Stap 10: Upgrade naar 1 MOhm impedantie en hogere bandbreedte
voldoende hoog om signaal afwijkingen als gevolg van de aanvullende lading gelijkmatig te verwaarlozen (bijvoorbeeld met een 600 Ohm audiobron de 133 kOhm lading introduceert een niveau fout van goed minder dan 1 procent; fouten als gevolg van de weerstand toleranties, power supply toleranties etc. toevoegen tot veel meer). Maar het verzet zich tegen het gebruik van standaard 1:10 scope sondes, omdat deze sondes de impedantie van een bereik van 1 MOhm nemen (ze zijn in feite slechts 9 MOhm weerstanden, die vormt dan een 1:10 voltage divider met het toepassingsgebied input).
Zoals reeds beschreven in de vorige stap de reden dat ik moest kiezen een lagere weerstand is de input capaciteit van de opamp (OP1 voor toepassingsgebied kanaal 1). Het is parallel aan lagere weerstand (R12) van de input scheidingslijn, en bij hogere frequenties het R12 shunts en verhoogt dus de verhouding van de divisie (verwijzen naar
Schematische pagina 5). Dat betekent hogere frequenties krijgen meer verzwakt - kregen we onszelf een low-pass filter zonder zelfs maar te vragen voor een. Gebruik een hogere weerstand divider en het probleem wordt alleen nog erger. Met een 1 MOhm divider kreeg ik een miezerig 60 kHz bandbreedte - te weinig aan de bemonsteringsfrequentie van de scopes 1 MS/s. Ik moest afdalen naar deze 133 kOhm tot ongeveer 400 kHz.
Er is geen manier om zich te ontdoen van deze input capaciteit. Dus "als u ze niet kan verslaan, join them". Als u een discrete condensator C1 parallel aan R10 (de 100 kOhm weerstand) krijg je een capacitieve divider parallel aan de resistieve scheidingslijn. Als u ervoor C1 kiest zodat
R10 / R12 Cin = / C1 (Cin is OP1 van input capaciteit)
toen de verhoudingen van de divisie van capacitieve en resistieve scheidingslijn gelijk zijn, en de verhouding van de divisie constant over frequentie - effect van niet meer low-pass filter is hoewel Cin er nog steeds is. (Eigenlijk de ingangsimpedantie afneemt met de frequentie, maar dat is veel minder een tot bezorgdheid aanleiding gevende; de scheidingslijn verhouding verandert niet).
Cin is meestal niet precies bekend (en zal variëren van apparaat naar apparaat, zelfs van hetzelfde type), zodat scopes normaal C1 verstelbaar zodat u het optimale instelling kunt bijsnijden. Omdat ik niet wilde
iets dat nodig aanpassing (want dat heeft de neiging af te schrikken beginners), ik wilde in plaats daarvan ook het toevoegen van een large-ish condensator (C4) parallel aan de Cin - die manier variaties in Cin veel minder effect hebben.
Standaard low-end scopes hebben meestal een input capaciteit van rond 15pF, dus was schieten voor een vergelijkbare waarde. Als u een 1 MOhm resistieve met een verhouding van 1:4, moeten de weerstanden 750 kOhm en 250 kOhm. Wat betreft de condensatoren, na het kiezen van de C1 als 18pF gevarieerde ik C4 totdat ik kreeg de platste frequentierespons met een keuze uit 43pF. Met dat, de bandbreedte verdubbelt naar ongeveer 1 MHz (niet erg belangrijk gezien van de scope maximale sample-rate), en de ingangsimpedantie op DC is 1 MOhm, zodat u kunt nu 1:10 sondes voor het meten van spanningen hoger dan 20V!
Praktische uitvoering:
Als u wilt wijzigen de LCS - 1M met de nieuwe input fase die u zal nood voor kappen het bord een beetje- maar het is vrij gemakkelijk. Als je niet easly krijgen de waarde van de component (750 kOhm, 250 kOhm, 43 pF en 18 pF kunt) kun je hen samen uit twee componenten, hen te combineren in parallel of in serie. Vergeet niet dat voor weerstanden, de totale weerstand R_tot
R_tot = R1 + R2 (serie verbinding) of R_tot = (R1 * R2) / (R1 + R2) (parallelle verbinding),
terwijl voor condensatoren, de totale capaciteit C_tot is
C_tot = (C1 * C2) / (C1 + C2) (serie verbinding) of C_tot = C1 + C2 (parallelle verbinding).
Voor de weerstanden, zolang u binnen ongeveer 1-2% van het doel, bent u fijn. De E24 serie (1% tolerantie) heeft 750 kOhm en 249 kOhm beschikbaar. Of makkelijker te verkrijgen E12 reeks weerstanden (tolerantie 5%) kunt u met 130 + 620 = 750, 270 + 470 = 740, of 330 + 430 = 760 (alle reeksen aangesloten), of twee 1.5 MOhm weerstanden in parallel. Voor de 250 kOhm weerstand serie combinaties van 100K + 150K, 30 K + 220 K of 51K + 200K te gebruiken.
De condensatoren hebben meestal grotere toleranties anyway (5% of 10%), dus krijg niet al te kieskeurig hier. Als
43pF en 18pF zijn niet gemakkelijk beschikbaar, gebruik van 44pF (= twee 22pF parallel) en 20pF (= twee 10pF in
parallel), of 47pF en 22pF. Alternatief, de 18 pF condensator te vervangen door een ~ 5 - 50pF trim condensator, een blokgolf meten en aanpassen totdat het ziet er echt vierkante (geen afgeronde hoeken en geen overschrijding ofwel).
Die hieronder zijn toegevoegd, wordt het bijgewerkte schema's voor de twee kanalen.
Stapsgewijze instructies:
Kanaal 1:
1. unsolder R10 en R12.
2. Vervang R10 met een 750K Ohm weerstand (R10 en R31 in het bijgewerkte schema) en condensator van 18pF parallel. Houd lood lengtes korte om parasitaire zelfinductie.
3. Vervang R12 met een 250K weerstand en 43pF condensator in parallel.
Kanaal 2: hetzelfde, alleen de onderdeelnummers wijzigen.
1. unsolder R18 en R19.
2. Vervang R18 met een 750K Ohm weerstand (R18 en R32 in het bijgewerkte schema) en condensator van 18pF parallel.
3. Vervang R19 met een 250K weerstand en 43pF condensator in parallel.
