральной жилы, тем меньшее влияние соседние участки (соседние емкости) будут оказывать друг на друга. Поэтому целесообразен провод с высоким удельным сопротивлением. По этой же самой причине нецелесообразно делать провод щупа слишком длинным.

Разъемы рассматривать не буду. Лишь скажу, что оптимальным для осциллографа считаю разъемы BNC. Они чаще всего и применяются. Миниджек, аудиоразъем я бы применять не рекомендовал (хотя сам применяю, в силу того, что не использую осциллограф в цепях со значительными напряжениями). Он опасен. Дернули провод при проведении исследований цепей с хорошим напряжением. Что происходит далее? А далее миниджек, скользя по гнезду, может вызвать замыкание. И даже если в силу разных причин ничего не произошло, на самом миниджеке будет присутствовать это напряжение. А если он упадет к вам на колени? А там открытый центральный контакт и земля рядом.

Лето, жарко, любите работать в трусах? Выбирайте BNC (не реклама). BNC тем и хорош. Его не выдернешь просто так. А даже если и случилось – он закрытый. Ничего опасного произойти не должно, то что в трусах, не пострадает))

Дополнительную информацию можно почерпнуть из цикла статей Входные узлы самодельных осциллографов. Так, теорией поутомлялись, теперь

Щуп № 2

Он хорош тем, что его можно вставить так:

Или вот так, ему безразлично, он свободно крутится.

Устроен он примерно так:

Единственное, что на нем еще будет сделано. Отверстие для выхода провода земли из щупа будет залито каплей термоклея, чтобы сложнее было вырвать его при случайном рывке и провод будет зафиксирован в рукоятке отрезком спички, заточенным под пологий клин.

Чтобы не оборвать и не открутить центральную жилу. Кстати это самый простой способ «лечить» дешевые китайские щупы для тестера, чтобы провод не отламывался от наконечника.

На что стоит обратить внимание: Экран доходит почти до самого наконечника. Не должно быть под пальцами значительного по площади открытого участка центральной жилы, иначе вы будете любоваться наводками с рук на дисплее ослика.

Специально для сайта Радиосхемы — Тришин А.О. Г. Комсомольск-на Амуре. Август 2018 г.

Форум по обсуждению материала САМОДЕЛЬНЫЙ ЩУП ДЛЯ ОСЦИЛЛОГРАФА

Схема простого кварцованного передатчика FM диапазона на мощность до 0,2 Вт, при питании от 12 В.

Самодельный 8-канальный PWM MOSFET LED Chaser на микроконтроллере 16F628A.

Описание нового Блютус протокола беспроводной связи — Bluetooth Mesh.

Источник

Вольтамперметр на PIC16F676 та 74HC595

Автор: studiotandem. Опубликовано в Измерения

Пристрій дозволяє:

— вимірювати напругу в діапазоні до 50V;
— вимірювати силу струму в діапазоні до 10А;
— вимірювати заряд в А*год;
— відображення на 3-х розрядному світлодіодному індикаторі.

Модернизация радиометра «Припять» РКС-20.03

Автор: Soir. Опубликовано в Измерения

Модернизация «Припять».

— управляющий контроллер ATMEGA128;
— дисплей ИЖЦ14-4/7;
— два счетчика СБМ-20;
— дополнительные датчики DS18B20 и DHT11.

Прибор для контроля заряда-разряда аккумулятора

Автор: Soir. Опубликовано в Измерения

Радиометр-дозиметр.

Автор: Айнцвайдрайченко. Опубликовано в Измерения

Хотелось соорудить универсальный прибор — универсальный в смысле функциональности, гибкости настроек и возможности адаптации к разным датчикам Гейгера и, похоже, получилось.
Прибор имеет 2 режима: дозиметр и радиометр.

Видео балун (0-50MHz — High Definition Receiver-Transmitter CVI/AND/TVI/CVBS).

Автор: Oto. Опубликовано в Измерения

Тема и идея не нова, в продаже таких готовых устройств полно

LCF-метр на ATMEGA8 и LCD1602

Автор: Soir. Опубликовано в Измерения

Прибор позволяет измерять:

— емкости в диапазоне от 0,1 пФ до 10000 мкФ;

— индуктивность в диапазоне от 0,1 мкГн до 100 Гн;

— частоту от 1 Гц до 4 МГц.

AVR-Transistortester & CLR2313 + Частотомер

Автор: с2. Опубликовано в Измерения

Еще одна схемка в помощь радиолюбителю, частотомер на PIC 16F628A, добавлен в прибор AVR-Transistortester & CLR2313 теперь 3в1 устройства работают на один ЖК индикатор, прибор по прежнему остается автономным, Как это сделано, далее в статье.

CLR2313 — измеритель ёмкостей, индуктивностей и сопротивлений

Автор: с2. Опубликовано в Измерения

Каждый радиолюбитель должен иметь, такой прибор, который может производить такие измерения

C 0.0 pF . >9999 мF
L 0.0 мH .

R 0.0 Ом . >9999 кОм

Цифровой манометр, МК Atmega8 – LED 2х3

Автор: с2. Опубликовано в Измерения

Цифровой манометр + термостат 2 в 1, давление на автомобильном датчике ММ393а и температура датчик NTC термистор 640-10k.

Статья обновлена программами, под назначение схемы;

1. вольтметр от 0.0 до 50.0 вольт, давление от 0.0 до 8.0 кг/см , канал давления с использованием корректировки экспонентой.
2. схема с применением температурного датчика DS18b20 и второй канал для давления

Универсальная схема для построения измерительных устройств, МК Atmega8 – LED 2х3.

Автор: Сергей. Опубликовано в Измерения

На основе этой базовой схемы, можно сделать несколько устройств для автоматики:

освещения, влажности, давления, термостата, вольтметра, амперметра, различные варианты комбинаций 2 в 1.

Схема измерителя на DHT22, BMP180 и MG135.

Автор: Сергей. Опубликовано в Измерения

Пользуясь дешевизной цифровых датчиков, нет проблем попробовать сделать, вариант любительского барометра, термометра с возможностью измерения влажности и качества окружающего воздуха.

Цифровой генератор на ATMEGA8

Автор: Soir. Опубликовано в Измерения

Еще один простой цифровой генератор, который п озволяет генерировать:

— сигналы разной формы с частотой до 64999 Гц;

— прямоугольные импульсы до 8 МГц

— видеосигнал, вертикальные полосы градации серого.

Самодельный щуп 100:1 для осциллографа.

Автор: Internet. Опубликовано в Измерения

Понадобился щуп для нескольких измерений в пределах 600 вольт, В комплекте стандартный 10:1 до 400 вольт.

Сигнализатор скрытой проводки E121.

Автор: Internet. Опубликовано в Измерения

Просверлить стену или просто забить гвоздь — риск повредить проводку, находящуюся под штукатуркой . Поможет сигнализатор скрытой проводки — небольшое, но очень полезное каждому хозяину устройство. Включаете его и ведёте вдоль стены. В месте залегания проводки сигнализатор подаёт соответствующий сигнал.

Автомобильный измеритель «МММетр».

Автор: с2. Опубликовано в Измерения

Радиолюбительская схема и программа.

— Вольтметр от 0.0 до 30.0 V

— Манометр от 0.0 до 10.0 кг/см

— Тахометр от 0 до 9999 об/мин

— Термометр -55 до +125 °С

AVR-Transistortester & CLR2313

Автор: с2. Опубликовано в Измерения

Два устройства в одном корпусе или экономим ЖКИ

Многофункциональный частотомер на PIC16F84A

Автор: с2. Опубликовано в Измерения

Частотомер на PIC16F84A , с изменением времени измерения (0,1; 1 и 10 с),

диапазон измерения частоты от 0,1 Гц.. далее в статье подробней

Два генератора частоты , К176ИЕ12 и ATiny2313

Автор: с2. Опубликовано в Измерения

В статье, пример двух простых схем генераторов, для получения образцового сигнала от 0.1Гц до 4мГц (частоты фиксировано)

Простой частотомер на PIC 16F628A

Автор: с2. Опубликовано в Измерения

Диапазон измерений от 1Гц. до 60мГц . Точность измерения и стабильность частоты достаточно высокие.

Частотомер, с индикатором RC-1602В(А), несложная схемка .

Измеритель активной мощности , многоканальный счетчик — ваттметр МК ATmega8.

Автор: с2. Опубликовано в Измерения

Измеритель активной потребляемой электрической мощности с высокой точностью, на основе специализированной микросхемы ADE775x, применяемой в современных электросчетчиках.

На основе ADE775x и плюс несложная схема на ATmega8, возможно создание прибора измеряющего активную потребляемую мощность, а также учет потреблённых киловатт часов от сети 220 вольт.

Источник