NL8201340A - Actieve spanningsprobe. - Google Patents

Description

-1-

8230TT/Ti/vL

Korte aanduiding: Actieve spanningsprobe

De uitvinding heeft betrekking op een actieve spanningsprobe voor een elektronisch meetinstrument.

Met een actieve spanningsprobe kunnen snel veranderende signalen met betere nauwkeurigheid worden toegevoerd aan een oscilloscoop of een logi-5 sche analysator dan met een passieve probe, daar de actieve probe een hogere ingangsimpedantie met minder verzwakking vertoont dan een passieve spanningsprobe; het gebruik ervan bereidt de mogelijkheden van het meetinstrument aanzienlijk uit.

Er zijn twee soorten actieve spanningsprobes: 1) met kathodevolger 10 en 2) met bronvolger, waarbij de bronvolger populairder wordt.

De gebruikelijke actieve spanningsprobes bestaan uit drie hoofddelen: de kop,, een verbindingskabel en een afsluithuis. De kop bevat een bron-volgerversterker die het signaal van de pen ontvangt en een uitgangssignaal van deze bronvolger wordt via de kabel toegevoerd aan de uitgangs-15 versterker in het afsluithuis. Daar de actieve elementen van de kop via een extra geleider in de kabel worden gevoed vanuit het afsluithuis, heeft de gebruikelijke probe een niet verwaarloosbaar volume. Er zijn op het paneel van het meetinstrument aansluitingen nodig voor zowel het signaal als voor de voeding. Wanneer voor het simultaan meten van een aantal parame-20 ters van componenten, zoals van geïntegreerde ketens, meerdere probes nodig zijn, is het moeilijk de probes in een met elementen dicht bezet oppervlak aan de verschillende testpunten te verbinden en is meer paneeloppervlak van het instrument nodig voor de voedingsaansluitingen. De bekende probes zijn bovendien niet geïsoleerd van de massaverbinding van het instrument 25 en kunnen dan ook geen zwevende spanning ten opzichte van een referentiewaarde die ongelijk nul is meten.

De uitvinding beoogt deze bezwaren te ondervangen en een probe te verschaffen die de voedingsspanning kan ontvangen via een buitengeleider, bijvoorbeeld de afscherming, van een koaxiaalkabel.

30 Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt door een probe gekenmerkt door een probekop met een differentieelversterker met ingangen verbonden met de ingangs- en referentie-aansluitingen via gelijkstroomkanalen en met een volgerversterker waarvan de ingang is verbonden met de ingangsaansluiting via een wisselstroomkanaal, waarbij de verbinding met het meetinstru- 8201340 -2- ψ *· , { ment geschiedt via een koaxiaalkabel met een binnengeleider voor het overdragen van. de uitgangsstromen van de differentieelversterker en de volger--versterker, en een uitgangsgeleider voor het aanbrengen van een gelijkspanning aan de differentieelversterker en de volgerversterker.

5 In het afsluithuis of in het meetinstrument wordt een offset-spanning in de signaalbaan of een binnengeleiden van de koaxiaalkabel ingevoerd voor het compenseren van een referentiespanning, In de kop zelf is een differentieelversterker aanwezig met de niet-inverterende en inverterende ingangen resp. verbonden met de ingang (testpen) en referentie-aansluitingen via 10 DC-verb indingen voor DC en de laagfrekwente componenten van het te meten ingangssignaal, en een volgerversterker verbonden, met de ingangsaanslui-ting via een AC weg voor de midden- en hoge frekwentcamponenten van het ingangssignaal. De uitgangssignalen van de differentieel- en de volger-versterkers worden gemengd en toegevoerd aan de binnengeleider van de koaxi-15 aalkabel. De volgerversterker kan een bronvolger zijn of een combinatie van. bronvolger en emittervolger.

Het voordeel van de probe volgens de uitvinding is dat zowel signalen . ten opzichte van aarde, als zwevende spanningen kunnen worden gemeten. Bovendien kan de probe met zeer kleine afmetingen worden uitgevoerd.

20 De toegepaste ketens zijn niet gecompliceerd en er is geen extra verbinding.. met het aansluithuis of het. meetinstrument nodig.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening die het schema van een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding toont.

De actieve spanningsprobe omvat een kop 10, de koaxiaalkabel 12 en 25 een uitgangsketen 11+ die kan zijn opgenomen in een afsluithuis of in het meetinstrument., De kop 10 heeft een differentieel- of operationele versterker 16 en bron- en emittervolgerversterkers 18. De niet-inverterende ingang van de operationele versterker 16 is verbonden met de ingangsaansluiting 20 via een hoogohmige weerstand 22 en een laagohmige weerstand 2k, en de inver-30 terende ingang is verbonden met de referentie-aansluiting 26 via de hoogohmige weerstand 28. Een uitgang van de versterker 16 is via de hoogohmige weerstand 30 verbonden met een poort van de veldeffekttransistor 32 die is verbonden met het knooppunt van de weerstanden 22 en 2h via de laagohmige weerstand 3*+, de hoogohmige weerstand 36 en de condensatoren 38 en Uo.· 35 De afvoer van de PET 23 en de collector van de NPN-transistor b2 zijn verbonden met de buitengeleider van de koaxiaalkabel 12. De weerstand 1+1+ is opgenomen tussen de bron van de FET 32 en een basis van transistor 1+2, die 8201340 -+ + -3- is verbonden via de weerstand 46 en de condensator 48 met het knooppunt van de weerstand 34 en de condensator 38 en voorts via. de weerstanden 50 en 52 is verbonden met de binnengeleider van de koaxiaalkabel 12. De weerstand 54 is opgenomen tussen een emitter van de transistor 42 en het knoop-5 punt van de weerstanden 50 en 52. De condensator 56 is opgenomen tussen de buitengeleider van de koaxiaalkabel 12 en de referentie-aansluiting 26 terwijl een serieketen, gevormd door de weerstanden 58, 60 en 62 is verbonden tussen de buiten- en binnengeleiders van de koaxiaalkabel 12, waarbij het knooppunt van de weerstanden 58 en 60 is verbonden met het knoop-10 punt van de weerstanden 52 en 54 via een Zener-diode 64, en het knooppunt van de weerstanden 60 en 62 is verbonden met de niet-inverterende ingang van de operationele versterker 16. De positieve en negatieve spannings-aansluitingen van de operationele versterker 16 zijn verbonden met de buitengeleider van de koaxiaalkabel 12 via de weerstand 66 en met het knoop-15 punt van de weerstanden 50 en 52. De weerstand 68 is opgenomen tussen de inverterende ingang en de negatieve spanningsaansluiting van de operatio-, nele versterker 16. De keten in de kop 10 is in feite een hybride keten.

In de uitgangsketen 14 is de buitengeleider van de koaxiaalkabel 12 verbonden met de spanningsbron V^ en is de binnengeleider daarvan verbon-20 den met de spanningsbron via de afsluitweerstand 70 en voorts verbonden met een niet-inverterende ingang van de vergelijker 72- De spanning V^ is hoger dan de spanning Y^. Opgemerkt wordt dat een dergelijke keten ook wordt gebruikt als logische analysator. Een inverterende ingang ontvangt een drempelniveau van de aansluiting 74 via de weerstand 76. Een serie-25 keten bestaande uit de weerstand 78, de potentiometer 80 en de weerstand 82 is opgenomen tussen de niet-inverterende en inverterende ingang van de vergelijker 72 en de aftakking van de potentiometer 80 ontvangt de spanning Yy Een balansuitgangssignaal van de vergelijker 72 is beschikbaar aan de aansluitingen 84 en 86.

30 De ingangsaansluiting 20 wordt gebruikt voor het detecteren van een te meten signaal op een testpunt van een te testen apparaat, en de referentie-aansluiting 26 wordt verbonden met de referentiepotentiaal daarin.

De operationele versterker 16, de FET 32 en de transistor 42 ontvangen hun werkspanningen van de spanningsbron via de buitengeleider van de koaxi-35 aalkabel 12. Daar V^ een gelijkspanning is kan de buitengeleider normaal als afscherming werkzaam blijven. Voor de midden- en hoogfrekwente componenten van het ingangssignaal fungeert de referentie-ingangsaansluiting 26 8201340 •w* , -k~ als massa en deze frekwentiecomponenten -worden geleid door de weerstand 2k en de condensator 40. De hoogfrekwente signaalcomponenten van het ingangssignaal worden gedeeld door de condensatoren 38-Uq en de zwevende inter-elektrodecapaciteiten. aan de poort van de FET 32 en de basis van transis-5 tor k2. De gedeelde hoogfrekwente component wordt versterkt door de FET 32 resp.. transistor b2 die functioneren als bron- resp. emittervolgerverster-kers en de uit gangs stromen daarvan gaan naar de binne'ngeleider van de koaxiaalkabel 12 via de weerstand 52.

De middenfrekwentcomponent van het ingangssignaal wordt gedeeld door 10 de condensatoren 38-^0, de zwevende en interelektrodecapaciteiten van de poort van de FET 32 en de basis van transistor k2 en de weerstanden 30-36.

De gedeelde middenfrekwentcomponent wordt versterkt door de bronvolger/emit-tervolgerversterkers 18 een de uitgangsstromen daarvan gaan naar de binnengeleiden van de koaxiaalkabel 12.

15 De gelijkstroom- en laagfrekwente componenten van het ingangssignaal gaan naar de niet-inverterende ingang van de operationele versterker 16 via de ingangsaansluiting 20 en de weerstand 2k-22 en een verschilspanning tussen de referentiepotentiaal op de aansluiting 26, en de gelijkstroom-en laagfrekwente componenten wordt verkregen aan de uitgang van de ver-20 sterker 16. Een algemene normale operationele versterker is goed voor gelijkstroom- en laagfrekwente signalen en niet voor midden- en hoogfrekwen-te signalen. Het uitgangssignaal, van de operationele versterker 16 wordt toegevoerd aan de binnengeleiden van de koaxiaalkabel 12 via de weerstand 30 en de bronvolger/emittervolgerversterker 18. Het signaal op het knoop-25 punt van de weerstanden 50 en 5^ wordt teruggekoppeld naar de inverterende ingang van de operationele versterker 16 via de terugkoppelweerstand 68.

De gelijkstroom-instelling en laagfrekwentversterking wordt bepaald door de operationele versterker 16, de weerstanden 22-28-52-60-62-68 en de Zener-diode 6h. Deze Zener-diode wordt gebruikt voor het leveren van de 30 stroom-offset.noodzakelijk voor het instellen van de probe. De aansluitingen 20 en 26 kunnen zijn verbonden met de zwevende keten door de aanwezigheid van de verschilversterker 16. Daar de negatieve spanningsaansluiting van de versterker 16 is verbonden met het knooppunt van de weerstanden 50 en 52 is de versterker 16 zwevend en worden de werkkarakteristieken daarvan 35 verbeterd.

De versterking voor hoge-, midden- en lage frekwenties en bij gelijkstroom worden zodanig ingesteld dat zij gelijk zijn. Wanneer de verschil- 8201340 « « -5- sparming (γ^ - tussen de aansluitingen 20 en 26 nul is zal een uit-gangsstroam I ^ vloeien door de weerstand 52 en de binnengeleider van de koaxiaalkabel 12 en deze is de instelstroom bepaald door de Zener-diode 6k en de andere componenten. Wanneer de verschilspanning tussen de 5 aansluitingen 20 en 26 gelijk is aan V (positief of negatief) is de uit-gangsstroom I ^ = I + (V/Rq), waarin Rq wordt bepaald door de versterking van de versterkers in de probekop 10. De uitgangsstroom vloeit naar de weerstand 70 en de spanning over de. weerstand 70 is R„_ [I + (V/T )] fO o o waarbij R^q de waarde is van de weerstand 70. Daar de weerstand 70 een 10 spanning ontvangt is de spanning opgewekt door R^q. Iq geneutraliseerd en wordt slechts de signaalcomponentspanning tussen de aansluitingen 20 en 26 aangelegd aan de niet-inverterende ingang van de verlijkger 27.

De weerstanden 78-80-82 vormen een gelijkstroombalaneeerketen. In deze uitvoeringsvorm is het meetinstrument een logische analysator en de ver-15 gelijker 72 vergelijkt het corresponderend ingangssignaal met de drempel-spanning op de aansluiting 7^. Het balansuitgangssignaal aan de aansluitingen en 86 wordt toegevoerd aan de hoofdketen van de logische analysator. Wanneer het meetinstrument een oscilloscoop is, kan het knooppunt van de weerstand J0 en de binnengeleider van de koaxiaalkabel 12 worden 20 verbonden met een bufferversterker. Een conventionele koaxiaaleonnector kan worden gebruikt voor de verbinding tussen de koaxiaalkabel 12 en de uitgangsketen 1!+.

8201340

Claims (6)

1. Actieve spanningsprobe gekenmerkt door een próbekop met een differentieelversterker met ingangen verbonden met de ingangs- en referentie-aansluitingen via gelijkstroomkanalen en met een volgerverster-ker waarvan de ingang is verbonden met de ingangsaansluiting via een wis-5 seist roomkan aal, waarbij de verbinding met bet meetinstrument geschiedt via een koaxiaalkabel met een binnengeleider voor het overdragen van de uit-gangsstromen van de differentieelversterker en de volgerversterker, en een uitgangsgeleider voor het aanleggen van een gelijkspanning aan de differentieelversterker en de volgerversterker.

2. Actieve spanningsprobe volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de volgerversterker een bronvolgerversterker is of een combinatie van een bronvolgerversterker en een emittervolgerversterker.

3. Probe volgens conclusie 1 m e t het kenmerk dat het uit gangssignaal van. de differentieelversterker wórdt aangelegd aan de ingang 15 van de volgerversterker. Probe volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de differentieelversterker en de volgerversterker zijn uitgevoerd als hybride keten.

5. Probe volgens conclusie 1 gekenmerkt door een uitgangsketen 20 verbonden met het andere einde van de koaxiaalkabel waarbij de buitengeleider is verbonden met een gelijkspanningsvolgerbron en de binnengeleider is afgesloten met een afsluitweerstand.

6. Probe volgens conclusie 5 met het kenmerk dat het ande re einde van., de afsluitweerstand een instelspanning ontvangt voor het neu- 25 traliseren van instelstromen van de probekop.

7. Probe volgens conclusie 5 met het kenmerk dat de koaxi aalkabel met de uitgangsketen is verbonden via een koaxiaalconneetor. 8201340