¿Circuito de sonda para medir una tensión superior en el osciloscopio?

Question

El único osciloscopio que tengo es un pequeño DSO138 (la sección de entrada está en la parte superior izquierda de la página 4 en el PDF enlazado). El osciloscopio tiene un límite de 100Vpp (en realidad sólo muestra 80Vpp). En la atenuación más alta (100x), hay 1V de entrada al primer op-amp.

Quiero ver la salida de un transformador reductor. El secundario del transformador muestra 40V AC en mi multímetro. Suponiendo que esto se acerque al valor RMS, el pico sería de 56,5V y de pico a pico de 113V. Esto es ligeramente superior a lo que debería poner en el osciloscopio.

¿Cómo puedo atenuar la señal? ¿Funcionará un par de resistencias de 100K como divisor de tensión (con la entrada ajustada a 100x en el osciloscopio)? ¿Tendré que colocar algún condensador? Probablemente nunca lo usaré para más de 200Vpp, pero hay un proyecto de amplificador de audio en camino. Si puedo hacer una sonda decente para ver 100-200Vpp, será útil.

Todos los consejos serán útiles. Mis conocimientos de electrónica son bastante limitados (pero no puedo salir a comprar una sonda o un osciloscopio adecuados todavía). Además, nunca he utilizado un alcance real.

Aquí está la sección de entrada del ámbito de aplicación:

editar: Por lo que he entendido, los osciloscopios estándar vienen con una resistencia de 50Ohm y 1M en su interior, y las sondas son 1x/10x/100x/1000x con referencia a eso, siendo 10x lo más común. ¿Es este multiplicador XXXx con referencia al primer voltaje de entrada del amplificador operacional (en algún lugar alrededor de 0-1V)? Eso significaría que mi osciloscopio ya tiene los circuitos de sonda 1x, 10x y 100x incorporados, ¿verdad? ¿Significaría eso que usar un divisor pasivo adicional de 10x me daría resultados muy poco precisos? ¿Los osciloscopios se utilizan principalmente para ver formas de onda en el rango de 0-10V?

Otra pregunta: El opamp de entrada TL084 tiene una corriente de polarización de 30pA (máximo 200pA). Con la entrada 100K en el rango más bajo, eso significaría que mis rangos más bajos no están protegidos hasta 100Vpp. ¿Sólo están protegidos hasta +=5V y +-50V, aunque haya una resistencia de 100K en la entrada del rango más bajo?

Answer 1

OK, así que para responder a mi propia pregunta.... A pesar de lo que se muestra en los esquemas, a pesar de que R4 es en realidad una resistencia de 2M que está soldada en la placa, la impedancia de entrada del osciloscopio DSO138 es de 1 MegOhms (en todos los rangos, 1V, 0,1V y 10mV). ¿Raro? Sí, y no tengo respuesta a eso.

Empecé consiguiendo resistencias por valor de ~18 Megohms y cuatro condensadores de 47p en serie e hice una sonda (completa con soporte de bolígrafo y todo) y me di cuenta de que se había convertido en una sonda cercana a 20x (compensada con un condensador de 150p en el conector BNC para dar una salida cuadrada con la frecuencia de prueba de 1KHz). La atenuación era mayor en DC (cerca de 20x) que en 50Hz (cerca de 18x) o 1KHz (cerca de 16x).

A continuación, tengo resistencias de 9 megas, medidas con precisión con el multímetro. Conecté siete tapones de 100p en serie, y los conecté en paralelo a las resistencias. La lectura es casi exactamente 10x en DC y el pulso de prueba de 1KHz. Apenas se necesita compensación.

Los tapones son necesarios en todo lo que no sea CC. Incluso a 50Hz, la salida se distorsiona sin los tapones, casi una onda triangular. Por lo tanto, no es posible medir el voltaje o hacer algo útil con sólo un divisor de resistencia, incluso a 50Hz.

Consejos: Los condensadores cerámicos SMD se agrietan fácilmente. No los sobrecalientes ni apliques presión debido a la flexión de la placa (yo usé una PCB fina de 5mmx40mm). Es mejor conectar la cadena de condensadores con cables flexibles en ambos extremos. Se necesita un montón de tapones y unas cuantas resistencias en serie para aumentar la tensión nominal. Las resistencias pasantes de 1/4 W tienen un valor nominal de 250V, las tapas tienen un valor nominal de 50V. Utilicé 4 resistencias y 4 tapones para el 20x, así que un máximo de 200Vpp. 4 resistencias y 7 tapones en el 10x, me da un máximo de 350Vpp. Es mejor utilizar un margen de seguridad y no ir al límite, especialmente en las frecuencias más bajas.

La simulación de Spice no coincide exactamente con los resultados reales debido a los cambios de capacitancia en los condensadores, así como debido a la construcción (y el cable coaxial). Estimo que la impedancia del DSO138 es de 1Meg y la capacitancia de entrada <100pF.

Answer 2

Deberías ir a comprar una sonda de alcance 10:1, preferiblemente para el alcance que tienes. Como puedes ver, la impedancia de entrada de tu osciloscopio es bastante compleja, por lo que tener un divisor de tensión adecuado puede ser un reto. Para algunas ideas, mira como esta respuesta

Pero si tu fuente tiene una impedancia más bien pequeña, y el rango de frecuencias esperado está por debajo de unos pocos kHz, un simple divisor de tensión de 90 kOhm a 10 kOhm hará el trabajo.

Sólo tienes que asegurarte de que la bobina secundaria de tu transformador no está conectada a ninguna CA, y está flotando.

Answer 3

Se trata de una sonda común de 10x ( https://www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/Typical_schematic_for_X10_Passive_Probe.jpg ). Se trata de un divisor de tensión RC que utiliza una resistencia/capacitor de oscilaciones internas como parte del circuito.

Aquí hay algo de teoría detrás del diseño de la sonda para manejar rangos de frecuencias:

• http://emcesd.com/1ghzprob.htm
• http://www.repairfaq.org/sam/hvprobe.htm
• http://www.sigcon.com/Pubs/straight/probes.htm

Del sitio hvprobe.htm:

Una parte importante del esfuerzo de diseño (y del coste) de la alta tensión de alto voltaje tiene que ver con el problema de cómo pasar suavemente de un resistivo a bajas frecuencias, a un divisor capacitivo a altas a un divisor capacitivo a altas frecuencias, manteniendo un valor de atenuación frecuencias medias. Esto no es fácil. Considere, por ejemplo, que un que el extremo de alta Z de la sonda debe actuar simplemente como un de la sonda actúe simplemente como una antena (¡como hacen algunas sondas de alta tensión! es decir, conectar a tierra la punta de la sonda y todavía ver grandes señales en la salida). Este escudo actúa como una capacitancia a tierra para la resistencia HV resistencia, dirigiendo parte de la corriente de alta frecuencia que se supone que a la salida, a tierra. Por lo tanto, en alguna frecuencia media hay una caída. Esto se soluciona de varias maneras: con escudos conectados a la punta de la sonda (pero dentro de la tierra), condensadores que evitan la resistencia, construcción de resistencias especiales, etc. La mayoría de las soluciones pueden fácilmente causar una región con una joroba de respuesta, así como un dip, o incluso ambos. Por cierto, estos problemas son mucho más difíciles si uno busca hacer una sonda con carga capacitiva muy baja y una respuesta de alta frecuencia.