Aktiven Tastkopf selber bauen (fertig zum Nachbauen)

[PICture]

Na ja, mir geht es eigentlich um die Zukunft, wenn der Tastkopf schon fertg und getestet wird und irgendwann würde ich so einen Umschalter noch einbauen wollen. Es sollte evtl. auch mit zwei Subminiatur-Schiebeschaler vom Reichelt (NK-236) gehen, da sie schneler als DIP Schalter sich umschalten lassen (habe ich gerade mit dem DIP probiert und es geht nicht gut). Man könnte wahrscheinlich auf beide Schiebeschalter einen gemeinsamen Hebel kleben und für sie lasse ich dann freien Platz auf der Platine.

MfG

[PICture]

Hallo!

Ich habe den FET Tastkopf schon fertig gebaut und getestet. Eigentlich ist er so, wie ich mir gewünscht habe. Einige Werte von Bauteilen haben sich geändert. Ich habe im Code den Schaltplan skizziert, der genau dem entspricht, was in meinem Tastkopf drin ist. Der Spannunsregler habe ich genommen um den Tastkopf vom meinem Oszi, der +24 V liefert, zu versorgen.

Nach der Montage ist die Inbetriebsnahme sehr einfach:

1. Ohne Eingangssignal mit dem R1 möglichst genau auf dem S vom FET 0,5 V und mit dem R4 auf dem E vom T3 2,5 V einstellen.

2. Mit dem Sinus um 1000 Hz und Amplitude ca. 0,5 Vpp am Eingang mit dem R6 den Übertragunsfaktor auf 1:1 und danach das gleiche für um 100 MHz mit dem C5 einstellen.

Auf den ersten drei Fotos ist ca. 100 MHz Sinus. Die beiden Tastköpfe 100:1 und FET sind paralell an ein UKW Oszillator eines Transistorradios angeschlossen. Oben ist das Signal aus dem 100:1 Tastkopf als Referenz und unten aus dem FET Tastkopf. Das obere Kanal ist stehts mit 5 mV/DIV und das untere aus dem FET Tastkopf mit 0,5 V/DIV, 0,2 V/ DIV und 0,1 V/DIV. Die Zeitbasis ist 20 ns/DIV.

Sorry, das Foto vom fertigen Tastkopf ist unscharf, aber meine Digicam kann nur aus bestimmter Entfernung scharfe Fotos machen.

Ich konnte leider die Eigangkapazität nicht messen, weil die beide Messgeräte, die ich habe, zeigen unsinn um 30 pF was nicht stimmen kann., da der FET Tastkopf die Signalquelle nicht mehr als der Tastkopf 100:1 belastet. Auf dem Oszilloskop sieht man bei beiden paralell an die Signalquelle angeschlossenen Tastköpfen, dass sich bei beiden durch entfernen eines Tastkopfes die Frequenz um ca. 1/2 der Periode ändert. Aus dem Grund vermute ich, dass die Eingangskapazität des aktiven Tastköpfes auch um ca. 2 pF ist.

Bei Problemen beim Nachbau helfe ich gerne!

MfG

               GND             GND
               ===             ===
                |               |
               --- C8          --- C9
               --- µ1          --- µ1       ____
                |               |      +5V |    |
                +------------+--+--+-----+-|7805|-+---< +24V
                |            |     |     | |____| |
           2,5mAX         6mAX  7,5X C6 ---  |   --- C7
                |            |  mA | µ1 ---  |   --- µ1
                |           .-.    |     |   |    |
                |           | |R4  |    === ===  ===
        C1      |           | |330 |    GND GND  GND
        µ33     |       R3  '-'    |
              |-+       ___  |   |/
        ||    |  T1  +-|_*_|-+---| T3    C4
     <--||-+->|-+    |  33k  |   |>      47µ
        || |    | || |     |/      | +[/
           |    +-||-+-----| T2    +--[|-+ R7 51
           |    | ||       |>      |  [\ |  ___   _____
           |    |            |     |     +-|___|-(_____
           |    | C2         |     |  || |       |
           |    | µ33    +---+     +--||-+      ===
           |    |        |   |     |  ||        GND
          .-.  .-.       |  .-.   .-.    C5
       R1 | |  |*|R2  C3--- |*|R5 | |R6  µ33
       10k| |  | |200  *--- | |43 | |330
          '-'  '-'    39p|  '-'   '-'
           |    |        |   |     |
          ===  ===      === ===   ===
          GND  GND      GND GND   GND

       T1 = BF245A           T2,T3 = BFR91A

[Besserwessi]

Die Oszilloskopbilder sind noch nicht so aussagekräftig. Interessant wäre es eine Rechtecksignal (ca.1-10 kHz) von einem Schnellen Logic gatter (z.B. 74AHC04 oder 74Fxx, 74Sxx) anzuschauen. Ein ähnliches Signal wird nicht umsonst zur Justierung von Tastköpfen genutzt.

[PICture]

Hallo Besserwessi!

Der eingebaute FET Tastkopf wurde von mir nur schnell und nicht komplex getestet um festzustellen, ob er sich für meine Anwendung eignet. Da er keinne DC Pegel überträgt, wird er nur für HF Signale bis 1 Vpp benutzt.

Eigentlich wäre für digitale Anwendung ein fester Eingangsteiler 10:1, wegen Eingangskapazität, besser als Umschaltbarer. Das Problem ist, dass der FET nur +/- 0,5 V linear übertragen kann, was Arbeiten mit dem Tastkopf ohne Eingangsteiler bei digitalen Signalen +/- 5V nicht ermöglichst.

Ausserdem bei Digital- und Schaltschaltungen ist es nötig ein DC Pegel messen zu können, um z.B. einen Spannungsabfall auf einem Schalttransistor zu messen. Ich bin selber weiterhin darüber interessiert einen aktiven Tastkopf mit DC Übertragung für z.B. digitale Schaltungen zu entwickeln.

Den bisher gebauten Tastkopf kann ich als Impedanzwandler benutzen um verschiedene z.B Ausgangstufen mit DC Ausgang bis 150 MHZ mit meinem Oszi zu testen. Als nächste Aufgabe wäre eine selbstbaufähige Ausgangstufe mit DC Ausgang zu entwickeln.

MfG

[Besserwessi]

So direkt ist der Tastkopf nicht für Digitalsignale brauchbar. Ein Rechtecksignal, mit kleinerer Amplitude natürlich, ist aber ein gutes Testsignal. Die Phasenverschiebung sieht aber auch so gut aus, zumindestens wenn normal auf ein Signal getriggert wurde.

Ich bin etwas Überrascht, das das Gehäuse kein Metall ist, oder ist da noch ne Abschurmung drin.

Der fasche Wert für die EIngangskapazität könnte durch die zu große Amplitude der Meßgeräte kommen. Ein einfacher Test wäre ein kleiner bekannter Kondensator (ca. 5 pF) in Reihe zum Testkopf, und dann die Amplitude vergleichen.

[PICture]

Es ist keine Abschirmung nötig, weil fast alle Widerstände (bis max. 330 Ohm außer R1 und R4) klein sind.

Übrigens, bei der Simulation des fertigen Tastkopfes mit 2N4416 und 2N3904 ist der optimale Wert für C5 = 33 pF und die Höchsfrequenz 45 MHz, also nicht weit von der Praxis.

So, wie im Code skizziert, stelle ich mir meinen aktiven DC FET Tastkopf vor, den ich aufbauen und testen möchte. Um +/-5 V auf dem Oszi zu haben, muss VCC 12V betragen. Die Simulation ohne R1,C1 und C2 mit T1=2N4416, T2=2N2905A und T3...T5=2N3904 zeigt eine Bandbreite von 0 bis 76 MHz (-3 dB).

Leider die BFR91A, die ich bereits habe, eignen sich für die Ausgagstufe wegen zu niedrigem max. Kollektorstrom (50 mA) und Verlustleistung (300 mW) nicht.

Der Simulator berücksichtigt die Absolute Grenzwerte nicht. Man muß entweder größere Transistoren mit entsprechenden Kühlkörper verwenden, was sich für einen Taskopf nicht eignet, oder andere Ausgangstufe sich einfallen lassen.

Es wäre auch möglich ein Teilungsfaktor 10:1 für den gesamten FET Tastkopf zu akzeptieren. Dann ist der Ausgangsspannung Hub nur +/- 1V und lässt sich problemlos realisieren. Wahrscheinlich deswegen haben die FET Tastköpfe von Tektronix einen gesamten Teilungsfaktor 10:1 und ich behaupte nicht, dass wir bessere Lösung finden könnten.

MfG

                         +----------------+-------+--------o +VCC
                         | +2,6V   _____  |       |
                         |    \   |     | |       |
                         |     +--|78L02|-+       |
                   2,5mA X     |  |_____| |       X 35mA
                         |    .-.    |   .-.      |
        C1               |  R4|*|   ===  | |R6    |
          \              | 390| |   GND  | |390   |
       *||/\             |    '-'        '-'      |
     +--||---+           |     |  ||C3    |     |/
     | /||   |         |-+     +--||--+   +-----| T4
     |  ___  |         |  T1   | *||  |   |     |>
   <-+-|___|-+----+--->|-+     | 22p ===  |       |
             |    |      |   |<      GND  X 30 mA |
        R1   |\   |      +---| T2         |       |  R9   RG174
        91k *|/\  |      |   |\           |       |  ___   ___
            ---  .-.    .-.    |        |/        +-|*__|-(___(-+
         C2/---  | |R2  |*|R3  +--------| T3      |  51   |     |
             |   | |10k | |200 |        |>        |      ===   .-.
             |   '-'    '-'    |          |       |      GND   | |R10
             |    |      |     |          |     |/             | |51
            ===  ===    ===    X 5mA      +-----| T5           '-'
            GND  GND    GND    |          |     |>              |
                               |          |       |            ===
                              .-.        .-.     .-.           GND
   T1 = BF245A                | | R5     | |R7   |*|R8
                              | | 430    | |82   | |22
   T2 = BF324                 '-'        '-'     '-'
                               |          |       |
   T3...T5 = ?                 +----------+-------+--------o -VCC

[Besserwessi]

Das Problem mit der Ausgangsleistung habe ich beim BFR91 auch schon gesehen. Da müßte man halt mit dem Strom etwas runtergehen. Da ich den Transistor sowieso nicht da habe werde ich wohl auch das ganze erst man mit einem eher normalen Transistor aufbauen. Mal sehen was ich noch so an schnellen Transistoren finde.
Ich hätte noch etwas bedenkenn mit dem PNP transistor in der Emitterschaltung. So wie gezeichnet hat man ohnehin sehr wenig Verstärkung, da könnte man eigentlich auch fast einen NPN als Emitterfolger nehmen.
Ich werde aber wohl frühestens am Samstag dazu kommen was zu basteln.

[PICture]

Der pnp sollte das Signal bloß invertieren, damit Ausgangsphase mit der Eingangsphase stimmt. Zusätzlich passt er die Spannung +0,5 V aus der FET Eingangstufe an die -3,8 V für die Ausgangstufe, damit 0 V am Eingang 0 V am Ausgang ergibt.

Ich habe den T5 ausgeworfen und das ganze noch mal simuliert. So wie im Code jetzt ist, geht es bis 60 MHz (-3 dB) und so würde ich es aufbauen und testen. Die gesamte Teilung 10:1 reicht mir soweit, weil ich sowieso fast immer pasiven Tastkopf 10:1 benutze.

P.S. Eigentlich brauche ich keinen aktiven Tastkopf für DC Messungen und werde das doch nicht aufbauen, sondern auf deinen Bericht warten. Das was ich wirklich gebraucht habe, ist schon fertig und ich bin damit zufrieden.

Ich habe 1,8 pF SMD 1206 Kondensator am Eingang des fertigen HF aktiven Tastkopfes vor dem C1 eigelötet und die Amplitude des 100 MHz Sinussignals auf dem Oszi hat sich genau halbiert. Das bedeutet, dass die Eingangskapazität der FET Eingangstufe wirklich um 2 pF ist.

Viel Erfolg.

MfG

                         +----------------+-------+--------o +5V
                         | +2,6V   _____  |       |
                         |    \   |     | |       |
                         |     +--|78L02|-+       |
                   2,5mA X     |  |_____| |       X 15mA
                         |    .-.    |   .-.      |
        C1               |  R4|*|   ===  | |R6    |
          \              | 300| |   GND  | |330   |
       *||/\             |    '-'        '-'      |
     +--||---+           |     |  ||C3    |     |/
     | /||   |         |-+     +--||--+   +-----| T4
     |  ___  |         |  T1   | *||  |   |     |>
   <-+-|___|-+----+--->|-+     | 22p ===  |       |
             |    |      |   |<      GND  X 13mA  |
        R1   |\   |      +---| T2         |       |  R9   RG174
        91k *|/\  |      |   |\           |       |  ___   ___
            ---  .-.    .-.    |        |/        +-|*__|-(___(-+
         C2/---  | |R2  |*|R3  +--------| T3      |  51   |     |
             |   | |10k | |200 |        |>        |      ===   .-.
             |   '-'    '-'    |          |       |      GND   | |R10
             |    |      |     |          |       |            | |51
            ===  ===    ===    X 5mA      |       |            '-'
            GND  GND    GND    |          |       |             |
                               |          |       |            ===
                              .-.        .-.     .-.           GND
   T1 = BF245A                | | R5     | |R7   | |R8
                              | | 240    | |39   | |330
   T2 = BF324                 '-'        '-'     '-'
                               |          |       |
   T3, T4 = BFR91A             +----------+-------+--------o -5V

[PICture]

Hallo!

Nach meinem bestem Wissen und Gewissen reicht bei simplexem Übertragung einseitige Anpassung mit impedanzfreiem Abschlusswiderstand vollkommen aus (siehe Code). Wenn ich mich doch irren sollte, bitte sehr um ausfürliche Erklärung.

Aus diesem Grund werde ich das mit dem aktivem Tastkopf noch mal überdenken und einen aktiven DC Tastkopf doch bauen, weil bisheriger HF Tastkopf funktioniert zwar einwandfrei, ist aber noch nicht optimal.

MfG

                         Koaxkabel 50 Ohm
                      ________      ________
                   +-(_______(- - -(________(-+
                   |                          |
     Spannungs-   /A\                        .-. Last R = 50 Ohm
                 ( | )                       | |
     quelle R = 0 \ /                        | | Abschlußwiderstand
                   |                         '-'
                   |                          |
                  ===                        ===
                  GND                        GND

[Besserwessi]

Ein einseitiger Leitungsabschluß an der Empfängerseite ist theoretisch schon ausreichend, wenn der Abschluß perfekt ist. Wenn der Abschluß aber nicht perfekt ist, gibt es deutlich mehr Störungen, denn am anderen Ende gibt es dann eine sehr gute Reflexion. Problematisch sind dann auch Verbindungsstellen in der Leitung , denn auch da wird immer ein bischen Singal reflektriert.

Bei beidseitigem Anschluß der Leitung werden Resonanzen auf grund der
Leitung besser gedämpft, selbst wenn Anpassung nicht ideal ist. Beide Seiten auf 10% Refelxion zu kreigen sollte einfach sein. Eine Seite auf 1% Reflexion zu kriegen ist dagenen schon ziehmlich schwer.

Üblich ist die beidseitige Anpasssung. Wird zum beispiel bei Videosignalen eigentlich immer so gemacht. Der Nachteil der beidseitigen Anpassung ist vor allem, das der Treiber mehr Spannung ausgeben können muß, der Strom bleibt ja der gleiche. Der BFR91 wird so wie ich das sehe erst durch den maximalen Strom begrenzt werden und weniger durch die Verlustleistung.
Für einen DC Tastkopf würde ich dann aber als Ausgangstreiber besser ein IC nehmen, denn da sind dann schon Gegentaktendstufen drin und man kann so relativ viel Amplitude rauskriegen. Außerdem sind die OPs DC mäßig deulich besser als man das so einfach mit Transistoren hinkriegen kann.