LCS - 1M - en fullfjädrad, billig Hobby oscilloskop (10 / 30 steg)

Steg 10: Uppgradering till 1 MOhm impedans och högre bandbredd

Signalingång för LCS - 1M har en impedans på 133 kOhm. Detta är vanligtvis
tillräckligt högt för att göra signalen avvikelser på grund av den ytterligare belastningen försumbar (t.ex. med en 600 Ohm ljudkälla 133 kOhm belastning introducerar en nivå oriktig väl under 1%, fel på grund av motstånd toleranser, makt leverans toleranser etc. lägga till upp till mycket mer). Men det utesluter användningen av standard 1:10 räckvidd sonder, eftersom dessa sonder utgår från en räckvidd 1 MOhm impedans (de är i princip bara 9 MOhm motstånd, som sedan bildar en 1:10 spänningsavdelare med räckvidden ingång).

Som redan beskrivits i föregående steg anledningen jag hade att välja en lägre motstånd är den ingående kapacitansen av op-amp (OP1 för scope kanal 1). Den är parallell med lägre motstånd (R12) av input delaren, och vid högre frekvenser det shunts R12 och ökar därmed division förhållandet (se
schematiska sida 5). Det innebär högre frekvenser få försvagade mer - vi fick oss ett lågpassfilter utan att ens fråga för en. Använda en högre motstånd avdelare och problemet bara blir värre. Med en 1 MOhm avdelare fick jag en ynka 60 kHz bandbredd - för lite för att matcha samplingsfrekvensen scope 1 MS/s. Jag behövde gå ner till dessa 133 kOhm att uppnå cirka 400 kHz.

Det finns inget sätt att bli av denna ingång kapacitans. Så "om du inte kan slå dem, gå med dem". Om du lägger till en diskret kondensatorn C1 parallellt med R10 (100 kOhm motstånd) får du en kapacitiv avdelare parallellt med resistiv delaren. Om du väljer C1 så att

R10 / R12 = Cin / C1 (Cin är OP1's ingång kapacitans)

sedan division nyckeltalen för kapacitiv och resistiv divider är lika division förhållandet är konstant över frekvens - inte mer låg-pass filtereffekt även om Cin finns kvar. (Faktiskt inimpedans minskar med frekvens, men som är mycket mindre av en oro, avdelare förhållandet ändras inte).

Cin är oftast inte känt mycket exakt (och kommer att variera från enhet till enhet, även av samma typ), så scope normalt göra C1 justerbar så att du kan trimma den till optimal inställning. Eftersom jag inte ville ha
något som behöver justeras (eftersom det tenderar att skrämma nybörjare bort), valde jag istället att också lägga till en large-ish kondensator (C4) parallellt med Cin - sätt variationer i Cin har mycket mindre effekt.

Vanlig low-end scope har normalt en ingång kapacitans av runt 15pF, så var skytte för ett liknande värde. För att få en 1 MOhm resistiv med en kvot på 1:4, måste motstånden vara 750 kOhm och 250 kOhm. Som för kondensatorer, efter att ha valt C1 är 18pF varierade jag C4 tills jag fick plattaste Frekvensgången med ett urval av 43pF. Med det, bandbredden som fördubblar till omkring 1 MHz (inte mycket viktigt med tanke på den omfattning maximal samplingsfrekvens), och inimpedans på DC är 1 MOhm, så du kan nu använda 1:10 sonder för att mäta spänningar högre än 20V!

Praktiska genomförandet:

Om du vill ändra LCS - 1M med ny input scenen måste du hacka styrelsen lite- men det är ganska lätt. Om du inte kan easly få komponent värdet (750 kOhm, 250 kOhm, 43 pF och 18 pF) kan du sätta dem ihop från två komponenter varje, kombinera dem antingen parallellt eller i serie. Kom ihåg att för motstånd, det totala motståndet R_tot är

R_tot = R1 + R2 (serieanslutning) eller R_tot = (R1 * R2) / (R1 + R2) (parallellt anslutning),

medan för kondensatorer, den totala kapacitansen C_tot är

C_tot = (C1 * C2) / (C1 + C2) (serieanslutning) eller C_tot = C1 + C2 (parallellt anslutning).

För motstånd, så länge får du inom ca 1-2% av målet, är du fin. E24-serien (1% tolerans) har 750 kOhm och 249 kOhm tillgängliga. Eller med enklare att erhålla E12-serien motstånd (5% tolerans) kan du använda 130 + 620 = 750, 270 + 470 = 740 eller 330 + 430 = 760 (alla serier ansluten) eller två 1,5 MOhm motstånd parallellt. Använda serien kombinationer av 100K + 150K 30 K + 220 K eller 51K + 200K för 250 kOhm motstånd.

Kondensatorerna har oftast större toleranser ändå (5% eller 10%), så förstår inte alltför petig här. Om
43pF och 18pF är inte lätt tillgängliga, Använd 44pF (= två 22pF i parallell) och 20pF (= två 10pF i
parallellt), eller 47pF och 22pF. Alternativt kan ersätta 18 pF kondensatorn med en ~ 5 - 50pF trim kondensator, mäta en fyrkantsvåg och justera tills det ser verkligen kvadrat (ingen rundade kanter och ingen overshoot antingen).

Bifogat nedan är de uppdaterade scheman för två kanaler.

Stegvisa instruktioner:

Kanal 1:

1. unsolder R10 och R12.
2. Byt R10 med 750K resistor (R10 och R31 i den uppdaterade schematiskt) och 18pF Kondensator parallellt. Hålla bly längder kort att minska parasitic inductance.
3. Ersätt R12 med en 250K resistor och 43pF Kondensator parallellt.

Kanal 2: samma, numrerar endast del ändra.

1. unsolder R18 och R19.
2. Byt R18 med 750K resistor (R18 och R32 i den uppdaterade schematiskt) och 18pF Kondensator parallellt.
3. Ersätt R19 med en 250K resistor och 43pF Kondensator parallellt.