probetester

bovenkant

 

onderkant

schema

In Analog Circuit design beschrijft Williams een methode om probe respons te testen. Hij doet dat dmv een puls van 5V met een 35 ns pulsduur, stijgtijd van ongeveer 3nS en een frequentie van ongeveer 6MHz. Dit schematje vormt een soort hoog doorlaat filter dus aan de hand van de Tr van de puls kun je de bandbreedte van je probe testen maar ook de het effect van een aarde draadje of clip.

Het schema van Williams is iets anders. Ik heb  aan de bovenkant een paar 10M weerstanden toegevoegd welke het signaal via twee via’s naar de onderkant voeren naar een guardvlak en aan de bovenkant naar een guardring zodat de capaciteit van het printje niet meespeelt (hoop ik) LET OP, het schema klopt dus niet, de 1M zijn 10M en gaan naar een guardlus, niet naar massa. Verder is op het definitieve exemplaar nog een aardklem gemaakt. De probe gebruikt dus de aardring direct aan na de punt.

Het resultaat

Een ideale probe

Je ziet hier in groen de ideale puls (Tr=0) en in rood een ideale probe zonder interne capaciteit. De condensator is leeg, de puls is daar per direct dus de spanning is direct maximaal . Nu gaat er dus ook direct stroom lopen. We meten de spanning over de 1K. Als je een stroomprobe tussen de 10pF en 1K  zou hangen dan zie je een curve die gelijk is aan de spanning over 1K.  Hieronder zie je in rood de spanning over de condensator. Als de puls ineens nul volt wordt ontstaat er een negatieve spanning op de condensator die over de 1K ontladen wordt.

Rood=Spanning over de condensator

We meten dus feitelijk stroom door de 1K dus we zien de stroom hieronder in het rood snel oplopen met het stijgen van de generator spanning, alleen beperkt door de RC tijd van de generator en terminatie. Als de spanning maximaal is de condensator ook vol.  De spanning blijft gelijk maar ondertussen trekt de 1K en eventuele probe de condensator leeg. De filtering gaat nu ook een rol spelen, de lagere frequenties uit het blok zien een stijgende reactantie. De weerstand trekt de condensator sneller leeg dan de pulser hem kan bijvullen. Een ideale probe geeft dus onderstaand beeld bij een realistische generator. De spanning over R3 zou dus in theorie zo’n 800 mV worden maar wel van -200 t0t +600mV.

De boel zo goed mogelijk gesimuleerd met ideale probe

Hieronder zoals het met een ideale generator zou zijn.

1pF ideale probe

1 pF probe met groundlead van 100 nH

Je ziet dat de hele goede probe weinig capaciteit heeft, dus de zelfinductie van de groundlead veroorzaakt met de kleine capaciteit hoge frequenties wat je ziet als ringing.

10 pF probe met 100 nH ground lead

Bij 10 pF wordt de ringing frequentie lager.

22 pF ideale probe

Meer capaciteit betekent minder amplitude.

Berekening probe parameters

Een vrij complexe probe

Compensatie systemen

C berekening

De universele RC curve

Zin berekening

Meer compensatie

Maar nu is het tijd voor de werkelijkheid:

De basis, een 50MHz blokgolf met een Tr van ongeveer 640 ps

Dit is de puls. De Tr in deze opstelling is ongeveer 640 pS.  De generator doet direct zonder kabels ect net iets meer dan 500pS. Amplitude ongeveer als in de simulatie.

1GHz Philips 100x passieve Zo probe met GR connector

Philips maakt een 50 ohm, Zo probe. Bedoeld voor hun eigen sample scoop. Verzwakking 100x en BW 1GHz. Je ziet dat de spanning aardig het plaatje van de ideale probe volgt. We hebben 800mV, een aflopende slope en ondanks de moeilijke opstelling een redelijke overeenkomst met de werkelijkheid. Alleen kijk je hier naar 5mV/div tgv de 100x verzwakking.

Voorbeeld van een Zo probe

Onbekende passieve Zo probe 10x

Een onbekende Zo, zat bij een 75MHz Philips scoop en zagen er ongebruikt uit. De stijgtijd is nog ongeveer 800 ps, daardoor haalt hij ook niet de maximale spanning. De puls is sneller uitgestegen voor de probe kunnen slewen. De probe loopt achter de feiten aan. Ook stort de curve sneller in ten gevolge van zijn capaciteit.  Dat gaat ook niet gelijkmatig, er zit ringing in terwijl er geen groundlead is gebruikt, maar de probe heeft natuurlijk zelf ook parasitaire eigenschappen.

Tektronix P6032 direct, deze moet echter altijd met verzwakker

Dit is de originele 1S1 Tek probe. Een actieve probe met buis. De voorloper van de FET probes. Deze mag niet zonder opzet verzwakkers worden gebruikt. Je ziet dat er zonder weinig klopt van de amplitude maar hij vist toch de originele golfvorm eruit. Tr is trager maar de probe wordt voor 500MHz opgegeven.

Zo moet hij dus wel, hier met 10X opzetstuk. Dit is de originele 1S1 probe

Met een 10X verzwakker er op gestoken komt er wat ringing bij, de stijgtijd verbetert wat best een bruikbaar plaatje. Deze probe is enorm, dus hij zit niet in de aardklem, hier is een 1,5 cm lange aardpin gebruikt die parallel aan de punt loopt. Dat voegt wat capaciteit en inductie toe.

Rigol 100MHz 1x/10x probe, direct op tester

Een goedkope Chinese probe. Het is de originele van hun 100MHz scoop.  De amplitude is erg laag maar verder valt het erg mee qua rotzooi. Dat is dan het “voordeel” van zoveel demping.

En dit gebeurd er als je de grabber een aarddraad gebruikt

Die demping zorgt er ook voor dat je met groundleads alleen maar een veel tragere stijgtijd krijgt. De ringing wordt ook uitgedempt. Als je in een echt circuit meet dan gebeuren dit soort dingen ook, spikes of runts zie je dus niet en het signaal kan er beter uitzien dan het lijkt. OK, het is maar een 100MHz scoop dus demping is te verwachten. Maar dat het toch beter kan zie je hier onder.

Een Tek P3010 100MHz 10x Probe uit de hogere klasse

Dit is een 100MHz Tektronix scoop. Een echte uit de betere lijn. De rijstijd is prima, hij haalt een veel hogere spanning dan de Rigol.

En ook daar gaat het mis met grabber een aardclip

Ook met groundlead eraan zie je ellende ontstaan.

Een hele oude Tek P6062A 100MHz 1x/10x probe

Een hele oude 100MHz Tek probe uit de tijd dat ze nog “het” scoop merk waren. Doet het nog beter dan de dubbel compenseerbare nieuwe. Daarbij is deze nog omschakelbaar ook. Petje af.

Duitse middenklasser, Tes-Tec 150MHz 1x/10x probe

Een middenklasse probe. Wordt voor 150 MHz opgegeven. Kosten volgens mij ergens rond de 60 euro. Mechanisch niet super, qua prestaties minder dan een 100 MHz Tek maar beter dan een Rigol. Best een goede prijs/prestatie verhouding.

Teks probes, 150MHz (?) uit de goedkope lijn (type sticker is eraf)

Bij een 2445 die ik koch via een handelaar zaten twee nieuwe probes. Ze waren van Tek zei hij, maar het stikkertje met type is er ondertussen af. Ze lijken uiterlijk als twee druppels water op de Rigol probes. Echt tot in detail. Maar je ziet dat uiterlijk niet alles zegt. Ze presteren veel beter. Waarschijnlijk zijn ze 150 MHz of meer.

Oude 100MHz 10x HP-10041A miniprobe

Een miniprobe van HP. 100 MHz, prestaties vergelijkbaar met de goede Tek.

heel oude 10x 60 MHz R&S probe, met grote grabber en lange aarddraad

Dit is een hele oude, lompe R&S. Heel mooi en degelijk gemaakt. Vreemd is dat R&S niet bekend is van scopen. Toch hebben ze probes gemaakt. Er zit een vaste erg lange aarddraad aan. Compleet onbruikbaar voor RF.

Philips PM8927, 75 MHz 10X probe

Philips maakte hele goede en degelijke probes.  Deze wordt voor 75 MHz opgegeven.  Oordeel zelf. De Tr is super, amplitude erg goed en verder weinig mis mee.

Onbekende 100x 1500V probe, was nieuw 10 euro op een radiomarkt

Een onbekende probe, beetje Philips achtig gebouwd en best degelijk. as goedkoop en leek nieuw maar dat zegt niks. Prestaties zijn nog best goed. Het is tenslotte een HV probe.

350MHz 10x Hameg probe

Deze zaten bij mijn Hameg. 350 MHz probes. Prestaties als de goede Tek en HP probe.  Aan de hoge Tr zie je dat de bandbreedte hoog is

Zelfde Hameg maar nu met grabber en aarddraad

Maar met de groundleads eraan wordt het een echt drama. Deze zijn veel te lang. (maar daar kan je wat aan doen)

This entry was posted in Experimental measurements, Homebrew Projects, measurement projects. Bookmark the permalink.

Comments are closed.