Blocul de DEVIATIE PE VERTICALA (BDV) cu intrare UNICA

Blocul de deviaTie pe verticalA (BDV) cu intrare unicA

1. Functii realizate

Cu intrare asimetrica si iesire diferentiala (ambele pentru marimi de tip tensiune) BDV este in esenta un amplificator de banda larga (cc x 100 MHz ) cu factor de transfer reglabil; principalele functii realizate sunt:

modificarea factorului de scara asa incat sa se obtina dimensiuni convenabile ale imaginii pe ecran cand tensiunea de intrare are valori in domeniul mVx10V;

deplasarea imaginii pe intreaga axa Y a ecranului, prin offsetarea intrarii ;

deriva de temperatura neglijabila (Ky/10 la o variatie de 10^oC );

cuplare, in c.c. sau c.a., la intrarea In_y;

rezistenta de intrare constanta ,independenta de factorul de scara Ky, si capacitate de intrare cat mai mica.

2. Structura principiala a BDV

Avand in vedere ca nivelul maxim al tensiunii de iesire al BDV este uzual 100300V, ca banda de frecventa incepe din c.c. si are deschiderea de 20..200MHz, ca impedanta de intrare este mare iar nivelul derivei mic, BDV reprezinta un amplificator de tensiune performant.

Forma bloc a BDV este reprezentata in fig.6.2.5 in care: ATy‑atenuator rezistiv (de tip cu rezistenta de intrare constanta si compensat in frecventa); EA 1,2 ‑etaje de amplificare; LI‑linie de intarziere (cu intarziere tipica de 200ns); EAT ‑etaj final de amplificare; AS‑ amplificator de sincronizare, oferind o tensiune u_s(t) proportionala cu u_y(t) sau cu ‑u_y(t), ceea ce permite selectia pantei initiale a imaginii lui u_y(t)-.

Comutatorul Ky permite cuplajul, direct (c.c.) sau in c.a., la tensiunea de la Iny sau o tensiune nula de intrare (utilizata pentru fixarea orizontalei ecranului ce defineste zero volti); in cazul cuplarii in c.a. banda de frecventa (la -3dB) a BDV este inferior limitata la 10..30 Hz iar componenta maxima de c.c. este de 100300V.

3. Atenuator rezistiv cu rezistenta de intrare constanta, compensat in frecventa

A. Un atenuator rezistiv compensat in frecventa repre-zinta o constructie pasiva, ce are intr-o banda de frecventa cc f_M , acelasi factor de divizare (evident cel din .c.c); com-pensarea in frecventa este necesara datorita capacitatilor parazite ce insotesc constructia efectiva a atenuatorului (capaci-tati echivalate prin condensa-toare in paralel cu fiecare rezistenta a atenuatorului).

B. Structura tipica a unui atenuator rezistiv, cu trepte de atenuare multiple si selectabile, cu intrare si iesire asimetrice, cu rezistenta de intrare constanta, compensat in frecventa este prezentata in fig.6.2.6., schema in care: R , Rj, j=1..n, rezistente ce fixeaza factorii de atenuare; kj, j=1..n comutatoare de selectia factorilor de atenuare, functionand in regim de multiplexor -la un moment dat doar a cheie poate fi inchisa-; Cj, j=0..n, condensatoare de compensare, primele n-1 avand si componenta variabila (deoarece comensarea in ferecventa a unei constructii de atenuator nu se poate face decat experimental -pe constructia efectiva a acestuia-).

C. Notand cu capacitatea echivalenta parazita ce exista in paralel cu R_j, pentru j=0..n, scriind factorii de divizare in c.a. ai constructiei din fig.2.2.6, se observa ca acesti factorii sunt identici cu cei corespondenti din c.c. -deci divizorul este compensat in frecventa- numai daca este indeplinita conditia:

, pentru orice j=0..n (6.2.2)

D. Pentru divizoarele rezistive din atenuatoarele osciloscoapelor (la fel precum cele pentru intrari de tip tensiune din alte echipamente) dimensionarea se face pe baza urmatoare-

lor conditii:

valoarea impusa a rezistentei de intrare, R_in

subdomeniile de intrare, , cu j=1..n -valorile U_in,jN crescand cu valoarea indicelui j- si valoarea unica a domeniului de iesire; aceasta modalitate ofera indirect factorii de scara. Daca cea mai mica valorea nominala a intrarii este identica cu valoarea nominala de iesire atunci perechea R , C lipseste.

Tinand cont ca in cazul cand atenuatorul functioneaza in gol si in c.c., pentru orice cheie k_j inchisa rezistenta de intrare este , iar pentru cheia k_j inchisa este valabila relatia:

, (6.2.3)

rezuta relatia de calcul recurent:

, (6.2.4)

aplicabila in ordinea j=n, n-1,,1; R rezuta din: .

Valorile capacitatilor suplimentare Cj, j=0..n, de tip semireglabil se determina din conditia de realizabilitate (valori in gama1..100pF).

Observatie: Conditia de functioare in gol a atenuatorului, ce asigura ca rezistenta de intrare si factorii de divizare sa fie cei prestabiliti, implica prezenta -dupa atenuator- a unui etaj electronic cu mare impedanta de intrare.

E. Atunci cand numarul factorilor de atenuare este mare (8..16, precum in cazul osciloscoapelor) este costructiv mai avantajos sa se cascadeze mai multe atenuatoare, deoarece in acest caz numarul maxim de factori de atenuare posibili este egal cu produsul factorilor de atenuare al tuturor atenuatorelor cascadate.

F. Multiplexorul kj, j=1..n poate fi realizat efectiv cu ajutorul unui comutator rotativ (pe care sunt plantate si componentele atenuatorului)-cazul osciloscoapelor analogice- sau cu ajutorul unor relee (electromecanice sau Solid State) ce permit automatizarea comutarii factorului de atenuare -cazul osciloscoapelorcu memorie numerica (DSO)-.

4. Sonde de masurare

Cuplarea intrarii Iny la punctul de masura se face prin intermediul unei sonde de masura (SOND) compusa din capul de masura (CAM) si cablu (CAB). SOND pot fi unitoare sau atenuatoare; pentru utilizari speciale (vizualizari de semnale mici si de inalta frecventa) se construiesc si sonde amplificatoare (continand in CAM un amplificator cu intrare pe FET).

Pentru a largi domeniul de utilizare al osciloscopului se construiesc si Sonde de curent, ce permit vizualizarea -in conditii de izolare galvanica- a unor curenti in gama mA A cu frecventa in domeniul cc. .. 50MHz.

1B. Sonda unitoare de tensiune

O sonda unitoare de tensiune, este in esenta un cablu coaxial (CAB) prevazut cu elemente de cuplaj spre osciloscop (mufa BNC) si spre punctul de masura (de tip varf+clema).

O asemenea constructie are la nivelul punctului de masurare impedanta de intrare Ri (Ci+Cp), (Ri,Ci) caracterizand OSCA, Cp=40..80pF caracterizand SOND (in principal CAB). Cresterea importanta a capacitatii in punctul de masurare prin plasarea SOND unitoare exclude folosirea acesteia la testari in tehnica curentilor slabi (cand capacitatile de sarcina acceptate sunt in gama 10..100pF).

2B. Sonda atenuatoare de tensiune

Schema unei variante de sonde atenuatoare (Tektronix, Philips) este prezentata in fig.6.2.7.a, in care se identifica CAM-capul de masura- cu o structura pasiva; in fig.6.2.7.b se prezinta schema echivalenta a ansamblului sonda + OSCA(BDV). Rezistentele R ,R asigura factorul de divizare al sondei (uzual 1:10 sau 1:100), iar C -reglabil- permite compensarea in frecventa a factorului de divizare pentru ansamblul sonda+osciloscop.

Daca K_A este factorul de atenuare al SOND, acelasi in toata banda de frecventa (deci si in c.c.), rezulta conditia R_i R_i+R₁)=K_A; compensarea in frecventa a ansamblului sonda-

osciloscop implica, dupa relatia (6.2.2), conditia: C₁R₁=(C_c+C_i)R_i. Din cele doua conditii rezulta pentru C₁:

C₁ C_c+C_i)R_i/R₁=(C_c+C_i)K_A/(1-K_A)K_A(C_c+C_i),    (6.2.5)

aproximarea fiind valabila deoarece K_A<<1 (uzual K_A=0.1 sau 0.01).

In punctul de masura impedanta de intrare a ansamblului SOND+OSCA este aproximativ (R_i/K_A (C_c+C_i)K_A), ceea ce inseamna performante imbunatatite fata de sonda unitoare; daca de exemplu: C_c=40pF, C_i=20pF, K_A=1/10 rezulta, la nivelul punctului de masurare C_echivC₁=6pF fata de 60pF cu o sonda unitoare.

Pentru ca sondele atenuatoare se pot utiliza cu orice osciloscop dar C_i este diferita de la un osciloscop la altul, condensatorul C₁ este reglabil, fiind obligatoriu ca inaintea utilizarii unei sonde atenuatoare sa se verifice compensarea ei corecta. In acest scop orice osciloscop ofera un semnal de test de 1 kHz dreptunghiular; sonda de masura este corect reglata daca imaginea semnalului de test are fronturi cat mai scurte iar supracresterea este minima.

Utilizarea sondelor atenuatoare este obligatorie in vizalizarea semnalelor asociate circuitelor numeri-ce, in special atunci cand se analizeaza evolutii corelate (masurandu-se intarzieri, timpi de crestere sau de cadere).

3B. Sonda de curent

De tip 'Cleste' sonda de curent este in esenta un compensator inductiv, ce foloseste ca senzor al echilibrului un traductor Hall.

Un traductor Hall este constituit (fig.7.2.8) dintr-o placuta paralelipipedica din material semiconductor (de obicei de InAs sau InSb) careia i se ataseaza patru electrozi: doi (1, 2 de tip suprafata) -prin care circula un curent de excitatie, I_c- si doi de tensiune (3, 4 de tip punctual) intre care se culege tensiunea de iesire a traductorului, U_h

Introdus intr-un camp magnetic, tensiunea de iesire a traductorului este proportionala cu produsul I_cB_n, B_n fiind componeta normala pe suprafata placutei a inductiei camplului magnetic. Teoretic traductorul se comporta ca un inmultitor in patru cadrane, intr-o banda de frecventa c.czeci de MHz; practic dependenta teoretica este afectata de numeroase erori, ce fac din traductor un mijloc de masurare putin precis (nelinearitatea este peste 0.5%, eroarea de temperatura poate fi importanta).

Atunci cand traductorul este folosit ca indicator de zero, conteaza numai sensibilitatea lui si se pot obtine mijloace de masurat interesante; folosind o metoda de comparatie -cu traductorul Hall drept indicator de zero- s-au realizat recent bune traductoare de curent cu izolare galvanica, cu banda de frecventa cczeci de kHz si nelinearitate sub 0.5% (firma LEM).

Structura principiala a sondei de curent cu traductor Hall este prezentata in fig.6.2.9, in care: 1- miez magnetic, cu armatura mobila 2, formand 'clestele' ce cuprinde conductorul 4, prin care circula curentul de masurat. Traductorul Hall, 3, este cuprins intr-o bucla de reactie negativa -formata din amplificatorul de eroare, 5 si infasurarea de compensare, 6.

Atunci cand bucla de reactie este stabilizata, fluxul prin circuitul magnetic este practic nul, deci intre curentul prin 4 si curentul prin rezistenta 7 exista un raport dat de numarul de spire al lui 4 si 6. Spre osciloscop se trimite (8) caderea de tensiune pe 7, deci o tensiune proportionala cu curentul de masurat (ce circula prin 4).