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Thema: Aktiven Tastkopf selber bauen (fertig zum Nachbauen)

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Aktiven Tastkopf selber bauen (fertig zum Nachbauen)

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    Hallo!

    Ich habe mich entschieden, wegen Preis, einen aktiven Tastkopf selber zu bauen. Nach langer Suche habe ich im Internet nur ein Beispielschaltplan gefunden (im Code oben) und für mein Bedarf ergänzt (im Code unten).

    Ich möchte damit keine Konkurenz dem bekannten Herstellern machen, nur einen Tastkopf mit sehr niedriger Kapazität haben, um möglichst ohne Einfluß auf die HF Schaltung die Signale zu beobachten.

    Befor ich aber mit dem Bauen anfange, wollte ich das zuerst anschauen lassen, weil vielleicht man noch etwas besser machen könnte.

    Vielen Dank im voraus!

    Edit: Übrigens, wenn jemand sich einen aktiven DC Tastkopf nur bauen möchte, braucht nicht den ganzen Tread durchsuchen, weil alles nötige für Nachbau ab der Seite 6 ist. Leider Google unterstützt nicht das Program, das zur Skizzierung der Schaltpläne benutzt wurde und es ist nötig sich direkt ins Roboternetz einzulogen:

    http://www.roboternetz.de/phpBB2/pos...tpost&p=407804

    Viel Erfolg beim Nachbau und Spass bei Benutzung!

    MfG
    Code:
                          Offset
    
                             V
                             |    +---+---+------< +Vcc
                            .-.   |   |   |
                          Rr| |   |  .-.  |
                      C1    '-'   |  | |  |
                   +--||--+  |    |  '-'  |
                   |  __  |  |  |-+   |   |
         Spitze <--+-|__|-+--+->|-+   |   |
                      R1          |   |   |
                                 .-.  | |/
                                 | |  +-|
                                 '-'  | |>
                                  | |<    |
                                  +-|     |
                                  | |\    |
                                |-+   |   |  __
                             +->|-+   |   +-|__|-> Ausgang
                             |    |   |   |  Rs
                             |   .-.  |  .-.
                             |   | |  |  | |
                             |   '-'  |  '-'
                             |    |   |   |
                             +----+---+---+------< -Vcc
    
    
    
    
    
    
    
    
                       +---+-----+
                       |   |     |
                      ===  - C1  | C2
                      GND  - µ1 /-\220µ
                           |    +|
                           +-----+--------+----------------------o +5V
                    BF245A |     |        |
                         |-+    .-.R4     X 40mA
         Spitze <---+--->|-+    | |470    |
                    |      |    '-'       |
                   .-.R1  .-.R2  |      |/
                   | |1M  | |470 +------| BFR91A
                   '-'    '-'    |      |>         RG 174       Oszi
                    |      |   |<         |  _______    ______   _
                   ===     +---| BF324    +-(______(- -(______(-(o)
                   GND     |   |\         |                      |
                         |-+     |       .-.R5                 +-+-+
                      +->|-+     |       | |51                 |   |
               BF245A |    |     |       '-'    C5 10µ        .-.  -
                      |2mA X     X 10mA   |      /          1M| |  -15p
                      |   .| \   |        +-----[|-----+      '-'  |
                      |   .-./\  |        |      \+    |       |   |
                      |"0"| | R3 |        |            |      === ===
                      |  /'-' 470|        +-----||-----+      GND GND
                      |    |     |        |    C6 µ1   |
                      +----+-----+        |  __        |
                      |    |     |  -2V ->+-|__|-+     |
                   C3 -   /-\ C4 |       3|R6 120|     |
                   µ1 -   +| 220µ|      .---.    |     |
                      |    |     |      |LM |1   |  _  |
                     ===  ===    |      |337|----+-|_|-+
                     GND  GND    |      |   |    R7 75 |
                                 |      '---'         ===
                                 |       2|           GND
                                 +--------+----------------------o -5V

  2. #2
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    Je nach wert der Widerstände sollte man auf den Kondensator am Eingang verzichten können. Ich würde eher R1 >> Rr sinnvoll halten, also mit Spannungsteiler am Eingang. Dann wäre eher ein Trimmcondensator (ca. 1-10pf) parallel zu Rr sinnvoll.

    Die Verstärkerstufe hinter den Fets sieht nicht so besonders linear und nur für einen recht kleinen Signalbereich geeignet aus. Da sollte sich was besseres finden lassen, und wenn es eine schneller OP ist. Der max4012 wäre ein Beispiel, aber das gibt es massig Typen.

    Man sollte eventuell auch noch etwas ESD Schutz vorsehen, z.B. Dioden vom FET Gate zur Versorgung. Wenn es sein muß auch mit Bootstrapping. Zusammen mit einem nicht zu kleinen R1 sollte das als Schutz reichen.

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Herzlichen Dank für deine Beurteilung und Tips.

    Ich habe gedacht dass es nur bis zum ca. +/- 2V Signal vom Messpunkt zum Oszi übertragen muß, da für größere Spannungen habe ich ja den Tastkopf 100:1 mit Eingangsimpedanz 2 pF. Und der FET Tastkopf wird, zumindest bei mir, nur für kleine Signale benutzt. Deswegen habe ich keinen Spannungsteiler am Eingang vorgesehen und der Spannungsfolger nach dem FET brauch auch nicht mehr weiterleiten.

    Es sollte zuerst etwas einfaches sein und aus Teilen die ich schon habe. Wenn es nicht zufriedenstellend funktionieren wird, muss natürlich etwas besseres gebaut werden, dann schon mit ICs.

    Ich habe extra keine Schutzdioden am Eingang vorgesehen, weil sie sicher die Eingangskapazität, die ich möglichst klein haben will, erhöht werden. Der T1 sollte laut Datenblatt bis zum +/- 30V aushalten, da der Gatestrom durch die Konstantstromquelle T2 auf 2 mA begrenzt ist.

    Ich überlege gerade, ob ich die ganze Schaltung nicht mit +/- 2V versorgen soll, dann kann ich nämlich auf den LM317 verzichten.

    Für mich wichtig ist, dass es grob passt und gebaut werden darf.

    MfG

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär
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    Ganz ohne Widerstand am Eingang hat man sehr wenig Schutz, da reichen auch die +-30 V nicht weit. Kleine Dioden sollten mit Vorspannung eine Kapazität von etwa 0,5..1 pF haben. Das sollte man noch vertragen können. Mit einem Teiler auf die Hälfte am Eingang sollte man dann immer noch unter 2 pF kommen. Den Verlust an Signal kann man gut durch etwas Verstärkung wieder kompensieren. Etwas verstärkung sollte man ohnehin haben, denn durch den Leitungsabschluß verliert man die Hälfte der Amplitude. Hinter die Fets sollte also eine etwa 4 fache Verstärkung, damit man nicht unnötig viel Rauschen rein kriegt.

    Der Leitungsabschluß ist noch nicht richtig: Da sollte ein Widerstand (50 Ohm weniger Ausgangsimpedanz) zwischen Verstärker und Kabel. Außerdem muß auch an der Oszilloskopseite eine Abschlußwiderstand hin.

    Wenn man kein IC nehmen will, würde ich den Verstärker so ähnlich bauen wie in dem oberen Plan, nur mit dem Emitter des ersten Transistors nicht an -vcc, sondern an das geteilte Ausgangssignal. Auch mit den sonst schnellen Transistoren hat man sonst doch eine Frequenzabhängige Verstärkung.

  5. #5
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Die Versorgungsspannugen sollte man nicht kleiner wählen wegen der dann steigenden Sperrschichtkapazitäten. Mit kleinen Widerständen für hohe Grenzfrequenz muss man beim Entwurf immer auch die Verlustleistung im Auge behalten, die 5V sind schon ein Kompromiß zwischen Sperrschichtkapazität und Verlustleistung.

    Die beiden Bipolartransistoren bilden einen doppelten Emitterfolger mit kompensierter Nullpunktverschiebung. In der zweiten Schaltung ist der BF324 richtig herum drin.

    Interessant wird sicher auch das Layout, die einzelnen pF für Dioden hat man durch den Aufbau auch schnell drin. Ein Patentrezept habe ich leider auch nicht.

  6. #6
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    Hallo!

    @ Besserwessi

    Vielen Dank für Weitere Tips, aber ich möchte zuerst die Schaltung, wie gezeichnet aufbauen und prüfen.

    Ich will am Eigang kein zusätzlichen Schutz haben, der mir die Angangskapazität vergrössert und das Signal teilt. Wenn jemand einen Schutz bzw. Eingangsteiler haben will, kann sich sowas ansteckbares dazu bauen.

    Wahrscheinlich werde ich jedoch ein Kondensator anwenden, weil bei höherem DC Anteil im Signal der T1 übersteuert wird. Meistens ist das mich interessierte HF Signal im Bereich ein paar mV und auf DC Potenzial um ein paar V.

    Der Asgang ist an das 50 Ohm eiseitig angepasst und das sollte zuerst reichen. Theoretisch wird natürlich das Ausgangssignal am Oszi reflektiert, aber beim Rückkehr wird es vollständig durch R4 "verschluckt", so das keine stehende Welle entsteht. Es ist nicht optimal, und wenn es störend wird werde ich noch am Oszi-Stecker 50 Ohm SMD anlöten müssen, was bei den Stecker die ich jetzt habe, fast unmöglich ist. Es gibt zwar fertige 50 Ohm Durchgangsabschlüsse, aber so weit ich weiss, dort steckt ein 2W Widerstand und ich befürchte das auch entsprechend ziemlich große Kapazität.

    @ Manf

    Sorry, es war mein Fehler in der obere Skizze und ich habe es bereits ausgebessert. Der BF324 ist richtig herum.

    Mit den Versorgungsspannungen war nur ein Gedanke, das ich ziemlich schnell als Nonsens erkannt habe, da der lineare Bereich des Verstärkers zu klein geworden wäre.

    Ich baue es, wie bisher immer, auf einer Lochrasterplatine mit SMD 1206 und erspare ich mir die Enttäuschung, dass es auf der geätzter Platine anders funktioniert.

    MfG

  7. #7
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    Für einen ersten Test geht es ohne Abschluß am Oszilloskop, aber nicht wirklich gut, denn duch die Refelxion kriegt man die doppelte Amplitude, auch wenn es keine wirklich stehende Welle gibt. Bei den fertigen Abschlußwiderständen braucht man sich eigentlich nicht um die kapazität sorgen, denn das soll ja ein Leitungsabshcluß werden. Es kommt also nur darauf an des die 50 Ohm stimmen. Wenn da zu viel Kapazität drin wäre, wäre der nicht als Leitungsabschluß bei den Frequenzen geeigent, egal was am anderen Ende dranhängt.

    Der Emitterfolger mit 50 Ohm als Arbeitswiderstand wird weniger als 50 Ohm Ausgangswiderstand haben, also keine richtige Impedanzanpassung geben. Da sollten wenigstens 27 Ohm, eher 39 Ohm als Serienwiderstand dazu. Egal wie mans nimmt, man verliert da die Hälfte der Amplitude. Da die 50 Ohm Arbeitswiderstand ohnehin nicht als Abschluß wirken, kann man auch einen größeren Widerstand nehmen und dann die vollen -5 V nehmen.

    Als ersten Test kann man auf etwas Verstärkung verzichten, aber wenn man wirklich Signale von nur ein paar mV messen will, wird man da kaum drumrumkommen. Ohne Verstärkung wird man etwa das 3 fache an Rauschen vom normalen Oszilloskopeingang (ohne Tastkopf) haben, mit Verstärkung könnte man etwa so gut wie das Oszilloskopeingang werden.

    Für den ersten Aufbau würde ich eher frei fliegend oder "dead-bug style" vorschlagen, denn Lochraster hat recht viel kapazität. Norfalls auch gemischt, den Eingangsteil Frei fleigend, die Transistoren auf eine Lochraster/Punktraster.

  8. #8
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    Bei Frequenzen über 100 MHz glaube ich mehr der Praxis als Theorie. Die Abschlußwiderstände sind für LAN (10 MHz) bestimmt, also nicht für so hohe Frequenzen, deswegen bin ich skeptisch.

    Den Ausgangswiderstand der Endstufe werde ich erst nach dem Aufbau messen können und entsprechenden Widerstand seriell mit dem kabel einfügen.

    Mit der Verstärkung und Rauschen ist es auch relativ und entscheidend ist die erste Stufe, deren Rauschen in den weiteren Stufen verstärkt wird.

    Ich verringere die Montagekapazitäten der Lochrasterplatine per Hand durch entfernen unbenutzten Lötpunkten mit 3,5 mm Bohrer.

    Mfg

  9. #9
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    Das mit dem Rauschen der ersten Stufe stimmt normalerweise schon. Nur hier hat die erste Stufe zusammen mit den Abschlußwiderständen eine Verstärkung von etwa 1/3 bis 1/2. Dadurch ist die Stufe die das Signal am kleinsten hat die Eingangsstufe des Oszilloskops, und die bestimmt dann das Rauschen, wenn man den "Verstärker" nicht noch wesentlich schlechter hat.

    Welche Bandbreite ist denn überhaupt gefragt ? Bei 100 MHz wird man wohl kaum um einen Aufbau in SMD vorbeikommen. Da geht dann leider eher nur Aufbauen Testen, ggf. etwas verändern und weiter als ganzes testen. Ganz ohne Theorie (z.B. Simulation) wird das schwierig. Bei den hohen Frequenzen kann man kaum ohne Rückwirkung auf die Schaltung messen.

  10. #10
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    Weil men Oszi nur bis 150 MHz geht, mehr brauche ich nicht, könnte aber sein.

    Ich nehme natürlich SMD 1206 weil mit kleineren ist es schon in meinem Alter bißchen zu schwerig. Nur die Transistoren und Elkos sind verdrahtet. Den ganzen Aufbau wegen unberechenbare Montagekapazitäten könnte man kaum simulieren.

    MfG

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