弄了个有源高阻探头还没有完工

JHXC

弄了个有源高阻探头还没有完工，仿真模拟和搭接电路试验能正常工作，实际采用一只场管2N4416、一只PNP高频管BF679、一只NPN三极管2SC3355、耗电比较大，9伏电压需要70毫安左右电流，电阻电容用的贴片，外壳12毫米直径。

每天要协助老婆带小孙子，后续还需要找时间折腾完。

sjp

没有70mA电流吧，7.0mA吧。

MF35_

sjp 发表于 2018-3-26 00:00
没有70mA电流吧，7.0mA吧。

70mA应该是有的，假如要能够最大输出2Vrms的信号（这在扫频仪中很正常），在50欧负载上就有40mA rms的电流，峰值是56mA，这就需要末级的跟随器有超过56mA的静态电流，相当的耗电

hifi369

起阻抗匹配作用吗？楼主

longshort

商榷一下。

输入级在偏置点处的跨导若能达到1mS，那么通过自举，输入电阻在直流的情况下将能提高到原来的99倍，同时由于自举产生的输入电容上的电压近似不变，故输入电容上的充电电流也减小到1/99，因而电容等效为减小到了1/99，这是自举技术有突出优势的地方。

2N4416的输入电容典型值是2.2pF，自举后的等效输入电容是0.022pF。但输入端并了一个串联的1N4148支路，本意是输入保护吧？1N4148的结电容是4pF，两个串联后为2pF，结果将自举产生的低输入电容特性抵消得优势全无。按图中数据计算自举后的频率特性，无二极管支路时的输入端截止频率约为36KHz，有二极管支路后的截止频率下降为近4KHz。如果输入信号的幅度没有可能很大的话，建议取消二极管支路，或者另外考虑更有效的保护方式。

输入偏置用了2M欧的电阻器，等效的输入电阻将达到198M欧，如果不需要这么高，那么20K欧的电阻器可以达到1.98M欧的等效输入电阻，但输入截止频率可展宽到3.6MHz。对于2N4416，这样做有助于减小电阻本身带来的热噪声，从而充分发挥低噪声的优势。

个人意见，仅供参考。

MF35_

我个人更喜欢用下面这种电路形式，首先输入信号经过衰减，一般是10:1，这样可以降低输入端的保护压力，同样的保护电路，输入端最大极限值可以提高10倍
然后通过调整Ro和Rf，使得第一级放大20dB（一级不够可以用两级），最后接一个缓冲输出匹配低阻抗
通过调节C使得输入网络匹配,即电阻和电容分压比相同，这样一来输入电容也将降低到栅极输入点的电容的1/10，FET输入电容2pF，4148电容4pF，最后从输入端看进去，电容只有0.6pF，这个输入电容已经可以达到非常大的带宽了

这个电路的好处是带宽可以做到比较大，容易调整，而且比自举方式更稳定，缺点是噪声系数略高些，但使用低噪声器件也高不了几个dB，对于扫频仪这样的仪器（动态范围一般到不了60dB）足够了

JHXC

longshort 发表于 2018-3-26 07:48
商榷一下。

输入级在偏置点处的跨导若能达到1mS，那么通过自举，输入电阻在直流的情况下将能提高到原来 ...

谢谢您的建议！ 您是一位功底深厚、治学严谨的好老师！

1N4148确实会抵消自举的作用，所以在描绘电路板时就取消了，实际没有安装。

要做一个实用的有源探头，虽然元件不多，但是考虑也要方方面面，高输入电阻、低输入电容、宽带、一定的带载能力、较大的动态范围、较低的噪声、耗电....。

构思了一段时间，专门网购了片状电阻和电容，这玩意非常便宜，常用系列几千只也只要了几十元钱。场效应管2N4416买的稍贵一点，不到五元一只。PNP高频三级管是早年从设备上拆卸下来的，淘宝还找不到这个型号，资料也没有找到规范的，记得是在UHF设备上用过应该是800兆周左右吧。2SC3355是早年的库存，电流耗散功率可以满足，还有MRF581作为备用。

还需要制作探针，考虑到操作的方便性，采用万用表笔改制，可以插入小号的逻辑探针、用来固定测试点。供电准备用电池，四节铁锂电池大约13伏，与对数检测器电路装在金属盒里。

探头主要用来与模拟扫频仪、虚拟扫频仪、频谱仪连接。与对数检测器串接之后，用来增加模拟仪器的对数显示。

实际搭接试验具有500毫伏正弦波的动态，因为耗电比较多，所以只要超过0dBm、即250毫伏应该可以满足一般要求，这个最后再来取舍。

JHXC

MF35_ 发表于 2018-3-26 11:06
我个人更喜欢用下面这种电路形式，首先输入信号经过衰减，一般是10:1，这样可以降低输入端的保护压力，同样 ...

您这个电路很有特色，首先是简单、输入端用衰减器减少输入电容、再用增益来抵消衰减值。

因为要驱动50欧姆负载，跟随器需要比较大的电流增益和电流。我采用互补PNP管，主要是为了降低电流。

我还考虑过采用宽带运放，因为供电复杂一点，手头有现成的器件OPA656，以后再来折腾。

MF35_

JHXC 发表于 2018-3-26 12:16
您这个电路很有特色，首先是简单、输入端用衰减器减少输入电容、再用增益来抵消衰减值。

因为要驱动50 ...

用运放也可以，但运放在大摆幅输出的时候，带宽压缩的厉害，输出端需要增加缓冲器，耗电相对省一些，不过需要正负电源比较麻烦

单电源下，不管使用任何技术实现，本质上是一个单端甲类功放，所以静态电流与输出电压成正比，我用这个电路的时候，后面的放大倍数没有达到20dB（没必要），大概6dB~10dB左右，这样后级的低阻抗接收级会损失一点动态范围，但影响不大，测试用足够了，好处是静态电流比较小（第一级也就1,2毫安，第二级十几毫安），可以电池供电（从测试仪器外接电源太麻烦了，也很丑）

或者可以用另一种方案，高阻有源探头本身具有20dB衰减，在测试仪器的前端增加一个可断开的20dB前置放大器，这样探头就可以在内部使用纽扣电池供电，使用有源探头时，打开内部的前置放大器就可以了，动态损失相当小（只相当于探头和前放的噪声系数总和，以现在的器件，做到5-6dB不难）

其实高阻输入测量最大的障碍是噪声，以上方法在100M以内有用，超过100M的测量，意义不是很大，因为带宽太高，导致噪声电压过高（噪声电压和带宽的平方根成正比），所以超过100M的频率，都不建议用高阻输入了。

频率高到一定程度，必须是低阻，所以高带宽示波器一定具有50欧输入选项。

小徒弟下山

请问老师们，相位是如何補赏的。

peiguoqing

小徒弟下山 发表于 2018-3-26 13:25
请问老师们，相位是如何補赏的。

看到您问相位的问题，忽然看到您的头像，好像是复数坐标吧?
俗话说，物业所专；

您看来非常擅长这一块。

改天给普及下，相位，匹配，史密斯图的知识吧？

peiguoqing

请教各位老师：

关于噪声的问题：

比如，upc1688，噪声系数是4db；是什么意义？

我们假设，影响仪器基线的就是噪声；比如有个仪器是-100dbm的噪声基线；

如果直接接入信号源，这个信号源的噪声是0db，信号是-95dbm；那么，仪器中的信号就是-100dbm以上的信号吧，噪声还是-100dbm吧，在-100dbm基线噪声上面出现-95dbm的峰值；

如果信号源先介入UPC1688功放块，这个噪声系数是4db，信号是-95dbm，在介入-100dbm的仪器里面，那么，噪声基线就变成了：-100dbm+4db = -96dbm吗？
这样，输入的信号就在-96dbm基础上，露出一点点到-95dbm的峰值，是吗？

MF35_

peiguoqing 发表于 2018-3-26 15:00
请教各位老师：

关于噪声的问题：

噪声系数，就是指信号通过网络后，信噪比劣化的程度

比如，噪声系数5dB，你输入的信号信噪比是40dB，输出的信号信噪比就降低为35dB了

噪声为0dB的说法是不对的，dB是相对值，无法用于表征噪声功率，你的意思应该是噪声为0，这样的噪声功率为负无穷大dBm，这种东西是不存在的

仪器的噪声基线，表达的是仪器的动态范围，也就是仪器最低能够测量的信号功率，这个和仪器的测量精度、器件噪声等多种参数相关，你可以近似的认为用这个仪器测量任何信号都会被叠加上-100dBm的噪声

假如一个信号功率是-95dBm，没有噪声（假设），仪器的噪声基线是-100dBm，这个信号是可以被仪器看到的，依然是-95dBm，能够可见的信噪比是5dB，如果信号功率低于-100dBm，信噪比就是负的，信号就被淹没了

如果放大器的噪声系数是4dB，理论上输入一个无噪声的信号，输出的信号还是无噪声的，因为无穷大的信噪比即便劣化4dB也还是无穷大，但实际上因为放大器具有固有噪声，所以放大器的噪声系数，是一个输入信噪比和增益的函数，当输入信噪比非常大时，噪声系数相应会变大，所以手册给出的噪声系数，一般都是指在一定的信噪比和增益下测得的，所以要计算这个问题，首先要知道信号的信噪比，否则无法算的

假如你的信号是-95dBm，噪声-100dBm，信噪比就是5dB，通过这个噪声系数4dB的放大器后（假设放大器功率增益为0dB），信号依然是-95dBm，信噪比1dB，噪声变为-96dBm，看上去高于仪器的基线噪声，但这并不意味着输入到仪器后，信号可以被测量

仪器得到的噪声功率是-100dBm（仪器自身噪声）与-96dBm（信号噪声）的功率之和，-100dBm功率是0.0000000001mW，-96dBm是0.00000000025mW，相加后是0.00000000035mW，转换成对数即-94.56dBm，这是最终仪器看到的噪声功率，比你认为的-96dBm要大，而信号功率是-95dbM，所以信号已经被淹没了。


补充：以上所举的仪器的例子，其实并不确切，因为噪声具有不同的类型，假如是白噪声（电子系统常见），那就涉及到噪声带宽的问题，如果仪器的分析带宽足够小，即便噪声功率等于甚至高于信号功率，依然可以有效分辨信号。

比如对于毫伏表，它是一个宽带分析仪器，上述例子中的情况下，就无法分辨信号功率，因为得到的是噪声功率
假如仪器是频谱仪，并且分辨率带宽是信号带宽的1/10，那么仪器得到的信噪比将优化10dB，对于上述的情况，就可以有效分辨信号了

小徒弟下山

MF35_ 发表于 2018-3-26 11:06
我个人更喜欢用下面这种电路形式，首先输入信号经过衰减，一般是10:1，这样可以降低输入端的保护压力，同样 ...

这个电路是反相输出, 有点美中不足.

大孔景元

电流太大、太小对带宽的拓展均不利，用pnp、npn两个极性相反的三极管做成互补跟随器，负载电阻就不必太小，耗电能低一点