Generator FEPG

Spis treści

b_150_0_16777215_00_images_warsztat_elek_fepg_fepg00.jpg

Generator FEPG

Pierwszym co postanowiłem sprawdzić po rozpakowaniu oscyloskopu UTD2052CEX  to sprawdzenie to co "cyfrówka" może mi pokazać?

Wygrzałem oscyloskop, skalibrowałem sondę. Podłączyłem monolityczny generator kwarcowy 50MHz (pasmo przenoszenia oscyloskopu) i zobaczyłem 40MHz na ekranie :(zniekształconą sinusoidę. A (oczekiwałem, że :/ ) winien być sygnał TTL. Po podłączeniu generatora 40MHz obraz na ekranie oscyloskopu też niewiele się zmienił.

Pierwsza myśl: coś "nie tak" z sondą? Ale po podłączeniu (dotychczas używanej) sondy P2100 100MHz i otrzymałem... podobny obraz.

Uznałem, że gdzieś popełniam błąd. Już wiem, że były nimi:

  • zbyt długi (oryginalny) kabelek łączący masę sondy z masą badanego układu. Nie, nie proponuję jego skracania, a jedynie warto wiedzieć co on "daje",
  • (w pierwszej chwili) nie uwzględnienie, tego że przebieg prostokątny jest wynikiem zsumowania częstotliwości podstawowej oraz (nie)skończonej liczby jej harmonicznych o częstotliwości:
    fh=(2k+1)*fp,
    gdzie k=0,1,2,3,4,5,...
    fp - częstotliwość podstawowa).
    Amplituda poszczególnych harmonicznych jest odwrotnie proporcjonalna do krotności harmonicznej:
    strong>Uh=1/n*Up; n=fh/fp;
    gdzie: fh - częstotliwość harmoniczna, fp - częstotliwość podstawowa, Up - amplituda sygnału częstotliwości podstawowej).

Brak lub silne stłumienie wyższych harmonicznych (3 harmoniczna 50MHz to 150MHz, czyli daleko poza pasmem oscyloskopu. O wyższych już nie wspominam.) na drodze pomiędzy źródłem sygnału a oscyloskopem (np. przez kable) przejawia się w wydłużeniu czasów narastania i opadania i/lub pojawieniem się wgłębienia w części "poziomej" przebiegu.

Warto pamiętać o tym, że im wyższa częstotliwość podstawowa tym odstępy pomiędzy kolejnymi (nieparzystymi) harmonicznymi coraz większe. I ich tłumienie również.

Podstawowe informacje dotyczące własności kabli współosiowych można również znaleźć w Wikipedii (coaxial cable). Proponuję wersję angielską, gdyż polska niewiele zawiera.

Mimo to postanowiłem zweryfikować jak tor Y oscyloskopu reaguje na szybko narastające i opadające zbocza.

Na początku - niestety - drobne rozczarowanie. Sygnał wykorzystywany do kalibracji sondy do tego się nie nadaje. Nie chodzi o częstotliwość (ok. 1kHz). Czasy narastania i opadania są trudne do akceptacji. Obrazek obok wyjaśnia wszystko.

Wolno, bardzo wolno...Na marginesie: proponuję przy tak "zapiętym" obwodzie włączyć "Measure", z aktywnym pomiarem czasu narastania (Rise) dla kanału CH1. U mnie dla M=200ns czas narastania (Rise) wyniósł (średnio) 588ns.

A następnie zmieniaj nastawę "podstawy czasu". Obserwuj jak zmienia się wartość "Rise". Przy M=100us czas Rise został wyliczony (chyba z ekranu) na... 4us. Aha, warto wiedzieć!

Uznałem, że nie ma innej metody niż zbudowanie własnego generatora o szybko narastających zboczach. Po angielsku zwanym: Fast Edge Pulse Generator. Jak zwykle nieocenione w tym zakresie okazały się zasoby Internetu. W tym te stworzone przez krótkofalowców.

Potem zbudowałem również moduł umożliwiający bezpośrednie podłączanie do wejścia oscyloskopu monolityczne generatory kwarcowe (QCO) w obudowach DIL8 lub DIL14. Opisałem to w wątku pt. Moduł QCO. Mała rzecz, ale cieszy.


Projekt Alana Wolke W2AEW

Tutaj można zapoznać się z praktycznym wykorzystaniem przez Alana (pracownika firmy Tektronix) generatora FEPG. Projekt jest genialny  nie tylko w swej prostocie, ale również - co nie mniej istotne - tani! Po podliczeniu wszystkich kosztów okazało się, że uzbierało się tego mniej niż 10zł. Robocizna - 1 popołudnie. Efekty - więcej niż zadowalające.

Schemat

Schemat FEPG

Schemat tak prosty, że w zasadzie nie ma co powiedzieć. Z sześciu inwerterów układu 74AC14 (prototyp wykonałem z 74HC14D):

  • 1 inwerter pracuje jako generator RC,
  • pozostałych 5 zostało połączonych "równolegle".

Ponieważ chciałem, by ten układ był "autonomiczny" wyposażyłem go dodatkowo w moduł zasilania (zabezpieczenie przed odwrotnym połączeniem oraz stabilizator napięcia +5V).

Płytka generatora

Płytka FEPG

Alan swój projekt zrealizował wykorzystując montaż przestrzenny ("na pająka") w oparciu o element THT.

Ponieważ przewidywałem, że z układu będę korzystał często postanowiłem wykonać go w technologii SMD (0805 i 1206). Generator ma wg. moich założeń stanowić monolit w wtykiem BNC. Elementy na płytceZaprojektowałem płytkę. Rysunek obok może służyć do wykonania "prasowanki" (to już jest lustrzane odbicie). Za "jednym zamachem" 4 sztuki.

W zasadzie może być ona wykonana z laminatu jednostronnego. Ja wykorzystałem dwustronny, bo taki miałem.

O uruchamianiu nie będę wspominał, bo układ sam się uruchomił po podłączeniu zasilania.

Mechanika

Na wstępie kilka uwag:

  • w miejscu JP2 (wyjście sygnału) przewierciłem 2 otwory 0,9mm, włożyłem kawałek srebrzanki (0,8mm), zagiąłem w "U", tak by "patrzyła" w kierunku gniazda i wlutowałem. Do srebrzanki dolutowuję środkowy bolec wtyku BNC. Długość srebrzanki reguluję (przed dolutowaniem bolca) tak, by bolec nie wystawał z wtyku,
  • na krawędzi płytki wzdłuż dłuższego brzegu przewierciłem 5-6 otworów 0,5mm. W celu połączenia (obustronnie) mas i przewlokłem przez nie kynar, który oblutowałem,
  • (tantalowe) kondensatory C3 i C6 zamontowałem nie od strony elementów SMD. Otwór dla elektrod "+" (podobnie jak "+" zasilania) sfrezowałem od strony masy wiertłem 3mm.

Jak już wspominałem chciałem, by generator był zintegrowany z wtykiem BNC. I tak też zrobiłem. Wykorzystałem wtyk BNC nakręcany na przewód (chyba) RG56. Istotna tu jest kolejność montażu:Prototyp

  • odpowiednio obciąłem korpus wtyku BNC,
  • wykonaniu na nim nacięcie w które wchodzi płytka generatora,
  • przylutowałem środkowy bolec wtyku do ścieżki sygnałowej (trzeba zwrócić uwagę by bolec nie był zbyt krótki lub zbyt długi),
  • wlutowałem w gniazdo płytkę.

Pomiary

To miałemNadeszła chwila prawdy. Przypomnę sygnał z generatora do kompensacji sondy (czas narastania ok. 590ns).

Spodziewając się, że generator FEPG będzie zdecydowanie szybszy. Podstawę czasu ustawiłem na 10ns/div. 20 razy krótszy niż poprzednio. To był dobry wybór.

Sygnał z generatora FEDGGenerator wpiąłem do gniazda wejściowego CH1. Podłączyłem zasilanie.

Strome zbocza. Symetryczny w obrębie wierzchołków fazy wzrostu i opadania. Tego się spodziewałem i wynik mnie nie rozczarował. Sygnał był stabilny. Pozostało już tylko zbadanie przebiegu z wykorzystaniem sondy UT-P03 60MHz.

Sonda UT-P03 w konfrontacji z generatorem FEPG

Pomiar 1-szySondę ponownie skompensowałem. Oscyloskop był już wygrzany.

Z reguły pomiary sondą wykonuje się przy ustawieniu przełącznika podzielnika 10:1. Tak też zrobiłem. Po uruchomieniu generatora na ekranie ukazał się następujący przebieg. Nie tylko kształt się zmienił, ale i napięcie jest "ciut" wyższe.

2-gi pomiarPo przełączeniu sondy na współczynnik podziału 1:1 efekt był zgodny z oczekiwaniami. Ale też mnie nie ucieszył. Dlaczego - to widać! Czas narastania zbocza zdecydowanie się zwiększył. Cóż tu można dodać.

Kolejnym etapem eksperymentu był pomiar sygnału wyjściowego z tym że generator FEPG podłączyłem do oscyloskopu za pośrednictwem kabla koncentrycznego o długości ok. 1m. Bez żadnej kompensacji. Tylko dwa wtyki BNC - na początku i końcu. Czyli minimalna "długość" uziemienia, ale też brak kompensacji kabla.

Zwykły "kabelek"Warto pamiętać, że obserwowałem przebiegi generatora o częstotliwości akustycznej! Ok. 3,64kHz!

Na zakończenie skonstruowałem własną "zapinkę uziemiającą". Jest ona wykonana z cienkiej (0,5mm) blaszki miedziane (i paru innych, drobnych elementów). Nacisk położyłem na tym, by zapinka miała jak najmniejszą indukcyjność.

SpinkaZ generatora FEPG uzyskano przebieg zadowalający. Zwróć uwagę na brak poprzednio występującego "Overshoot"-u.Ale na 40 MHZ... zmiany niewielkie. Choć zauważalne.

I nie będę ukrywał, że to co zobaczyłem trochę mnie zaskoczyło. Zanim sformułuję jakieś wnioski - muszę trochę pomyśleć. I odpocząć.

Jeśli jesteś zainteresowany tym co jeszcze udało mi się zrobić z lutownicą w ręku zapraszam do Warsztatu krótkofalowca.