В документе Hiscocks et al. описывает некоторые основы теории пробников осциллографа. Документ очень понятный и кажется последовательным. В частности, обратите внимание, что для него плохим парнем является параллельная емкость коаксиального кабеля и осциллографа, которую следует компенсировать путем добавления емкости, параллельной наконечнику пробника (таким образом, емкость наконечника увеличивается).
Затем приходит д. Смит с его методом создания пассивного зонда с частотой 1 ГГц. Во-первых, не совсем понятно, почему он оканчивает свой щуп сопротивлением 50 Ом: во избежание отражений, разве не достаточно, чтобы одна сторона щупа (то есть сторона осциллографа) была нагружена сопротивлением 50 Ом? Я предполагаю , что это должно убить еще больше отражений. Итак, пусть будет. Но что для меня странно, так это то, что он не учитывает ни ёмкость кабеля, ни ёмкость осциллографа. В частности, для него зверем, которого нужно убить, является емкость наконечника (так он увеличиваетпараллельная емкость кабеля), точная противоположность того, что говорит Хискокс в документе выше. Если бы этот человек был новичком, я бы сказал, что он не понимает, почему работает его щуп, и что он на самом деле увеличивает емкость жала своей медной фольгой. Но эй! этот человек — гуру исследований, опубликовавший несколько статей в разных журналах.
А теперь лучшее из лучшего, The Art of Electronics , 12,2 стр. 808: сделать высокоскоростной пассивный зонд? очень просто:
... и сделайте свой собственный, подключив последовательный резистор (нам нравится 950 Ом) к тонкому 50-омному коаксиальному кабелю (нам нравится RG-178); Вы временно припаиваете экран коаксиального кабеля к ближайшей земле, подключаете другой конец к осциллографу (установленному на вход 50 Ом) и вуаля — высокоскоростной 20-кратный зонд!
Если я правильно понимаю, резистор 950 Ом с характеристическим сопротивлением кабеля 50 Ом составляет резисторный делитель 1:20 (до сих пор все в порядке), но как насчет компенсации пробника и т. д.? Эм-м-м!
Может кто-нибудь сказать мне, что происходит?
Для датчиков с частотой 100 МГц и более медленных длина волны рассматриваемых сигналов достаточно длинна, поэтому кабель на самом деле не действует как линия передачи, а наконечник датчика в значительной степени напрямую «видит» входной импеданс осциллографа. Кроме того, импеданс пробника и входной импеданс осциллографа не соответствуют характеристическому импедансу кабеля. В данном случае емкость действительно главное, что нужно контролировать и компенсировать. Это описано в Hiscocks et al. документ.
На высоких частотах кабель действует как линия передачи, и наконечник зонда не воспринимает входной импеданс эндоскопа напрямую. Вместо этого наконечник пробника определяет волновое сопротивление кабеля. Обычно для высокочастотных пробников используются стандартные 50-омные радиочастотные методы проектирования. Все просто настраивается на 50 Ом — и вход осциллографа, и наконечник пробника.
Что касается разницы между д. кузнец и искусство электроники, они в основном пытаются делать более или менее одно и то же. д. Смит добавляет параллельное сопротивление к земле, чтобы сформировать одну сторону делителя напряжения, чтобы получить пробник ~ 40: 1. Это сопротивление 50 Ом появляется параллельно с кабелем 50 Ом для эквивалентного сопротивления 25 Ом. Затем он образует делитель напряжения с последовательным резистором 976 Ом. По-видимому, емкость наконечника его зонда достаточно высока, поэтому для получения плоской частотной характеристики потребовалась дополнительная компенсация. Обратите внимание, что этот резистор на самом деле не нужен в качестве согласующего резистора — если предположить, что другой конец линии (на осциллографе) правильно нагружен на 50 Ом, тогда не должно быть никаких отражений, возвращающихся обратно по кабелю, которые могли бы отражаться от несоответствие импеданса на головке датчика.
Искусство проектирования электроники делает то же самое, но только использует волновое сопротивление кабеля как одну сторону делителя напряжения. В сочетании с последовательным резистором на 950 Ом получается пробник 20:1. Это, вероятно, работает «достаточно хорошо» до достаточно высоких частот без дополнительной компенсации, если используется правильный резистор, но я предполагаю, что вы могли бы добиться большего, если добавили конденсатор подходящего размера на землю между резистором 950 Ом и коаксиальным кабелем. . Затухание искусства проектирования электроники также ниже, чем у d. Смита, что, вероятно, делает несоответствие емкости менее проблемой. В общем, я думаю, что искусство проектирования электроники на самом деле предназначено для того, чтобы быть быстрой и грязной техникой, которая достаточно хорошо работает для отладки, но может быть улучшена, если требуется больше точности.
Действительно, документ Хискокса довольно ясен: последовательное сопротивление 9 МОм в щупе, 1 МОм на землю в диапазоне. Добавьте конденсаторы параллельно, чтобы для высоких частот сохранялось соотношение 10:1. Все это имеет смысл.
Думаю, что хороший пробник 10:1, сделанный таким образом, может обеспечить полосу пропускания до 300 МГц.
Другие решения пытаются достичь более высокой BW (пропускной способности). Тогда первое ограничение, от которого нам нужно избавиться (по сравнению со стандартным пробником 10:1), — это кабель пробника. Кабель, используемый для датчиков 10:1, является ограничивающим фактором для BW. Нам нужно использовать кабель с высокой полосой пропускания, и они почти всегда имеют характеристическое сопротивление 50 Ом, как RG-178. Чтобы иметь возможность использовать эту полосу пропускания, кабель такой длины должен иметь оконечную нагрузку 50 Ом с обеих сторон. Это делает кабель линией передачи .
И D. Smith, и Arts of Electronics используют эту линию передачи в качестве основы. Обратите внимание, что согласующий резистор на 50 Ом обычно находится внутри осциллографа (вы должны изменить настройку на осциллографе), если у него нет такой настройки, вы должны каким-то образом добавить 50 Ом самостоятельно.
Для подключения к этой линии передачи 50 Ом оба используют резистор с дополнительным конденсатором. Искусство электроники, по-видимому, уже довольны полученным BW. Обратите внимание, как они в основном говорят о тех цифровых сигналах, которые имеют красивую форму!
Кроме того, поскольку линия передачи ведет себя как импеданс 50 Ом без большой емкости, вы не «увидите» всю емкость RG-178 на входе. Таким образом, вам понадобится только очень маленькая емкость на резисторе 950 Ом, чтобы получить правильную частотную компенсацию.
Компенсация щупа необходима, если у вас есть осциллограф с импедансом 1 МОм.
Когда импеданс прицела и кабеля совпадают, компенсировать нечего. Кабель представляет собой линию передачи, и индуктивность кабеля компенсирует влияние его емкости.
Причина, по которой большинство осциллографов не имеют проблем с сопротивлением 50 Ом, заключается в том, что они оказывают значительную нагрузку на измеряемую цепь, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы не вызвать нежелательную работу простым подключением пробника. с пробником с высоким импедансом вы можете исследовать цепь с меньшими помехами.
Смит заделывает оба конца своего коаксиального кабеля. Я не уверен, что он от этого получает, а затем ему нужно компенсировать емкость его заделки, я не уверен, что он что-то получает.
Книга «Искусство электроники» была проверена многими экспертами и пользуется уважением.
МайкТекс