Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2012
Часть 1 - Общие сведения, схема согласования, тактирования и делителя частоты
Примеры активных восстанавливающих фильтров
На Рисунках 7 и 8 представлены схемы активных RC фильтров, хорошо выполняющих функции ограничения спектра. На Рисунке 7 показана схема активного фильтра Саллена-Ки второго порядка, при стандартных номиналах резисторов и конденсаторов имеющего частоту среза порядка 39 кГц. Для этого фильтра хорошо подойдут сдвоенные низковольтные rail-to-rail операционные усилители AD8042 и AD822. Коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания равен +1.
 |
|
| Рисунок 7. | Фильтр нижних частот Салена-Ки с полосой пропускания 39 кГц. |
Второй вариант фильтра показан на Рисунке 8. Фильтр второго порядка с многопетлевой обратной связью при стандартных номиналах резисторов и конденсаторов имеет частоту среза около 33 кГц. Коэффициент передачи фильтра в полосе пропускания равен –1, поэтому, для правильного отображения осциллограмм, в программе осциллографа необходимо активировать режим инвертирования, нажав соответствующую кнопку.
 |
|
| Рисунок 8. | Фильтр нижних частот с многопетлевой обратной связью и частотой среза 33 кГц. |
Питание схемы
УВХ AD783 и операционным усилителям в восстанавливающих фильтрах необходим двуполярный источник питания. В простейшем случае его можно заменить шестью батареями типоразмера AA, три из которых обеспечивают напряжение +4.5 В, а три другие – напряжение –4.5 В. Возможно, также, использовать одну 9 В батарею с резистивным делителем, середина которого будет выполнять функции «земли». Средняя точка должна быть буферизирована с помощью операционного усилителя, чтобы обеспечить отвод любого тока, необходимого схеме. Альтернативное решение –линейный стабилизатор для получения напряжения порядка 4.5 В относительно отрицательного полюса батареи и использования его в качестве базовой «земли».
Еще одним вариант – питание от напряжения +5 В интерфейса USB. Отрицательное напряжение –5 В можно получить с помощью DC/DC преобразователя на микросхеме ADM8829 фирмы Analog Devices, или ICL7660 фирмы Intersil. При таком решении особое внимание потребуется уделить устранению шумов, создаваемых DC/DC преобразователем.
Входные аттенюаторы
Малосигнальная полоса пропускания AD783 намного шире полосы пропускания для большого сигнала. Если включить перед УВХ резистивный аттенюатор 1:10, ограничивающий размах входного сигнала, можно получить полосу пропускания, превышающую 20 МГц. Но лучше использовать специальные щупы. Относительно недорогие щупы предлагает компания Syscomp Electronic Design (Рисунок 9).
 |
|
| Рисунок 9. | Осциллографические щупы P6040 с коэффициентами деления 1:1/1:10 и полосой пропускания 40 МГц. |
На момент написания статьи в дешевой ценовой категории предлагались также:
- Щупы для осциллографа 10:1 (GT-P6020) с полосой пропускания 20 МГц, стоимость $19.50 за пару, производство HobbyLab;
- Универсальные щупы 100 МГц (P2100) и 60 МГц (P2060), стоимость $10 каждый от компании Gabotronics.
Использование щупов
Щупы P2100, с делителем 10:1 и диапазоном компенсации входной емкости 10 … 35 пФ использовались совместно с приставкой и программой Soundcard Oscilloscope [2]. Полученные в результате осциллограммы представлены на Рисунках 10, 11, 12. Входной импеданс приставки с этими щупами равен 10 МОм/18 пФ, при диапазоне допустимых входных напряжений до ±30 В.
Для демонстрации работы входного каскада с УВХ сначала была произведена частотная компенсация щупов с использованием прямоугольного сигнала 1 кГц. Ниже показаны осциллограммы, полученные с помощью приставки при различных частотах сигналов. На Рисунке 10 – осциллограммы сигналов прямоугольной формы амплитудой 5 В п-п с частотой 1 МГц (а) и 50 МГц (б). В каждом случае частота выборки устанавливалась такой, чтобы частота преобразованного сигнала составляла порядка 500 Гц. При этой частоте реакция практически всех звуковых карт будет одинаковой, и различия их характеристик можно не принимать во внимание. Соответствующая эффективная скорость развертки составляла 500 нс/дел для осциллограммы на Рисунке 10(а) и 10 нс/дел для осциллограммы на Рисунке 10(б). Усиление входного каскада звуковой карты устанавливалось с помощью управляющей программы таким образом, что бы амплитуда сигнала 1 МГц воспринималась программой как 1.072 В п-п, а сигнала 50 МГц – 762.2 мВ п-п. Отношение 0.762/1.072 очень близко к –3 дБ. Измерения показали, что при совместном использовании 100 МГц щупов с делителем 1:10 и УВХ AD783 результирующая полоса пропускания по уровню 3 дБ равна примерно 50 МГц.
 |
|||
| а) | б) | ||
| Рисунок 10. | Одноканальный режим, делитель 1:10, последовательность прямоугольных импульсов 1 МГц (а) и 50 МГц (б) амплитудой 5 В п-п. | ||
На Рисунке 11 изображены осциллограммы таких же сигналов, но поданных одновременно на оба канала приставки. Видно хорошее совпадение между двумя каналами по коэффициентам усиления, смещению и задержке.
 |
|||
| а) | б) | ||
| Рисунок 11. | Тест на идентичность каналов: двухканальный режим, делитель 1:10, последовательность прямоугольных импульсов 1 МГц (а) и 50 МГц (б) амплитудой 5 В п-п. | ||
Осциллограмма, показанная на Рисунке 12, снята в двухканальном режиме. Красный цвет соответствует прямоугольным импульсам амплитудой 5 В п-п и частотой 375 кГц, а зеленый – импульсам такой же амплитуды и длительностью 42 нс. Скорость горизонтальной развертки равна 333 нс/дел. Как видим, AD783 поддерживает полный размах 5 В, даже для импульсов шириной всего 42 нс.
 |
|
| Рисунок 12. | Двухканальный режим, коэффициент деления 10, последовательности прямоугольных импульсов 375 кГц с размахом 5 В п-п, и прямоугольных импульсов 1.5 МГц длительностью 42 нс амплитудой 5 В п-п. |
Дополнительные материалы
- Visual Analyzer – полный профессиональный пакет ПО, который превращает ПК в набор измерительных инструментов реального времени. Не требуется дополнительное аппаратное обеспечение, используется только звуковая карта компьютера.
- Syscomp Electronic Design – USB осциллографы, генераторы сигналов и аксессуары.
- HobbyLab – USB осциллографы и аксессуары.
- Gabotronics – отладочные наборы и платы, процессорные модули, электронные компоненты.
- Soundcard Oscilloscope – пакет ПО осциллографа на базе звуковой карты ПК.
