Sonda activa - discutie si solutii practice

[VAX]

Eu am nevoie de sonda speciala (Ci mic, Ri mare) doar pentru wobbler, adica in RF. Este nevoie de tensiune mare (+/-10V , dar pe sarcina de impedanta mare - kohmi) pentru detectie eficienta cu dioda punctiforma. Am aratat cum s-ar putea transforma sonda de RF in una de cc, ca idee, pentru cei care vor sa dezvolte un astfel de proiect. Solutia optima este cu etaj final cu tranzistoare complementare in clasa AB, dar la curent de repaus ceva mai mare si cu termocompensare bine reglata. Pentru frecvente pana in 50MHz si cablul coaxial scurt (maxim 1 m), nici nu cred ca ar trebui terminatie de 50 ohmi. La serviciu lucram la frecventa asta cu sonde pasive obisnuite si fara terminatie de 50 ohmi, fara sa ma incomodeze cu ceva. Doar cand am determinat timpii de comutatie la tranzistoare ultrarapide (dopate cu aur, tc<10ns - ex. 2N709A) am constatat necesitatea terminatiei de 50 ohmi.

Daca nu exista tranzistoare pnp cu Ft mare si putere disipata peste 1W, se poate apela la conexiunea Darlington cu schimbare de polaritate, cu BF479 si un npn de putere mai mare (de ex BRF96 puse in paralel sau un BFR95). Am cumparat multe BFR95 (Ft=3,5GHz) cand zaceau nevandute, la pret mic. Acum sunt raritati. Am mai "recoltat" cateva de pe placi video de la monitoare CRT de mare rezolutie. Le-am luat moca, de la cei care le aruncasera la tomberon. Sunt tranzistoare de putere medie (pnp si npn, capsula ca BD-urile) si Ft>1GHz, fabricate de Philips, tot prin placile finale video de la monitoare CRT.

Editat Octombrie 2, 2017 de VAX

[gsabac]

Eu stiam ca tranzistorii ca BD-urile din finalele video au F_T maximum 90MHz si merg de la 250V la 350V asemanator seriilor

BF457,8,9 sau BF257,8,9. Exista si PNP-uri pt video de 2W, BF472 sau BF872 la 70-90MHz care inca se gasesc de vinzare.

Am mai "recoltat" cateva de pe placi video de la monitoare CRT de mare rezolutie. Le-am luat moca, de la cei care le aruncasera la tomberon. Sunt tranzistoare de putere medie (pnp si npn, capsula ca BD-urile) si Ft>1GHz, fabricate de Philips, tot prin placile finale video de la monitoare CRT.

 

Intrebare zic eu care merită răspunsuri. Dacă curba de frecvenţă este lineară pînă la o anumita frecvenţă, nu are cocoaşe sau văi mai

mari de 1-5%, atunci care va fi răspunsul la impulsuri dreptunghiulare.

Deasemenea se pot face aprecieri ale răspunsului la semnale dreptunghiulare pentru diverse caracteristici de frecventa:

1 - suitoare la joasa frecventa si lineara pina la o frecventa maxima, ca o sonda de CA;

2 - lineara la joase si cu ondulatii la inalte sau la diverse frecvente din banda;

3 - lineara si cu panta coboritoare la inalte de tipul Bessel, Chebyshev de diverse ordine;

4 - suitoare sau coboritoare la inalta frecventa.

Trebuie precizat ca formula care da frontal Tf = 0,35 / Fmax(-3dB) este oarecum aproximativa si depinde de panta coboritoare

la frecventele limita de sus si se poate folosi la semnale fara supracresteri mari.

O remarca interesanta a lui @VAX, m-a facut sa analizez o sonda cu tranzistori bipolari la intrare sau cu SiGe, cu impedanta de intrare

100K in paralel cu 0,8-1pF. Se pare ca este fezabila direct pe CA, poate si pe CC.

In acest caz, frecventa limita de sus poate creste mult peste 2000MHz fata de FET-urile clasice care au limita la 1000MHz.

 

@gsabac

Editat Octombrie 3, 2017 de gsabac

[VAX]

Vedeti ce tranzistoare cu Ft>1GHz a produs Philips pentru monitoarele CRT de mare rezolutie (cu banda video >250MHz). Ce stiti dvs sunt tranzistoarele pentru finale video de TV-uri (BW<10MHz). Eu detin astfel de tranzistoare scoase de pe placi luate moca de la o firma care vindea echipament second hand. Au Ft>1,2 GHz, din cat imi amintesc. Le am puse in "depozit" (in debara) si mi-e greu sa mut toate cutiile, ca sa ajung la ele si sa va spun exact denumirea comerciala.

Am presupus ca ar fi bune si pentru amplificatoare Norton, de banda larga si cu zgomot mic (pentru RX), dar nu stiu ce factor de zgomot au, pentru au fost fabricate pentru finale video. Strapung la tensiune relativ redusa, sunt pentru finale video de tip cascoda, cu tranzistorul care suporta tensiune mare pus la "etaj", iar cel cu Ft mare la "parter".

Nici BFR95 nu au factor de zgomot mic, desi merg la frecventa mare.

 

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/16304/PHILIPS/BFQ162.html

Editat Octombrie 3, 2017 de VAX

[gauss]

Tranzistori " buni " din pdv al zgomotului ... Din pacate , se gasesc greu si sant scumpi . Le - a cam trecut epoca . Ma rog , totul e relativ .

Ca idee , o frecventa ridicata de taiere nu garanteaza zgomot redus .

 

 

http://pdf.dzsc.com/BFT/BFT66.pdf

Editat Octombrie 3, 2017 de gauss

[VAX]

Un tranzistor cu zgomot mic este 2SC3355. Am cumparat cand se gaseau la pret mic (1leu). Se fabrica si in varianta SMD (2SC3356, 2SC3357). Am cumparat in anul 1993 50 de 2SC3356, dar am ramas fara ele dupa ce sotia a facut curat si mi-a aruncat plicul de plastic in care erau. Sunt mici (SMD-uri) si nu si-a dat seama ce erau. Am patit ceva similar si cu niste diode tunel rusesti. Unele mi le-a aruncat mama, tot la o curatenie (erau intr-o ceasca de cafea din vitrina mobilei). Altele mi le-a aruncat femeia de serviciu, de pe masa din laborator. Avea cheie si intra sa faca curat in absenta mea. De atunci tin totul in cutii pe care este scris ce contin. Nu mai dau voie sa mi se faca "curat".

[Vizitator]

[...]

[...] analizez o sonda cu tranzistori bipolari la intrare sau cu SiGe, cu impedanta de intrare

100K in paralel cu 0,8-1pF. Se pare ca este fezabila direct pe CA, poate si pe CC.

In acest caz, frecventa limita de sus poate creste mult peste 2000MHz fata de FET-urile clasice care au limita la 1000MHz.

 

@gsabac

 

http://www.hpl.hp.com/hpjournal/pdfs/IssuePDFs/1993-10.pdf

pag. 31-37

[gsabac]

Multumesc @Traian-B, de mult timp am cautat o asemenea schema, dar m-am codit sa spun ca am studiat asa ceva,

pentru a nu publica o prostie pe forum. Schema analizata de mine este in poza.

La intrare este un atenuator compensat in frecventa iar banda finala este in poza.

Sonda este acum pe curent alternativ, dar este o tranzitie spre o sonda globala CC la cit o fi de sus.

Sus-ul asta depinde si daca voi putea vedea cum este construita sonda HP.

 

@gsabac

Editat Octombrie 3, 2017 de gsabac

[VAX]

Toate simularile dvs sunt cu Rg=50 ohmi, de asta iese asa de frumos raspunsul in frecventa. Cu Rg mare sonda este mai slaba ca una pasiva cu divizare 1/10.

Va rog sa ne dati simulari cu Rg mare, ca de asta se vorbeste de sonde cu Zi mare la intrare. Precizati cat sunt Ri si Ci la intrare.

Editat Octombrie 3, 2017 de VAX

[gsabac]

Toate simularile dvs sunt cu Rg=50 ohmi, de asta iese asa de frumos raspunsul in frecventa. Cu Rg mare sonda este mai slaba ca una pasiva cu divizare 1/10.

Va rog sa ne dati simulari cu Rg mare, ca de asta se vorbeste de sonde cu Zi mare la intrare. Precizati cat sunt Ri si Ci la intrare.

Asa sunt si testele pentru acest tip de sonde, testarea se face cu generator de 50 ohmi si mai nou,

peste 1Ghz, testarea se face cu generator de 20 ohmi.

Mai jos este tabelul cu masuratori si comparatia cu sonda LeCroy de 2,5GHz.

Tabelul cu masuratori:

Din masuratori si de pe schema se deduce ca impedanta de intrare la peste 20MHz

este pur capacitiva si egala cu 1pF. Daca asa au facut altii, de ce eu as fi mai breaz.

Nu se poate masura ceva cu o sonda de 0,5pF-1pF la frecvente ridicate si inalta impedanta,

doar se observa daca poate mai ramine ceva semnal si acesta modificat drastic de influenta sondei.

Poate la citiva MHz merge, dar mai sus nu.

Curbele de freventa:

In tabel este curba de frecventa LeCroy cu albastru si cea cu tranzistori bipolari cu rosu.

Se remarca ca in realitate nu se poate obtine 1pF real, ci putin mai mult, dupa cum arata sonda de firma.

Comparatia cu sonda pasiva 10:1, prin expresia " este mai slaba ca una pasiva cu divizare 10:1"

este incorecta deoarece sonda pasiva de 1,5 metri are de la 12pF la 15pF echivalenti la intrare,

iar sonda activa doar 1pF.

Numai dvs. postati despre sonde cu impedanta mare de intrare, eu postez despre sondele asemanatoare

cu cele reale pe care le fabrica firmele de profil.

Dupa intrebarea:

"Va rog sa ne dati simulari cu Rg mare, ca de asta se vorbeste de sonde cu Zi mare la intrare",

imi dau seama ca nu ati lucrat niciodata cu aparate sau produse de radiofrecventa si nu ati realizat

niciodata un produs care sa functioneze optim in domeniile US, VHF, UHF sau MW,

fie amplificator cu zgomot mic, fie amplificator cu mai multe etaje adaptate intre ele.

Nimic optim nu se poate face ochiometric, trebuie masurat si aceasta se poate face

numai pe sarcini adaptate.

Probabil ca nu cunoasteti ca 50 de ohmi este esenta realizarii si functionarii oricarui amplificator.

Desigur glumesc, sunt aparate calibrate si pentru alte impedante, de ex. 75 de ohmi.

Ati simulat sonda dvs. cu 0,1pF la masa si ati vazut ca mai merge la 10 MHz cu generator de 100K.

In realitate, odata construita va merge la o frecventa mult mai mica, datorita executiei.

Aceasta este curba de frecventa a sondei studiate de dvs.

 

Aceasta este curba de frecventa a sondei 10:1 cu tranzistori

Concluzia poate va este utila la anumite comparatii, despre care v-am mai spus ca nu isi au sensul.

 

@gsabac

Editat Octombrie 3, 2017 de gsabac

[VAX]

@gsabac

 

Comparati mere cu pere.

Simularea data de mine, la care va referiti, este de la sonda fara bootstrapare, cu Ci de cel putin 2pF si cu Rg=100k. Cu Rg=50 ohmi da la fel ca la dvs.

La varianta cu bootstrapare raspunsul in frecventa este bun pana la peste 100MHz, cu Rg=100k.

Sonda dvs, cu tranzistoare bipolare la intrare, nu se poate considera sonda cu Zi mare. Are Ri mic si Ci mare.

 

Eu am citit sute de articole, cu documentatii serioase, in reviste de fizica aplicata, unde sunt date informatii care nu sunt publicate la liber. Am experienta si nu sunt prost, sunt foarte logic, nu-mi dati lectii. Nu mai veniti cu argumentul ca asa a facut firma X sau Z, ca am vazut chestii mai dichisite, cu care s-a lucrat in cercetare, unicate, proiectate special pentru aplicatia respectiva. Nu iau pozitie de drepti cand aud de produse de serie mare fabricate de Tektronix, LeCroy, etc.

 

@cei care citesc acest topic

Impedanta foarte mare la intrare si mai ales Ci de ordinul 0,1pF se poate obtine numai cu circuite bootstrapate, nu cu repetoare simple. Pentru masurari pana la 50 MHz se pot obtine sonde care sa satisfaca cerintele respective, cu componente de serie mare. Mai sus de 50 MHz performantele se degradeaza. Cu componente mai performante se poate urca la peste 200 MHz. La GHz este cam poveste, dar la frecventa respectiva impedantele sunt mici oricum. Ganditi-va ca la 1 GHz reactanta unui condensator de numai 1 pF este de 160 ohmi. Tranzitoarele de RF utilizate au capacitati interne de minim 1 pF (colector-baza) si 5pF (baza-emitor). Si la JFET-uri sau MOSFET-uri (ex, BF998) capacitatile interne sunt de acelasi ordin de marime.

Se pot realiza sonde active care sa se comporte aproximativ ca sonda ideala, numai pana la 50MHz, putin fortat (cu supracrestere si neuniformitate) pana la 150MHz. Este foarte bine si asa, pentru ca se acopera tot domeniul de unde scurte si se pot face masurari de precizie la filtre (sonde de wobbler), la oscilatoare, etc.

[gsabac]

Sa folositi studiul acestor sonde, la care faceti referire, cu folos pentru dvs. si pentru cei interesati

in domeniile la care faceti referire si nu numai.

Eu nu sunt in stare decit sa studiez si sa copiez sondele facute de alti producatori, fie diy fie profesionisti.

Nu doresc sa inventez nimic, doar sa fac ce au facut altii acum 20 de ani, sa proiectez circuite imprimate,

sa fac diverse modificari si sa obtin in final o sonda folosibila.

Asa ca voi merge mai departe pe aceeasi cale "batuta" de altii.

 

@gsabac

Editat Octombrie 3, 2017 de gsabac

[sesebe]

Și eu am lucrat și lucrez cu echipamente mai rare / deosebite sau scumpe.

Din păcate @Gsabac cam are dreptate.

O sonda unicat, experimentala sau imposibil de multiplicat cu performante identice nu valorează aproape nimic. Este utila poate pt tine (ca persoana singulara) ca să te ajute sa înțelegi un fenomen dar cam atit.

Lucrind în cercetare ar trebui sa știi ca orice măsurătoare sau experiment pt a fi validat trebuie sa poată fi repetat cu aceleași rezultate în laboratoare diferite, ceea ce nu este posibil cu sonde unicat.

Bootstraparea pare pe hirtie o soluție bună, poate perfecta, dar ai testat-o practic domnule @Vax? Bootstraparea își pierde din eficienta pe măsură ce frecventa creste din cauza ca apare timpul de tranziție ceea ce duce la defazaj.

Ai postat la un moment dat o schema în care ai făcut bootstrapul după mai multe etaje ceea ce pe mine aproape m-a făcut sa rid.

Multa lume, și ma includ și eu aici, își face probleme legate de timpul de tranzit / intirzierea semnalului In-Out la un banal amplificator audio și unii chiar creează sau cel puțin agreează amplificatoarele fără feedback global iar tu insiști ca feed-back-ul de tip bootstrap este panaceul dar nu în audio frecventa ci în înaltă frecventa - sute de mega.

Dă-mi voie sa nu cred asta pina nu vad o realizare practica măsurată. Nu zic ca ar fi chiar imposibil dar este cel puțin foarte greu de pus la punct în practica.

Compensarea curbei căzătoare cu frecventa s-ar putea realiza printr-o curba de amplificare inversa, după cum am mai amintit și deci nu este chiar o problema insurmontabila. Probabil chiar asa sint realizate unele din sondele de la marii producători de echipamente de măsură.

Editat Octombrie 3, 2017 de sesebe

[gsabac]

Erata:

Arăt un calcul extrem de simplu cu 0,1pF la intrare şi calculez frecvenţa maximă la -3dB pentru generator de 100K:

F_3DB=1/(2*pi*R*C) = 1/(2*Pi*100K*0,1pF) = 1/(2*Pi *100.000*10^-13)=10^8/6,28=100.000.000/6,28=16,9MHz.

Atunci cum sa mearga o sonda cu 0,1pF la 100MHz, ar trebui 0,01pF, care doar pe hirtie sau ecran se pot realiza,

sau cu ceva practic care nu se poate face, dar se pot da sfaturi pentru realizare.

 

@gsabac

Editat Octombrie 3, 2017 de gsabac

[VAX]

Asa lucreaza bootstraparea, creste enorm Ri si micsoreaza Ci, adica pe ansamblu creste Zi. Alta solutie practica nu exista, daca vrei sa obtii performanta maxima de la o sonda cu Zi mare. Chiar daca vi se pare incredibila capacitatea de la intrare de ordinul 0,01pF, este realizabila prin bootstrapare. Intrarea (poarta tranzistorului FET si elementele care se conecteaza la ea) se lasa in aer, pentru capacitate parazita minima. Se pune inel de garda bootstrapat si la varful sondei. Ati vazut ca sunt realizari industriale de acest gen, nu este poveste.

Am lucrat cu circuite cu bootstrapare la frecventa mai joasa (sute de KHz), la lucrari de laborator de Fizica Solidului si Semiconductoarelor. Am folosit sonda activa simpla (cu JFET fara bootstrapare) tot la laborator (DCE - studiul rezonantei la circuitele RLC), la frecventa de maxim 15 MHZ.

Cand voi avea timp disponibil, am sa construiesc si o sonda de RF cu bootstrapare, care sa mearga pana la 100 MHz. Mai mult nu ma intereseaza. Am nevoie de astfel de sonda, cu detector dupa ea, pentru wobbler. Oricat ar fi wobblerul de bun, fara o sonda speciala nu permite determinari de precizie.

[gsabac]

De multe ori am proiectat si am realizat module din aparate cu circuite MMIC de la Mini Circuits, MAR si ERA,

dar toate au fost de RF sau MW, in general de la 100MHz la 6GHz. Totusi in documentatii se specifica

ca se pot folosi de la CC pina la freventa maxima din catalog, insa nu am descoperit nicio nota de aplicatie,

schema sau idee cum se pot folosi pe CC.

O sonda activa, de mare impedanta folosibila intre 500KHz si 500MHz, se poate realiza cu un circuit MAR-8A sau echivalent,

4:1 si 3400 ohmi // Cparazit si 8Vvv la intrare, are urmatoarea schema:

Este de mare impedanta deoarece ea este de 68 de ori mai mare decit impedanta de lucru.

La adresa: http://www.nutsvolts.com/magazine/article/november2010_reed

sunt date amanunte de constructie si descrierea functionarii. Ceva mai simplu nici ca se poate.

Sunt si scheme pasive adaptate in 50 de ohmi realizate diy, care functioneaza pina la GHz si

in general sunt 10:1 (500ohmi) sau 20:1(1Kohm).

 

@gsabac

Editat Octombrie 4, 2017 de gsabac