Aleksander Burd - strona elektroniki analogowej

R-SONDA. Sonda rezystancyjna
18-II-2017
Jest to najprostsza rzecz do samodzielnego wykonania, właściwie może ją zrobić każdy amator z podstawowym zapleczem mechanicznym. Jednocześnie może być jednym z ważniejszych przyrządów w wyposażeniu elektronika zajmującego się większymi częstotliwościami i szybszymi przebiegami.
Starannie wykonana sonda rezystancyjna (zaznaczę, że mówimy o metodach domowych) może osiągać pasmo ok. 3GHz !
Sonda rezystancyjna składa się z "długopisu", kabla 50ohm i "terminatora" czyli oporności 50ohm (może być częścią sondy, a może też być opornością wejściową szybkiego oscyloskopu).
"Długopis" sondy to wąska płytka dwustronna z laminatu FR4, na której tworzymy linię paskową (tzw. niesymetryczną) o oporności falowej 50ohm (pasek o szerokości ok. 2.5mm). Sonda zaczyna się igłą, potem mamy rezystancję tłumiącą sondy (950ohm), następnie pojemność sprzęgającą (sprzężenie AC), a dalej wspomnianą linię paskową. Do drugiego końca linii paskowej dolutowujemy kabel koncentryczny (oplot do spodu płytki, żyłę środkową do paska linii). Na końcu kabla koncentrycznego dajemy "terminator", czyli rezyst. 50ohm (dwa 100ohm równolegle, albo jeden 51ohm) i wtyk BNC.
Płytkę "długopisową" wkładamy do rurki, najlepiej mosiężnej. Jeśli nie zależy nam na bardzo dużych częstotliwościach, ani dobrym ekranowaniu, to wystarczy rurka z tworzywa, np. odpowiednio "okrojona" strzykawka 2ml. Takiej plastikowej wersji używam z oscyloskopem 500MHz. Pasmo tej słabszej, "plastikowej" wersji jest bliskie 1GHz. Pasmo wersji z obudową mosiężną jest ograniczone przez słaby pasmowo kabel koncentryczny (za to jest miękki) i wynosi ok.2.5GHz.
Słabością sondy rezystancyjnej jest jej stosunkowo mała rezystancja wejściowa (zwykle 1kohm) i duże tłumienie (jeśli Rwe=1kohm, to sonda tłumi 20 razy). Jednak warto sobie zdawać sprawę, że klasyczna sonda (czyli tzw. sonda bierna) o pasmie rzędu 250 .. 500MHz ma pojemność wejściową rzędu Cwe=10pF (większość ma nawet trochę więcej). Dla częstotliwości np. 100MHz te 10pF stanowi zaledwie 160ohm, czyli i tak DUŻO MNIEJ niż 1kohm rezystancji wejściowej sondy rezystancyjnej. Dla wyższych częstotliwości jest siłą rzeczy jeszcze gorzej. A pojemność wejściowa sondy rezystancyjnej może wynosić ok. 1pF lub nawet mniej.
Koniecznie trzeba zaznaczyć, że nie opłaca się robić sondy rezystancyjnej ze sprzężeniem DC. Oporność 1kohm dołączona do układu tranzystorowego prawie na pewno zmieni punkt pracy - badany układ może wręcz przestać działać. Ale taka sonda nie ma przecież służyć do badania napięć stałych - do tego są inne przyrządy. Dlatego dajemy sprzężenie AC.
Jeśli używa się typowego oscyloskopu z rezyst. wejściową 1Mohm, to przy wtyku sondy konieczny będzie "terminator" 50ohm. Jeśli jest to b. szybki oscyloskop o wejściu 50ohm, to terminatora przy wtyku oczywiście nie powinno być.
No i jeszcze nt. dołączania masy. Na nic się nie zda potencjalna szybkość sondy, jeśli przewód masy (ten przy "długopisie" sondy) będzie długi. W większości sytuacji pomiarowych przewód masy dłuższy niż kilka cm będzie powodował ograniczenie pasma, a w gorszym przypadku pojawienie się dodatkowych efektów typu przerzuty i zakłócenia). Najlepiej korzystać z "krótkiej igły" masowej, choć zwykle jest to bardzo niewygodne i w dodatku bywa niebezpieczne (można niechcący przywrzeć coś do masy).
Rezystor wejściowy sondy formalnie powinien mieć 950ohm, jeśli Rwe ma być dokładnie 1kohm, a tłumienie wynosić dokładnie 20x. Osobiście bardzo długo stosowałem sondę z rezystorem po prostu 1kohm (taka była na początku pokazana na zdjęciach wersja "plastikowa") i nie czułem specjalnie tego problemu (tłumienie 21x zamiast 20x). Jak się chce mieć dokładnie to trzeba wziąć dwa oporniki i połączyć równolegle tak, żeby wyszło blisko 950ohm (np 1k i 18k, 1k1 i 6k8, 1k2 i 4k7).
UWAGA! Lepiej nie stosować oporników precyzyjnych, bo mogą mieć pogorszone właściwości pasmowe!
WERSJE
Wersja z Z0 = 75ohm
Na wszelki wypadek zaznaczę, że przy pracy ze zwykłym oscyloskopem (tj. Rwe=1Mohm) można rozważać wersję sondy z kablem 75ohm. Wtedy Rwe=1.5kohm, a terminator końcowy musi mieć 75ohm. Daje to, jak widać, trochę większą rezystancję wejściową. Jednak wybór kabli 75-omowych jest słabszy niż 50-omowych, przy czym zwykle te 75-omowe to dość sztywne kable instalacyjne, nie bardzo się nadające do sondy, którą trzeba przecież manewrować. Z kolei cienkie kable 75ohm mają większą stratność niż takiej samej grubości kable 50ohm.
Wersja z większą Rwe i większym tłumieniem
Można też na takiej samej zasadzie zrobić sondę np. o Rwe=2kohm. Oporność tłumiąca wynosi wtedy formalnie 1950ohm (dla toru 50-omowego), a tłumienie robi się trochę straszne: 40x.
POBIERZ