Zelfbouwpoging "Differential Scope Probe"

LME49710 is een Low Noise audio Opamp en niet echt ontworpen voor deze toepassing. Meeste specs zijn niet boven 200kHz. Geen wonder dus dat je bouwsel niet de verwachte specs haalt.

Tidak Ada

Golden Member

@Blackdog:
Helaas is AcrobatPRO nogal kostbaar :( dus zal ik het met een oudere versie moeten doen, want ik maak nogal wat PDF's...

Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----> TUBE COLLECTORS ASSOCIATION - http://www.tubecollectors.org/
blackdog

Honourable Member

Hi Heren,

Tidak Ada
Ik had niet begrepen dat het om Acrobat ging...
Je kan naast Acrobat ook een modernere Reader installeren zoadat je de nieuwere PDF's toch kan bekijken.

MfA
Ik weet dat er een 1 of 10M voor zit samen met de 51K...
De +ingang ziet voor de biasstroom/ruis alleen de 51K, daar deze dominant is.
En juist omdat het een klein signaal is wat er uitkomt, heb je een ruisarme versterker trap nodig.

markce
Ik gebruik juist deze opamp, om in deze probe toe te passen.
Ja, ik heb de hele datasheet uitgeplozen, dat hoort bij mijn vak :-)
Dit is een van de weinige opamps, waarbij de te behalen uitgansspanning gespecificeert wordt bij 10Mhz!
Verder heeft dit IC een hoge commonmode onderdrukking en lage ruis.
De slewrate is rond de 20V/µs en dat bepaald toch de Max. bandbreedte/uitstuur niveau.

Wat ik regelmatig duidelijk wil maken is, als je zo'n probe koopt of bouwd,
je niet aan je buizenzender kan gaan meten op 4Mhz, zwevend over de tank kring (807 - 6146 of groter)
Ook met 1 of een 10M weerstand in serie, de gebruikte onderdelen in de Diff. Amp hebben daar de brandbrete niet voor.
Bijna alle specificaties van de fabrieks probes zijn drijfzand.
Ze specificeren b.v 1000V max aan de input (diff of t.o.v. ground?) en geven een Max van 7V aan de uitgang.
Is die 7V dan weer PP of P. en bij welke banddbreedte?

Mijn probes zijn bedoeld voor het meten aan Lab voedingen waarbij deze, de 1:100 ik nu zo heb gekregen
dat ik goed aan SMPS schakelingen kan meten tot een paar honderd Khz.
Dit bij een goede pulsweergave en een mooi laag ruisgetal.

De tweede probeschakeling krijgt waarschijnlijk 1:10 1:1 en 10:1, dit samen met een schakelbaar Low Pass filter in drie stapjes.

Ik hoop dat ik het een beetje duidelijker heb gemaakt.

Gegroet,
Blackdog

1e, Do No Harm! 2e, Leave Things Better Than You Found Them.
haasje93

Golden Member

Ha Blackdog,

Nu heb ik toch nog even een vraagje over je testopstelling.
Je hebt die twee weerstanden die door dat schotje gaan dan zoals ik het zie twee ferriet kraaltjes en dan heb je het laatste schotje, wat zit daar in?

Gr. Haasje93

If a cluttered desk is a sign of a cluttered mind of what than is an empty desk a sign?
blackdog

Honourable Member

Ha die Haasje :-)

Die doorvoertjes zijn van glas, dit zijn GEEN condensatoren.
De capaciteit hiervan is kleiner dan 0,5pF.
Deze zijn geen voorwaarde voor goede werking, ik vond het alleen een mooie oplossing op deze manier.

Hieronder de metingen die ik vandaag gedaan heb, betreffende de frequentie karakteristiek, commonmode onderdrukking en het Max. uitsturings bereik.
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-Grafiek-02.jpg

OK, de maximale uitsturing van de Opamp en Buffer combinatie heb ik getest door de Hameg functie generator direct aan de +ingang van de LME49710 te hangen.
De schakeling hoeft hiervoor niet in balans te zijn, dit is voor het testen van de Slew Rate van de Opamp combi.
In de grafiek is dit de donker blauwe lijn.
Tot 200khz is de volle uitsturing mogelijk, dit is rond de 30V TT. bij +-18V voeding
Hierin zit ook een gevaar, de LH0002 kan aardige piekstromen leveren, je scoop mag niet op 50-Ohm staan ingesteld.
Dit i.v.m. oververhitting van de 50-Ohm weerstand in je scoop.
Deze meting is trouwens zichtbaar op de scoop gedaan, dit is dus geen precisie meting, zodat er net geen vervorming zichtbaar is.

De kleine hobbel in de frequentie karakteristiek is niet weg te regelen.
Dit is en eigenschap van het toegepaste IC, wat ik al eerder aangaf.
Ook heb ik testjes gedaan met wat extra afscherming zoals rbeckers aangaf.
Dit hielp niet wat betreft de kleine lift in de frequentie respons.
Wel hielp het een beetje bij de commonmode onderdrukking.
De lek van het sterke signaal aan de ingang naar de rest van de schakeling wordt minder bij extra afscherming.
Dus toch maar helemaal inpakken :-)

De commonmode onderdrukking meten is en blijft moeilijk.
Mijn trimpotmeter voor de balans in de lage frequenties is van een grotere waarde dan op het schema vermeld staat.
Je hebt dan een heel gevoelig hand nodig, één keer zuchten en je zit er weer 10dB naast...
Door de goede comby te nemen van vaste weerstand en trimpot heb je dit probleem niet en is het ook beter temperatuur stabiel.

Tot zo'n 300Khz kan ik vrij diep meten met de AP, ik heb de filtering van de AP bij iedere frequentie zo aangepast,
dat ik zo min mogelijk ruis had en het te meten signaal niet aangetast werd.

Boven de 300Khz heb ik de scoop gebruikt (handig die 1mV/Div)
En het een en ander ingeschat omdat je rond de 1Mhz toch nog last heb van de ruisvloer van de scoop.
Boven de 1Mhz werd de onderdrukking snel lager maar liep daarna weer vlak tot zo'n 6Mhz.

Nu ook nog wat gegevens over de ruisvloer van de probe.

Twee metingen van 1Khz en dan bij 1mV en bij 10mV uitgansspanning.
De gele trace is direct de uitgang van de probe schakeling.
De groene trace is de analyzer uitgang, gefiltert met een 80Khz filter.

Scoop 1mV aan de uitgang van de probe schakeling.
Door het ruisniveau geeft de Hameg een "te hoog" PP niveau, dit is het signaal plus de breedband ruis.
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-Hameg-1mv-1Khz.jpg

Dit is de AP analizer bij 1 Khz, iets meer dan 1% gain er naast, dit zou niet mogen ;-)
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-AP-1mv-1Khz.jpg

De 10mV aan de uitgang van de probe is voldoende voor een "schoon" plaatje met het raam open van de scoop.
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-Hameg-10mv-1Khz.jpg

De AP bij 10 mV.
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-AP-10mv-1Khz.jpg

Wat is nu de ruisvloer bij verschillende bandbreedtes...
De AP bij 22Khz.
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-AP-Noise-22Khz.jpg

En nu bij ruim 300Khz bandbreedte.
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-AP-Noise-300Khz.jpg

Behalve wat kleine mechanische aanpassingen en een andere instelpotmeter vind ik het goed.
De bereikte resultaten zijn voor deze 1:100 probe en mijn toepassing voldoende.
Ik kan hier goed aan SMPS schakelingen meten tot zo'n 200Khz en de ruisvloer is netjes.
De puls weergave is ook goed te noemen, ook al krijg ik hem niet optimaal vlak.

Ik zo zeggen "shoot @ it" :-)

Gegroet,
Blackdog

1e, Do No Harm! 2e, Leave Things Better Than You Found Them.
fred101

Golden Member

Ik loop wat achter met lezen, ben met de bouw een 3D printer bezig. Dus mogelijk heb ik wat over het hoofd gezien.

Gebruik je nu nog die 1M weerstanden die elk door een schotje gaan ?
Dat lijkt me niet zo'n goede constructie. Dat is kiezen tussen twee kwaden. Ik heb betere ervaring met een klein Ctje in serie met een weerstand parallel met de weerstand.

De paracitaire capaciteit van die weerstand is een shunt capaciteit naar massa. Die van de opamp ook. Dus je hebt een shunt C, R met een C er over en weer een shunt C.
De C parallel C vergroot de versterking op hogere frequenties. Door een trimmer kun je dat vaak gebruiken. De C naar massa is de pret bederver en die C vergroot je dmv die shotjes. Voor hogere frequenties zijn die gaten niet echt een belenmmering dus voor de parallel C zal het niet zo veel doen (denk ik, ik zou het eens moeten testen mbv de VNA)

Bij mijn powermeter had ik ook zo'n zelfde soort ingang en door parallel trimmers en de weerstanden wat hoger boven massa te zetten naam de bandbreedte flink toe. Ik gebruik daarvoor 0.7 tot 5 pF. (ik wilde richting 1 MHz dus nog een stuk lager dan jij)

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch
blackdog

Honourable Member

Hi Fred,

Ik heb het gebruik zoals ik het hier laat zien, het is proefondervindelijk uitgezocht.
Met schotje is het beter.
Die kleine extra capaciteit naar ground helpt hier echt.
Hoe alle paracitaire capaciteiten er voor zorgen dat dit hier zo goed werkt weet ik niet.
Het enige dat ik kan meten is de rond 0,3pF die ik meet bij 100Khz testfrequentie over de weerstand.

De weerstanden zitten door een relatief ruim gaatje.
Het komt zo net goed uit wat blokweergave betreft.
Natuurlijk heb ik ook getest met een kleine trimmeren of C'tje over de 1M weerstanden, dit werd er niet beter op.
Voor de gebruikte verzwakking met dit IC, is deze manier volgens mijn metingen het optimum.

De trimmers in mijn schema compenseren de paracitaire capaciteiten nu goed,
alleen dus nog de kleine opslingering die je in de grafiek kan zien.
Deze is het gevolg van de eigenschappen van het IC.

Het was mij al lang geleden duidelijk, dat het capacatief compenseren van spanningsdelers
vooral bij hoge weerstandwaarden lastig is goed te krijgen binnen een paar procent tot 1 Mhz.

Ik heb vroeger heel wat zitten worstelen met met spanningsdelers aan de ingang van Audio mV meters.
Vooral de hoog Ohmige delers die uit meerdere stappen bestaan met hun eigen compensatie condensator, zijn nooit echt recht in frequentie karakteristiek.
Het golft altijd als je een generator gebruikt, die echt recht is aan de uitgang.

Ik ben met het bereikte resultaat nu tevreden en ga nu verder werken aan de andere Diff. probe.

Gegroet,
Blackdog

1e, Do No Harm! 2e, Leave Things Better Than You Found Them.

@Blackdog
Natuurlijk begrijp ik waarom je de LME49710 koos. Het is een erg mooie opamp met prima ruis spec's. Alleen zijn spec's erg op audio toepassing geent. Zo kom ik geen CMMR spec boven 200kHz tegen, maar met wat extrapolatie... De diff Ri (30kohm) is overigens niet zo geweldig.
Ik ben denk ik wat teleurgesteld omdat ik het volgende ontwerp verwachtte, een echt breedband small signal diff probe.

blackdog

Honourable Member

Hi markce,

Nogmaals, ik kies wat ik goed vind voor mijn toepassing en laat jullie meegenieten van mijn strubbelingen :-)

Dit was de de 1:100 probeschakeling, en die heb ik een stuk beter gekregen dan met de AD820.
In zoverre "beter", ik doel er dan op dat de Slew Rate voldoende is voor de SMPS metingen.
Zeg dat je een Buck converter hebt die van 60V naar 5V gaat.
Hou er dan rekening mee, met minimaal 60V over de spoel.
Dat gaat goed met deze probe, tot een paar honderd Khz.
De Diff ingangsweerstand is in mijn 1:100 probe, gewoon 2Meg.
Mijn commonmode onderdrukking is trouwens helemaal niet slecht!

Een breedband klein signaal probe kan ik wel maken, maar wordt snel lastig.
Ik heb hier geen mogelijkheden tot het maken van goede printen.
Dat knoeien met schaaltjes heb ik wel gehad...
En ik ben bang dat er een aardig aantal printjes nodig is voor de uiteindelijke goede opbouw.
Je kan best een breedbandig probe maken met de mooie opams van TI.
De LM7171 is een kandidaat maar heeft weer een redelijk hoog ruisniveau in de lage frequenties.
Hij is wel lekker snel tot 4KV/µs.

Een andere kandidaat is de LM6171, 3,6KV/µs.
Maar, de specificaties voor de CMRR vallen snel af boven de 100Khz.
De ruis is iets beter en de bandbreedte gaat tot 10Mhz bij 10x versterking.
Dat is best goed, maar het is geen 100Mhz probe.

Alles boven de 20Mhz wordt toch al erg lastig, vooral als je die lange draden ziet aan de commerciele probes.
Zou dat de rede zijn dat ze zo weinig echt specificeren :-)
Breedbandige Diff. probes zijn echt moeilijk goed te maken.
Het is niet voor niets, dat Tek en HP speciale modules hebben ontwikkeld hiervoor met het bijbehorende "lieve" prijskaartje...

Maar markce, wat let je een paar van die snelle opamps te scoren (wel spannings tegenkoppeling types nemen) en het eens te proberen?

Gegroet,
Blackdog

1e, Do No Harm! 2e, Leave Things Better Than You Found Them.

Wat ik me een beetje afvraag, is waarom de ingangen van een moderne scope niet volledig galvanisch gescheiden zijn, waardoor zoiets eigenlijk helemaal niet meer nodig is.

Een scope is in mijn ogen weinig meer dan een analoge front-end, een snelle DAC, en een processor (of in sommige gevallen gewoon een complete PC) met een schermpje, wat knopjes, en software. Het zou toch niet echt moeilijk moeten zijn om de front-end en de DAC per kanaal apart te voeden, en het digitale pad galvanisch gescheiden naar de processor te brengen?

Het lijkt me in ieder geval een stuk eenvoudiger dan een dergelijke analoge oplossing, maar dat gaat natuurlijk alleen op als je de hele scope ontwerpt, niet voor een externe add-on.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

@blackdog
Je vroeg om "shoot it", dus... :-)
Je hebt inderdaad een beter resultaat (4MHz/60Vi) dan met een AD820, wel met 10x meer stoomverbruik en extra buf amp. Hoeveel ingangsspanning kan je probe aan? Hoe is de performance ingebouwd met clips en snoeren, zoals ik de AD820 versie gemeten heb, moe is je meetnauwkeurigheid?
Ik ben voor simpel en minimaal elektor spec's gegeaan, en voor mij voldoet het in de praktijk.
Reden om een tweede te bouwen is min. HF bereik (tot 50MHz). Voor een HF diff probe is vooral de aansluiting een puntje. Rest is wel op te lossen denk ik. Voor dit moment is het nog geen eigen onwikkeling waard, ik heb nog te veel op de plank.

@SparkyGSX
Dat is lastig. Parasitaire capaciteiten zorgen bij hogere frequenties voor een toenemende lek. Verder zijn er per kanaal kleine verschillen in die capaciteiten.
Ook moet de voeding voor elk kanaal galvanisch gescheiden zijn en weinig ruis en rimpel hebben.
Verder zijn er zeer snelle optocouplers nodig.

blackdog

Honourable Member

Hi Heren,

markce
Ik ben nog steeds van mening dat iedereen die een Dif. probe nodig heeft en hem uit een batterij wil voeden, het schema bouwd dat jij hebt laten zien.

Je wilt weten wat de maximale spanning is die mijn probe aankan.
Dat is in princiepe simpel 30V TT x 100 = 3000V TT tot zo'n 200Khz.
Dit is natuurlijk onzin, mechanies is de opbouw niet zo dat je deze spanning kan aanleggen.
Ik moet maar afwachten of de geleverde weerstand echt van het type zijn dat 2KV kunnen hebben.
Zoals het nu is opgebouwd zou ik zeggen een paar honderd Volt.
Vergeet niet wat mijn doel was, het meten aan voedings schakelingen.
En voor mij geld dit dan alles beneden de zeg 100V.

Wil ik aan een hogere spannning gaan meten, dan moet ik voor mijn veiligheid een andere construktie en andere onderdelen gebruiken.

Wat wil je weten van mijn meetnauwkeurigheid, wil je de kalibiratie rapporten van mijn meetinstrumenten zien?
Ga er maar van uit dat ik voor mijzelf als voor jullie zo goed mogelijk wil meten!
Ik steek daar echt veel tijd in en ja ik maak ook fouten :-)
Maar dat is er al uit als ik het hier presenteer.

Voor het meten aan de probe gebruik ik de directe aansluitingen op de probe.
Dat is in mijn ogen de beste manier om de specificaties te bepalen.
Dat de specificaties slechter worden met de aansluitkabels is natuurlijk normaal.

Als ik hier een schakeling laat zien van een voeding, samen met de opbouw er van.
en geef hier de specificaties van.
Dan zijn deze gemeten op de aansluitklemmen.
Ik specificeer dan zeg DC kleiner dan 1-mOhm en voor AC tot 10Khz ook 1mOhm.
Zou gauw de gebruiker aan deze voeding aansluitkabels gaat aansluiten, kloppen deze specificaties niet meer bij de te voeden bron.

Wat betreft de Hameg HMF2525, deze is tot 20Mhz plank recht, en minder dan 1dB bij 50Mhz.
Mijn Fluke True RMS Meter de 8920A is tot 30Mhz binnen 1dB, hiermee meet ik de frequentie karateristiek van de probe.

Wat de ruis betreft die ik met de Audio Precision meet, of dit nu 22 of 24,6 µV is zal mij wordt wezen :-)
Dan moet je ook precies de filter karr. weten waarmee dat gemeten is, ik bedoel hier eigenlijk de energie inhoud
van de gebruikte bandbreedte dit dan weer samen met de eigenschappen van de gebruikte RMS converter in de AP.

SparkyGSX
Dat zou mooi zijn als dit in de scoop zou kunnen.
Alleen, als al die electronica in de scoop zou zitten dan krijg je een hele grote capaciteit naar de rest van de scoop.
Dat moet je dan weer met een "shield" gaan oplossen.
Ik moet er niet aan denken dat ik dit zou moeten ontwerpen voor zijn 400Mhz bandbreedte van mijn Hameg :-)

Gegroet,
Blackdog

1e, Do No Harm! 2e, Leave Things Better Than You Found Them.

@rbeckers: voor zulke datarates worden volgens mij vooral "optocouplers" gebruikt die niet meer optisch, maar magnetisch werken. Als je 5Gs/s moet doorsturen, van 8-10 bits elk, met een klein beetje overhead, wordt het wel wat lastig, maar voor 1Gs/s zou je magnetische componenten kunnen gebruiken zoals bij Gigabit ethernet, dus dat kan nooit echt duur zijn, zeker niet vergeleken bij de kostprijs van de ADCs waar de data vandaan komt.

Daarbij zou de data natuurlijk ook lokaal gebufferd kunnen worden; op dergelijke frequenties kun je toch niets met real-time data, en dan is de datarate dus ook geen issue meer. Het nadeel daarvan is natuurlijk dat je de trigger logica ook aan de andere kant van de scheiding moet gaan leggen.

Ik zie eigenlijk niet in waarom de parasitaire capaciteit hierdoor veel groter zou worden; een gescheiden voeding heb je in alle gevallen nodig, en als je de data overdracht wel optisch zou doen, kun je de parasitaire capaciteit willekeurig klein maken met een stukje glasvezelkabel.

Het totale oppervlak van de elektronica aan de "zwevende" zijde wordt natuurlijk wel relatief groot, dus dat lijkt me het grootste probleem; daar valt wel wat aan te doen door de afstand groter te maken, maar ik zie eigenlijk niet hoe je dat met afscherming zou kunnen voorkomen; elke afscherming moet elektrisch ergens aan vast zitten, en dus zelf een ongewenste capaciteit veroorzaken, lijkt me. Je kunt dan hooguit proberen de capaciteit van de kanalen onderling te minimaliseren, maar aan de capaciteit naar de aarde valt weinig te doen.

Daar staat natuurlijk tegenover dat een beetje capaciteit naar de aarde mijn inziens geen ramp is, aangezien die alleen invloed heeft op het common-mode signaal, dat over het algemeen vrij laag-impedant is, en toch niet interessant is voor de meting.

Ik denk dat je met een dergelijke constructie een bandbreedte en CMRR kunt halen die met de analoge kunstwerken die hier tot dusver vertoont zijn nooit gehaald zullen worden, of in ieder geval vele malen ingewikkelder en kostbaarder zouden zijn.

Helaas zou dit een fundamenteel uitgangspunt moeten zijn bij het ontwerp van een scope; het lijkt me erg moeilijk om een bestaande digitale scope zelf te verbouwen. Ik weet niet of er inmiddels USB scopes zijn met fatsoenlijke specificaties, maar daarmee zou het waarschijnlijk een stuk eenvoudiger zijn.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

Op 24 maart 2014 11:18:42 schreef SparkyGSX:
voor 1Gs/s zou je magnetische componenten kunnen gebruiken zoals bij Gigabit ethernet

Let wel: Gigabit ethernet doet geen 1 GHz of Gs/s per aderpaar/trafo.

If you want to succeed, double your failure rate.

1GS/s is bij een beetje fabrikant technologie van meer dan 10 jaar geleden.
Die kleine, niet constante, capaciteit geeft toch wel problemen. Kom je aan een knop of koppel je een probe aan dan verandert die capaciteit en ook op de andere kanalen. De HF puls weergave wordt dan slechter.

uiteraard, maar het lijkt me alsnog beter dan een volledig analoge oplossing, waarbij de bandbreedte en CMRR voor hoge frequenties naar mijn idee veel eerder een beperkende factor zijn.

De scheiding zou natuurlijk optioneel zijn; je kunt de ground van de probe altijd aan de aarde hangen, dan is het weer een conventionele scope.

@jochem: daar heb je natuurlijk gelijk in, maar ik bedoelde vooral aan te geven dat die orde van grootte niet extreem kostbaar hoeft te zijn. Eventueel kun je, net als gigabit ethernet, meerdere kanalen parallel gebruiken.

Zoals gezegd, het hoeft eigenlijk niet real-time te zijn, dus die digitale bandbreedte lijkt me niet zo kritisch.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
blackdog

Honourable Member

Hi Heren,

Ik vraag mij af hoeveel van de forumgangers hier een Diff. Probe nodig hebben die tot 50 a 100Mhz gaat.

Waar zijn jullie mee bezig dat je zoiets nodig hebt?
Ik kan mij voorstellen dat je werkt met snelle databussen,
maar dan werk je meestal voor een bedrijf en die kan daar dan in investeren.

Dus laat eens weten waar jullie het voor zouden gebruiken, of waar het nuttig voor zou zijn?

Gegroet,
Blackdog

1e, Do No Harm! 2e, Leave Things Better Than You Found Them.

@BlackDog
Ok, duidelijk antwoord mbt ingangsspanning. Toepassing van je diff probe is anders als waarvoor ik mijn probe (http://www.circuitsonline.net/forum/view/message/1597674#1597674) had ontworpen. Die is vooral bedoeld om met eenvoudige middelen bij hogere spanningen (tot 1000V) veilig en betrouwbaar te kunnen meten. Ik heb geen bijzondere bandbreedte (anders dan audio++) nagestreefd. Voor veiligheid en gebruiksgemak zijn snoeren en clips nogal HF onvriendelijk. Ik heb ze daarom meegenomen in de meetwaarden.

Voor een volgende diff probe zou ik accent juist op kleinsignaalgedrag, minimale ruis en maximale bandbreedte leggen. Zo universeel mogelijk, dus ideaal met zelfde bandbreedte als goede middenklasse scope. Toepassing oa. meten aan HF schakelingen en mixed signal (dig/analoog).

Wat beterft meetnauwkeurigheid, gezien de differentiele ingangsweerstand van de LME49710 is de overall verzwakking van de probe waarschijnlijk niet 100x. Dat wil je misschien bijregelen.

Voor mij zou een diff probe handig zijn om aan geschakelde voeding te meten die gelijk vanaf 230V werken.

blackdog

Honourable Member

Hi benleentje,

Zowel het schema van markce als dat van mij kan je gebruiken voor jouw toepassing.
Met als toevoeging zou ik dan bij mijn schema de 1M weerstanden opsplitsen in 3x330K en dan nog steeds de weerstanden gebruiken die 1 a 2 KV kunnen hebben.

Het schema dat ik gebruik heeft een 5x grotere bandbreedte dan dat van markce.
Ik heb nog geen onderzoek gedaan, wat voor frequentie's de SMPS tegenwoordig gebruiken die aan de primaire kant zitten.

Kijk b.v. naar plaatje 26 in de datasheet van de AD820.
Daar zie je de maximale uitgangspanning t.o.v. de frequentie.
De door mij gebruikte LME49710 heeft niet zo'n plaatje.
Maar dat kan je dan weer halen uit mijn getekende grafiek in dit topic.
Dus als je uitgaat van 400TT op de Fet of de collector dan heb je met een 1:100 probe 4VTT.
Dus als je de frequentie weet kan je zien tot hoever je probe kan gaan.
Je kan ook de ingangsdeler aanpassen naar b.v. 1:1000, speciaal voor de netspanningskant.
Opties genoeg!

De commonmode onderdrukking is voor de LME49710 tot 100Khz beter dan 100dB, hangt van jouw bouwkunde/trimkunst af :-)

Wat je wel ziet wat opbouw betreft is, 3 weerstanden in serie en daar dan krimpkous overheen, dat is niet de manier hoe ik dat zou doen...

Ik zou de weerstanden kort bedraad in serie aansluiten/solderen en dan ophangen tussen glas of ceramische doorvoeren.
Daarna met b.v. IPA schoonmaken i.v.m. vet van je vingers.

Mijn manier van een schotje waar de weerstanden doorheen steken zou ik hier niet toepassen.
Dat is voornamelijk om het laatste beetje goede pulsweergave er uit te pulken :-)

Wat voor mij voorop staat is de veiligheid, en als het goed is denk jij daar ook zo over...

Gegroet,
Blackdog

1e, Do No Harm! 2e, Leave Things Better Than You Found Them.
blackdog

Honourable Member

Hi heren,

Ik heb nog wat aanvullingen op de 1:100 Scope probe die ik toch aan jullie kwijt wil.

Zoals waarschijnlijk al duidelijk is, wil ik een zo goed mogelijke pulsweergave.
Dit voor spanningen die onder de 100V blijven.
Zoals ik het hier beschrijf is het niet geschikt om te meten aan hoge spanningen en/of onderdelen die direct aan het lichtnet hangen!!!!

Dat was de waarschuwing en die is nodig :-)

De pulsweergave had ik dus al vrij goed gekregen met de door mij gebruikte onderdelen.
Alleen zat ik er bijna 2% naast wat nauwkerigheid betreft in de lagere frequenties, zeg maar beneden de 100Khz.

Ik ben dus aan het experimenteren geslagen hoe ik dit kon oplossen.
Als eerste de waarden gemeten van de weerstanden rond de Opamp.
Meestal zoek ik de weerstanden ruim binnen de 1% uit.
Alleen ging dat niet lukken met de speciale weerstanden van 1Meg aan de ingang.
Dit zijn 5% weerstanden en mijn paartje was dus bijna 2% te laag in waarde, maar wel goed gelijk uitgezocht.
Ik kon geen paartje van 1% samenstellen van de 10 die ik er had gekocht.

Dus ik heb dit geprobeert te compenseren door weerstanden parallel
aan de andere te zetten zodat ik weer mooi 1:100 kreeg binnen 1%.

Mooi werk Blackdog! je hebt de pulsweergave omzeep geholpen :-)
Die extra weerstanden parallel, verstoren dus de weergave in de hogere frequenties.

Volgende stap, alles weer terug gebouwd, dat is een paar weerstanden los solderen en dan het volgende proberen.

Nu 2x 22K in serie met de 1Meg weerstanden.
Tja, weer mooi binnen 1%, maar ook een extra kantelpunt hiermee gecreëerd.
De bandbreedte ging hiermee omlaag omdat de de 22K weerstanden behalve de 1Meg ook de capaciteit van deze weerstanden ziet.
Natuurlijk kan je dat weer proberen te compenseren met een condensator over deze weerstanden, weer een kantelpunt, doe maar niet...

Dan maar wat anders proberen, nu twee weerstanden van 1Meg uitgezocht die ik bij Conrad koop, 1% metaalfilm van ongeveer 1Watt.
De gaatjes in het scherm wat groter gemaakt zodat de weerstanden er goed door passen en de capaciteit niet te groot is.
Even kort: BAGGER!
Ik kreeg met de drie instel trimmers de pulsweergave niet goed en een kleinere bandbreedte.
Toen het shotje weggehaald, de bandbreedte ging hiermee wel omhoog maar de pulsweergeve was nog steeds niet zo goed
als met de weerstanden waarmee ik starte.

Wat trouwens wel opviel dat het schotje met gaatjes met de weerstanden waarmee ik starte wel goed werkt,
maar bij andere weerstanden duidelijk minder.

Als laatste twee standaard 1Meg 1% weerstanden uitgezocht in die redelijk hoog boven de print gemonteerd.
Bingo!, nu kan zelfs de condensator trimmer aan de -ingang vervallen.

Resultaat is een nette 1:100 verhouding met een goede pulsweergave.
Nogmaals, let wel, voor spanningen tot zo'n 100V.
Mijn doel is dus zo goed mogelijk te meten.
Wil je deze Probe nabouwen, ga gerust je gang, neem de weerstanden van EOO van 1Meg, bouw het netjes en 5 a 600V lijkt mij geen probleem.

Hier een plaatje van de gebuikte weerstanden.
Van links af aan, de EOO 1Meg weerstanden met schotje en als test de kleine 22K serie weerstanden.
In het midden, de 1Watt metaalfilm van Conrad, met en zonder schotje getest.
En als laatste de 1Meg die waarschijnlijk via Farnell gekocht zijn.
Met de laatste weerstanden krijg ik dus voor mijn toepassing de beste resultaten.

De weerstanden op een rij, het type rechts, is het uiteindelijk geworden.
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-Input-R-01.jpg

Dit is een plaatje van de opbouw, er staan twee schotjes waarbij de vertikale tussen de + en de - ingang eigenlijk niet nodig is.
Het schotje dat over de ingangsweerstande hangt dient er voor dat bij grote signalen het signaal niet naar de rest van de schakeling lekt.
De eigenlijke afscherming komt later iets anders opgebouwd.
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-Input-R-02.jpg

Dit is de bovenaanzicht, je kan hier zien dat de trimmer aan de - ingang verdwenen is.
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-Input-R-03.jpg

En wat is nu het resultaat.
Het -3Db punt bij kleine signalen ligt nu op ongeveer 31Mhz. 20V TT aan de ingang.
De commonmode onderdrukking in de lage frequenties wordt door mijn instelpot bepaald.
Ik bedoel hiermee de resolutie en de ruisvloer hier in het LAB.
Een van de apparaten hier in /rond het LAB genereerd een vervelende puls, en ik ben er nog steeds niet achter welk apparaat dit is...
Deze is zowel op de scopen als op de AP Analyser te zien.
Ik ga wel een meting doen in het midden van mijn huiskamer, kijken of het daar wat EMC betreft rustiger is...

Dus, de commonmode onderdruking zit aan de rand van wat ik meten kan.
Deze probe verzwakt natuurlijk 100x en dat maakt het lastig voldoende signaal aan te bieden voor een onderdings meting.
De Hameg generator leverd 20VTT onbelast, en ik heb eigenlijk zeker 200VTT aan 50 Ohm nodig.
Dat wordt dan een knappe zender als je daar over nadenkt, dat moet hij dan ook doen over een groot frequentie bereik...

Een andere optie is natuurlijk een spectrum analyser om dieper te kunnen meten,
maar die is hier nog niet aanwezig in het LAB.
Tja, staat op de investeringstlijst :-)

Foto's!!!!
10 Khz blok
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-10Khz-Blok-2.jpg

100 Khz blok
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-100Khz-Blok-2.jpg

1 Mhz blok
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-1Mhz-Blok-2.jpg

5 Mhz blok
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-5Mhz-Blok-2.jpg

10 Mhz blok!
http://www.bramcam.nl/NA/Diff-Probe/LME49710-10Mhz-Blok-2.jpg

Door de grotere bandbreedte zie je ook meer aberraties, maar je krijgt niets voor niets.
Deze prope gaat met een stukje 50 Ohm coax naar de scoop, de scoop is niet afgesloten met 50 Ohm.
Dat gaat nog net goed met dit frequentie bereik.
De overshoot is iets minder met 50 Ohm afsluiting.
Door dit soort metingen krijg je steeds meer respect voor de ontwerpers van scoop ingangen...

rbeckers stelde mij voor om te kijken naar driver trappen van scoops betreffende de bandbreedte en lineariteit.
Het probleem is echter dat er bijna geen transistoren te krijgen zijn die je in de eindtrap kan zetten die dan 50 Ohm aansturen.

Er zijn natuurlijk voldoende zender transistoren maar dat valt een beetje buiten wat ik hier
in mijn LAB voorelkaar kan krijgen.

Ik zal eens kijken wat ik voor elkaar kan krijgen met de zeer snelle transistoren,
gemaakt voor het driven van goede audio eindtransistoren.
Dan een aantal parralel te zetten, misschien haal ik dan 1A bij een tiental Mhz...
Projectje voor later.

Misschien kan ik een 300V DC voeding bouwen, en dan met een snelle Fet een weerstand schakelen.
Met in serie dan weer een kleine weerstand, waarover ik met de probe de spanning over deze in verhouding kleine weerstand meet.
Dan heb ik 300V TT commonmode, met een klein signaal dat ik kan meten :-)

Genoeg ge-orakeld!
Blackdog

1e, Do No Harm! 2e, Leave Things Better Than You Found Them.

Waarom kan je niet aan de netspanning meten met deze probe?

Zoals ik het hier beschrijf is het niet geschikt om te meten aan hoge spanningen en/of onderdelen die direct aan het lichtnet hangen!!!!

Wil je deze Probe nabouwen, ga gerust je gang, neem de weerstanden van EOO van 1Meg, bouw het netjes en 5 a 600V lijkt mij geen probleem.

IS dat nu toeval dat met de kleinste weerstand qua afmeting je de beste resultaat behaalt? En als je dan een zeer kleine smd weerstand zou nemen?

Toch al met al een zeer nette probe die tot 30Mhz gaat.

Dat een breedbandige (scoop) versterker lastig te ontwerpen is, is eigenlijk oud nieuws. ;)
Differentiele trappen met per trap een kleine versterking.
Dat een tor met dat vermogen t.b.v. 50 ohm speciaal is, (zie eind eerste zin. :) )
Dus torren parallel en dat is ook lastig.

Op 23 maart 2014 23:35:54 schreef SparkyGSX:
Een scope is in mijn ogen weinig meer dan een analoge front-end, een snelle DAC, en een processor (of in sommige gevallen gewoon een complete PC) met een schermpje, wat knopjes, en software. Het zou toch niet echt moeilijk moeten zijn om de front-end en de DAC per kanaal apart te voeden, en het digitale pad galvanisch gescheiden naar de processor te brengen?

De print plaat met front end/dac samen met het schild van de probe kabel samen hebben een parasitaire capaciteit naar de "echte" grond wat je op deze manier ergens midden in je circuit hangt (via de ground clip). Voor de frequenties waar we het hier over hebben maakt dat misschien niet zoveel uit maar voor hogere wel.

Aangezien voor lage frequenties redelijk simpele differentiële probes ook werken en het voor hogere frequenties geen oplossing bied is het niet de moeite waard (maar ik geloof wel dat er een paar TEK scopes zijn geweest die het doen).