АКТИВНЫЙ ЩУП

Как вы знаете из предыдущего разговора, активный щуп необходим для значитель­ного уменьшения входной ем­кости осциллографа (а точнее, входного щупа при осциллографических измерениях) и повы­шения его входного сопротивле­ния. Активным же щупом он называется потому, что собран на активных элементах тран­зисторах.

Предлагаемый активный щуп (рис. 110), разработанный спе­циально для нашего цикла кур­ским радиолюбителем И. Не­чаевым, рассчитан на работу в диапазоне частот 0...I5 МГц и обладает входным сопротивле­нием 6 МОм при входной ем­кости около 10 пФ. Если же к щупу подключают насадку-де­литель 1:10, входная емкость уменьшается до 2 пФ. Ампли­туда входного сигнала контро­лируемого с помощью активного щупа, не должна превышать 2 В, а с насадкой-делителем — 20 В. Если же щупом контролировать сигнал частотой ниже 5 МГц, предельная амплитуда может быть больше — до 8 В (с насад­кой-делителем— до 80 В).

На транзисторах VT1 — VT3 собран повторитель сигнала, обеспечивающий большое вход­ное сопротивление щупа и пере­дачу сигнала по коаксиальному кабелю ко входу осциллографа.

Питается активный щуп от двухполярного источника напря­жением по 12 В и потребляет 15 мА. Питание подается через разъем ХРЗ. Благодаря такому питанию выходное напряжение щупа при отсутствии входного сигнала равно нулю. Этого до­биваются подстроечным рези­стором R2. А нужный коэф­фициент передачи щупа (он должен быть точно 1) устана­вливают подбором резистора R4.

Входная вилка ХР1 исполь­зуется для подключения насадок (их две), а ХР2 представляет собой зажим «крокодил», соеди­няемый с щупом гибким мон­тажным проводом,— его под­ключают во время измерений к общему проводу конструкции.

Одна из насадок (1:1) самый обыкновенный переход­ник (рис. 111), соединяемый с помощью гнезда XS2 с вилкой ХР1 щупа. Вилкой же ХР5 ка­саются контролируемых точек конструкции. Вторая насадка (1:10) — компенсированный делитель входного сигнала. При работе с ней гнездо XS3 соеди­няют с вилкой ХР1, вилку X Р7 — с общим проводом, а вилкой ХР6 касаются исследуе­мых цепей.

Для питания щупа можно ис­пользовать батареи (правда, это менее удобно) или небольшой блок, собранный, например, по приведенной на рис. 112 схеме. 

Он состоит из понижающего трансформатора с переменным напряжением на вторичной об­мотке 10...11 В и двух одно- полупериодных выпрямителей со стабилизаторами напряже­ния. Один выпрямитель (на диоде VD1) рассчитан на полу­чение плюсового напряжения, другой — минусового (на диоде VD2). Через розетку XS4 пита­ние поступает на разъем ХРЗ щупа.

В щупе можно использовать, кроме указанных на схеме, тран­зисторы КПЗОЗА (VT1), KT36IA—КТ361Д (VT2), КТ315А— КТ315И, КТ312А КТ312В (VT3). Конденсато­ры — КД, КЛС, КМ; постоян­ные резисторы — МЛТ-0.125, или МЛТ-0,25, подстроечный R2 - СП5-16 или другой мало- габаритный. В блоке питания диоды могут быть любые выпря­мительные с обратным напря­жением не менее 35 В; тран­зисторы — любые другие мало­мощные соответствующей структуры, оксидные конденса­торы — любые малогабаритные, на номинальное напряжение не ниже указанного на схеме. Вместо стабилитронов Д814Д подойдут Д813.

Детали щупа, кроме выключателя SA1 и конденсатора С1, монтируют на печатной плате (рис. 113) из двустороннего фольгированного стеклотексто­лита.

 Затем плату (1 на рис. 114) устанавливают в ме­таллическом цилиндрическом корпусе 2 подходящих размеров, например в стаканчике из-под валидола. В Т-образный вырез платы впаивают латунный винт 3 (М2, М2,5). В дне стаканчика сверлят отверстие и выводят через него жгут 4 из проводни­ков питания и экранирован­ного провода выхода щупа. Дли­на жгута — 1... 1,5 м. Сбоку на стаканчике крепят малогабарит­ный выключатель, к контактам которого припаивают конденса­тор С1. Общий провод соединяют со стаканчиком, а через отверстие в боковой стенке ста­канчика выводят гибкий мон­тажный провод и припаивают его к зажиму «крокодил».

Первая насадка (1:1) выпол­нена на базе пластмассовой крышки 5 от флакона. В крышку вставляют стальную иглу 6 (это вилка ХР5), к которой при­паивают втулку 7 (гнездо XS2) с такой же резьбой, что и на винте 3. Иглу с втулкой фик­сируют в крышке эпоксидным клеем или шпаклевкой 8.

Аналогично выполнена и вто­рая насадка (1:10), только на краю крышки 5 наклеивают фольгу 9, которая имитирует вилку ХР7 и при ввинчивании насадки в щуп касается его ме­таллического стаканчика, т. е. общего провода устройства. Но, конечно, монтируют насадку и заливают ее клеем (или шпа­клевкой) только после подбора помеченных на схеме деталей при налаживании щупа. Правда, после заливки емкость монтажа несколько изменится, но ошиб­ка в коэффициенте деления будет незначительная.

Детали блока питания разме­щают в подходящем пластмас­совом корпусе (рис. 115), на верхней крышке которого кре­пят разъем XS4, а через от­верстие в боковой стенке выво­дят сетевой шнур с вилкой X Р8 на конце. Под разъем XS4 подбирают ответную часть разъем ХРЗ и подпаивают к его выводам проводники питания щупа. Оплетку экранированного провода соединяют с вилкой X Р4, а жилу провода — с гнез­дом XS1. При работе с активным щупом в гнездо вставляют вход­ной щуп осциллографа, а с вил­кой соединяют «земляной» щуп.

Налаживание активного щупа начинают с того, что к его выходу подключают милли­вольтметр постоянного тока или осциллограф, работающий в ре­жиме открытого входа. Подав на щуп питание, добиваются пе­ремещением движка подстроен­ного резистора R2 нулевого напряжения на выходе.

Затем на вход щупа подают (при замкнутых контактах вы­ключателя SA1, соответствую­щих режиму открытого входа) постоянное напряжение 2...3 В. Подбором резистора R4 добива­ются такого же напряжения и на выходе щупа, что будет со­ответствовать единичному коэф­фициенту передачи устройства. Нелишне будет после этого про­верить сохранность нулевого уровня выходного напряжения и при необходимости скорректи­ровать его подстроечным рези­стором.

Далее к щупу подключают насадку-делитель и подают на ее вход (конечно, относительно зажима ХР2) сигнал частотой 50 Гц с генератора импульсов, описанного в предыдущей статье цикла. Контролируя выходное напряжение щупа, подбирают резистор R7 такого сопротивле­ния, чтобы коэффициент деле­ния насадки был равен ровно 10.

После этого на вход насадки подают импульсный сигнал ча­стотой 2 кГц и подбором конденсатора С5 добиваются пра­вильной формы импульсов — такой, как и на входе делителя. Вот теперь делитель станет ком­пенсированным и его детали можно закреплять эпоксидным клеем (или шпаклевкой) в крышке.

Активный щуп готов к работе. Но предварительно вы, конечно, захотите убедиться в его высо­ких параметрах, о которых было сказано выше. Это несложно сделать даже с помощью лишь одного осциллографа — ведь у него есть выход пилообразного напряжения, которое вы уже на­учились использовать в качестве контрольного. Вот и подклю­чите к гнезда на задней стенке осциллографа переменный ре­зистор (рис. 116, а), а к нему — входной щуп. Установите чув­ствительность осциллографа 1 В/дел., а длительность раз­вертки, скажем, 1 мс/дел. Уста­новите движок переменного ре­зистора в нижнее по схеме положение. Ручками длины и смещения развертки установите начало развертки в нижнем левом углу масштабной сетки, а ширину развертки — равной длине масштабной сетки. Из­мерьте высоту изображения (рис. 117, а) предположим, она будет равна четырем деле­ниям.

Плавно поворачивая ручку пе­ременного резистора, уменьшите высоту изображения вдвое. Те­перь можно сказать, что входное сопротивление осциллографа равно задействованной части сопротивления переменного ре­зистора.

Не изменяя положения движ­ка резистора, подключите актив­ный щуп (рис. 116, б) с первой насадкой (1:1). Вы убедитесь, что высота изображения оста­лась почти равной прежним четырем делениям. Такой ре­зультат свидетельствует о вы­соком входном сопротивлении активного щупа. Если захотите точно измерить его, включите последовательно с переменным резистором постоянный, сопро­тивлением 4...5 МОм, и добей­тесь уменьшения высоты изо­бражения вдвое, а затем из­мерьте получившееся сопротивление , оно и будет равно входному сопротивлению щупа.

Входную ёмкость щупа тоже не сложно определить. Для этого нужно заменить переменный резистор конденсатором переменой ёмкости , или подстроечным с максимальной ёмкостью 20-50пф, ипроделать такую же операцию, что и в предыдущем  случае — подбором емкости конденсатора добиться умень­шения высоты изображения вдвое, а затем измерить полу­чившуюся емкость. Но в этом варианте следует значительно уменьшить длительность раз­вертки, установив ее равной, например, 1 мкс/дел.

Для сравнения измерьте вход­ную емкость активного щупа со второй насадкой (1:10) —она будет значительно ниже.

(Продолжение следует)

Б. ИВАНОВ

г. Москва