Частотные характеристики современных моделей анализаторов спектра начинаются лишь с 10 Гц. В комбинации с программой быстрого преобразования Фурье, расширяющей рабочий диапазон частот в область низких частот, современный анализатор спектра можно превратить в незаменимый инструмент для разработки и отладки аналоговых схем. К сожалению, анализаторы спектра, рассчитанные, в первую очередь, на измерения радиочастотных сигналов, имеют входной импеданс 50 Ом, представляющий собой слишком тяжелую нагрузку для большинства высокоомных аналоговых цепей. Вы можете импровизировать с более высокоимпедансными пробниками, включив последовательно с 50-омным входом резистор 953 Ом, но в результате получите входное сопротивление лишь 1 кОм и ослабите измеряемый сигнал на 26 дБ.
Кроме того, входы большинства радиочастотных анализаторов спектра не имеют развязки по переменному току, и любая постоянная составляющая входного напряжения напрямую попадает либо на внутренний согласующий резистор, либо на входной смеситель. Для того чтобы иметь возможность работы с низкочастотными сигналами от 10 Гц, последовательно с входным щупом вам придется включить разделительный конденсатор емкостью, по крайней мере, 2 мкФ и резистор сопротивлением 953 Ом. И хотя входные цепи осциллографов могут выдерживать кратковременные перегрузки, вызванные случайными прикосновениями щупов и переходными процессами при разряде конденсаторов, использование с анализатором спектра низкоимпедансных пробников со связью по постоянному току может привести к повреждению дорогого и, возможно, трудно заменяемого входного смесителя.
Безусловно, высокоимпедансные пробники имеются в продаже, но они очень дороги, как при покупке, так и в ремонте. В этой статье предлагается альтернатива: дешевый и надежно защищенный пробник с единичным усилением и таким же входным импедансом, как у настольного осциллографа, способный работать на 50-омный вход анализатора спектра. Пробник имеет следующие характеристики:
- усиление: 0±0.2 дБ на частоте 100 кГц;
- входной импеданс: 1 МОм/15 пФ;
- максимально допустимое входное напряжение: 0.8 В пик-пик;
- сопротивление нагрузки: 50 Ом;
- полоса пропускания по уровню –3 дБ: 10 Гц … 200 МГц;
- неравномерность частотной характеристики в полосе пропускания: менее 1 дБ пик-пик;
- входной шум на частоте 1 МГц: менее 10 нВ/√Гц
- искажения входного сигнала амплитудой 0.5 В пик-пик:
- второго порядка: менее –75 дБн,
- третьего порядка: менее –85 дБн;
- напряжение/ток питания: ±5 В/18 мА.
Изображенную на Рисунке 1 схему вы можете собрать за один вечер из горстки недорогих компонентов. Вход схемы имеет такие же параметры, как и настольный осциллограф – сопротивление 1 МОм с параллельной емкостью 15 пФ. Вы также можете расширить сферу применения этого активного устройства, используя его вместо стандартных осциллографических пробников 1:1 или 1:10. Включенные друг за другом кремниевые диоды D1 ограничивают входной сигнал на уровне падающих на них прямых напряжений, защищая входной смеситель от повышенных напряжений и электростатических разрядов. В связи с тем, что большинство пользователей использует пробник и анализатор спектра для измерения сигналов и шумов малых амплитуд, такое ограничение больших сигналов несущественно для большинства приложений.
 |
|
| Рисунок 1. | Всего небольшая горсть компонентов позволит вам расширить возможности анализатора спектра. Этот щуп с единичным усилением имитирует входные характеристики стандартного осциллографического щупа 1 МОм/15 пФ и легко работает на нагрузку 50 Ом. |
Высококачественный операционный усилитель OPA656 компании Texas Instruments (IC1) с полевыми транзисторами на входах обеспечивает усиление, равное двум. В такой конфигурации его полоса пропускания составляет примерно 200 МГц (Рисунок 2). OPA656 может работать на нагрузку 50 Ом с последовательным согласующим резистором. При общем сопротивлении нагрузки 100 Ом потери усиления составляют 6 дБ, и результирующее усиление схемы оказывается равным единице. Кроме того, OPA656 вносит меньше шумов и искажений, чем большинство имеющихся в продаже активных пробников с полевыми транзисторами на входах.
 |
|
| Рисунок 2. | В измеренной по уровню –3 дБ полосе пропускания от 10 Гц до 200 МГц АЧХ щупа имеет неравномерность чуть меньше 1 дБ, что выгодно отличает его от многих имеющихся в продаже активных щупов на полевых транзисторах с типичной неравномерностью АЧХ ±2 дБ. |
Пробник заключен в небольшой отрезок медной трубки (Рисунок 3), которая продается в магазинах товаров для хобби. На входе использован разъем SMA, имеющий множество переходных адаптеров к разъемам других типов, в частности, к BNC. Для питания пробника требуются источники напряжения +5 и –5 В, от каждого из которых схема забирает приблизительно по 18 мА. Эти напряжения можно взять с клемм питания пробника, если таковые имеются на измерительном приборе, или самостоятельно изготовив простейший источник питания из трансформатора и линейных стабилизаторов, в качестве которых лучше всего использовать 78L05 и 79L05.
 |
|
| Рисунок 3. | Пробник можно собрать на кусочке макетной платы, умещающемся в отрезке медной трубки. К входному разъему SMA выпускается множество адаптеров, несколько из которых показано на фотографии. Со стороны выхода торец трубки закройте резиновой втулкой. |
Для подключения щупов к измерительному прибору используется стандартный тонкий 50-омный кабель. Чтобы получить максимально плоскую частотную характеристику и однородное усиление, согласуйте выход щупа 50-омным резистором. Выходной конденсатор для блокировки постоянного напряжения в этой схеме не нужен.
Материалы по теме
Купить OPA656 на РадиоЛоцман.Цены
