Paso 3: Etapa de entrada
Para permitir la conexión de diferentes tipos de sondas la entrada ofrece tres opciones diferentes para el conector. El uno es el conector BNC, que es obligatorio si el alcance se montará en el recinto de Serpac con los paneles de extremo personalizado proporcionado. Para variantes de tablero pelado que el usuario puede instalar conectores RCA (también conocidos como RCA o conector de audio) – algunos prefieren estas porque es fácil construir sondas baratas para ellos. También hay espacio para un 0,1" espacio cabecera de puente – útil para enganchar el alcance por ejemplo a un protoboard a través de cables de puente.
Convertidor de analógico a digital del microcontrolador (ADC) tiene una gama fija de entrada de 0 a 5V. El op-amp (riel de entrada y salida, véase la sección siguiente) sólo puede transmitir señales en este rango también. Señales más pequeñas de lo que van obtener medirá con reducción resolución (ya que no abarcan toda la gama de valores digitales ADC), y conseguir recortará las señales más grandes. Dado que la señal de entrada que el alcance se supone para medir puede abarcar una amplia gama de muy pequeño a muy grande, tenemos una etapa de entrada que puede atenuar o amplificar la señal de entrada para que sea conveniente para los convertidores de analógico a digital (ADC).
En primer lugar, en la etapa de entrada, la señal se atenúa por un factor de 10 por el divisor de tensión formado por las resistencias R1 y R3. Esto aumenta el rango de tensión máximo a 50 v pico a pico. R1 y R3 en serie producen 1 MOhm resistencia total para la entrada de alcance tiene la impedancia correcta, estándar necesaria para utilizar el estándar pasivo 1:10 o sondas de 1: 100 alcance.
Puesto que los circuitos posteriores no pueden lidiar con voltaje negativo (para mantener el circuito simple, que el ámbito de aplicación tiene sólo un único + fuente de 5V y no negativa del suministro), la única forma de medir señales negativas debe les cambio con una tensión de offset, suministrada por el divisor de baja impedancia de resistencias trimmer R12, R16 y R17. Condensador C4 asegura que este voltaje compensado no flotar cuando la señal de entrada cambia rápidamente (la fuente de alimentación no podría reaccionar rápidamente bastante a rápidos cambios – C4 se encarga de que porque actúa como un buffer de carga).
R12 se ajusta de modo que el voltaje al entrada del amplificador operacional está en 2, 5V (es decir, exactamente en la mitad la tensión de alimentación y así el rango del ADC) cuando 0V se aplica al ámbito de la entrada. Los 2.5V nivel así actos como especie de una "planta virtual" para las etapas de procesamiento posterior. Puesto que el divisor de entrada reduce el vaivén de la entrada por un factor de 10 esto significa que el ámbito de aplicación ahora puede medir las señales de entrada entre - 25V (dando por resultado 0V yendo a lo op-amp) y + 25V (resultando en + 5V va para el op-amp).
Si utiliza un 1:10 sonda alcance – básicamente un glorificado (bueno, realmente frecuencia compensada) 9 MOhm resistencia, la relación de la entrada del divisor se convierte en 1: 100 (divisor formado por sonda y R1 por un lado y R3 en el otro) y la gama aumenta a +-250V (pero tenga muy cuidado cuando tales tensiones de alta!).
Nota importante: Una fuente de confusión es el hecho de que la parte inferior del separador de entrada no se va a tierra (0V) sino más bien a la tensión de offset. Esto es diferente de cómo la mayoría de los ámbitos de trabajo y es el precio a pagar para usar sólo un carril de la fuente única y positiva. Significa que si la entrada es de izquierda abierta (nada conectado a él) flotará hasta la tensión de offset y como resultado el alcance no mostrará 0V pero algo un offset positivo. También significa que el software tiene que ajustar el desplazamiento vertical aplicado ligeramente al pasar de una punta de prueba de 1:1 de baja impedancia para una MOhm 9 sonda de 1:10.
El separador de entrada (atenuador) merece alguna consideración adicional. Es un supuesto divisor compensado y consiste en una combinación paralela de un divisor resistivo (R1 y R3) y un divisor capacitivo (C12 y C11). La razón para agregar el divisor capacitivo es el hecho de que los diodos de protección (D1 y D2) y la entrada del amplificador operacional (OP1.1) tienen cierta capacitancia parásita inevitable C_par del orden de unos pocos PF. Con R1 y R2 esto crearía un-R-C filtro de paso bajo (el separador de alimentación la capacitancia parásita que necesitaría cierto tiempo para cargar), seriamente limitando el ancho de banda posible (en nuestro caso a unos pocos kHz).
La solución, si no puedes vencerlos, úneteles. Agregar el divisor capacitivo y ajustar a la misma tasa de división (1:10) como el divisor resistivo hace que la respuesta de frecuencia plana de DC a la luz (al menos en teoría - pero lo suficientemente cerca para nuestro propósito). La condición necesaria es que el cociente de la división del divisor resistivo (R1, R3) es igual al cociente de la división del divisor capacitivo:
(C11 + C_par) / C12 = R1 / R3
En extremo superior muchos ámbitos uno de los condensadores se hace ajustable a recortar la relación de la capacitancia exacta, pero para mantener las cosas simples (y baratas) opté por condensadores fijos. Una cosa menos para ajustar! Puesto que no hay nada gratis en la vida, no es de extrañar que hay un precio a pagar - el divisor capacitivo hace que la impedancia de entrada de la mira caer para frecuencias más altas. Todavía esto es un equilibrio merece la pena y así un circuito de compensación se puede encontrar en virtualmente cada osciloscopio.
Finalmente los dos diodos (D1, D2) actúan como protección de entrada, ninguna señal al preamplificador que superan cualquiera de recorte + 5V o 0V por más de un diodo de la gota. Que necesitan para conmutación rápida (tanto en conducción como en recuperación) y baja capacitancia de entrada. Por otra parte, dado el valor de la resistencia de entrada alta (900 kOhm) entre la entrada y el diodo no necesitan derivación mucha corriente incluso en grandes sobretensiones en la entrada de alcance. Los diodos utilizados (1N914) están muy fácilmente disponibles todavía ofrecen el cambio muy rápido. (En realidad casi cualquier CMOS IC, como el op-amp, tiene una estructura de protección similar en sus entradas y salidas, pero para las entradas de alcance que pueden ser objeto de importantes sobretensiones no quería depender de esto para la protección de). R1 es nominal a una carga estática de al menos 100V o 200V (dependiendo del modelo concreto), por lo que esto da buen espacio libre en comparación con el rango de señal de entrada especificado (25V de pico). Para tiempos cortos la estructura entrada puede soportar tanto voltajes más altos (pero no confíe en!).
