Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Zasilacze UPS
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

max-bit 26 Wrz 2015 20:17 8691 43
  • Starsza wersja:
    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    Nowa wersja
    I parę Fotek :

    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    1. Wprowadzenie

    W poniższym tekście chciałbym przedstawić bardzo prosty generator impulsów nanosekundowych, który można wykorzystać do badania zjawisk związanych z TDR (ang. time-domain reflectometer), czyli zjawisk związanych pomiarami impulsów elektrycznych w dziedzinie czasu czy innych pomiarów (np badanie odpowiedzi szybkich układów - wzmacniaczy oscyloskopów itd...

    1. Pomiary TDR wstęp do budowy układu

    Podstawową barierą w badaniu TDR jest na ogół brak dostępu lub posiadania fabrycznego przyrządu pomiarowego, powód jest prosty taki sprzęt nie jest ani tani ani powszechny. Jednak ponosząc naprawdę niewielkie nakłady możemy sami zbudować taki układ pomiarowy. A więc co nam będzie potrzebne? Na pewno oscyloskop, najlepiej cyfrowy, (choć nie jest to konieczne) o paśmie przenoszenia min 60 MHz (500 Ms -1 GS/s) oraz źródło impulsów o czasie narastania nie większym niż 1ns i czasie trwania w przedziale 1-2 ns. Zakładam, że każdy elektronik jak i krótkofalowiec taki oscyloskop posiada, pozostaje, więc pytanie skąd wziąć albo jak zrobić taki generator impulsów? I to na pomocą przychodzi dokument firmy Linear Technology autorstwa Pana Jima Williamsa o oznaczeniu AN47 z 1991r o szybkich wzmacniaczach. Nas interesuje w nim w szczególności dodatek D (APPENDIX D) na stronach 93-95 (polecam jednak zapoznanie się z całym dokumentem.) Opisuje on prosty układ generatora impulsów o czasie trwania ~1nS i szybkości narastania (Rise time) ~300ps.





    3 Opis urządzenia - schematu

    Cały układ oparty jest na dwóch blokach.
    Pierwszy blok to przetwornica DC-DC, i jest zbudowana z wykorzystaniem układu LT1073, drugi blok to układ właściwego generatora opartego na tranzystorze Motoroli 2N2369A. Przedmiotowa przetwornica dostarcza napięcia zmiennego, które jest następnie podnoszone w układzie diodowego powielacza napięcia (diody D1-D3) do wartości 90V. Następnie takim napięciem zasilany jest ciekawy układ generatora impulsów.
    Układ zasilany jest przez rezystor 1MOM (R5) a który zasila bezpośrednio tranzystor i kondensator 2pF (C2), który po naładowaniu się do napięcia ok 50V (Uce dla 2n2369 to ok 40V) wywołuje krótkotrwałe przebicie złącza CE w tranzystorze T1 i wyzwolenie impulsu (zjawisko lawinoego przebica).
    Przebicie to ma charakter przemijający i powtarza się, co ok 10uS. Teraz uwaga, co do samego tranzystora 2N2369A nie każdy tranzystor z tym oznaczeniem będzie działał, w moich prototypach najlepiej spisywały się stare wylutowane 2N2369A Motoroli wyprodukowanych w latach 1981-1985, inne tranzystory, u mnie po prostu nie chciały działać.
    Tranzystor pracuje w układzie wtórnika emiterowego, a jego wyjście jest za pomocą rezystora emiterowego dopasowane dokładnie do 50 Om. (jeśli ktoś chciałby badać kable o innych impedancjach musi dobrać wartość rezystorów R2, R3 do wartości impedancji kabla (np. 75 om (2x150)). Na wyjściu znajduje się gniazdo BNC najlepiej dobrej jakości z izolacją teflonową. Schemat przedstawiony został na rysunku nr 1 (schemat).

    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    4. Wykonanie ; zasilanie - obudowa

    Płytka drukowana jest naprawdę mała ma wymiary 42x18mm poniżej zdjęcia zmontowanego układu,

    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    Układ można zasilać napięciem z przedziału od 1,5V do 3V ja wykorzystałem baterie litową CR2450, choć nie powinno się z tego typu baterii pobierać prądu większego niż 0,3-0,4mA (a układ pobiera 5mA), z urządzenia korzystam już rok i nadal napięcie na baterii wynosi 3,05V. Oczywiście, jeśli ktoś będzie intensywnie korzystał, bateria ta szybko dość przestanie dostarczać wymagane napięcie. Jak widać na poniższych zdjęciach zmontowane urządzenie jest naprawdę małe i posiada całkowite rozmiary12x4x2,5cm. Na zdjęciu widać moduł generatora, przełącznik, diodę LED wskazującą zasilanie, oraz gniazdo z baterią CR2450.

    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    5. Pomiary

    Poniżej kilka bardzo prostych pomiarów. Pierwszy pomiar pokazuje impuls generowany przez generator, pomiar czas narastania wynosi ok.1,3 nS i wynika z ograniczonego pasma przenoszenia oscyloskopu (200MHz), całkowity czas trwania impulsu ok 2,5ns. (generator mierzony na oscyloskopie o paśmie przenoszenia 2 GHz (10 GS) pokazywał Tr=280pS i całkowity czas trwania impulsu 1ns.

    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    Kolejny to pomiar otwartego kabla koncentrycznego o współczynniku skrócenia 0,66. (kabel RG 178). Całkowity czas zmierzony to 17ns, w celu wyliczenia czasu propagacji, wartość tą należy podzielić przez 2 (czas mierzony na dotarcie odbicie i powrót sygnału) otrzymujemy, więc 8,5 ns, teraz wystarczy tą wartość pomnożyć przez prędkość światła (dokładniej fali elektromagnetycznej) oraz przez współczynnik skrócenia kabla tj. 0,66 (współczynnik skrócenia to wartość o ile fala elektromagnetyczna „biegnie” wolniej w danym ośrodku w stosunku do próżni). Po dokonaniu obliczeń otrzymujemy wynik długość kabla równą 1,67m (rzeczywista długość kabla wynosi 1,7m), a więc błąd pomiaru wyniósł ok 2 %.

    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    Ostatni pomiar dotyczy instalacji kabla do anteny. Podobnie tutaj widzimy odbicie na końcu oraz zafalowania po środku pomiaru. I tak pierwsze to obicie na przejściu kabli, a kolejne to odbicie na odgromniku. Obliczone odległości to odpowiednio złącze w odległości 2,2m, a odgromnik w odległości 5,5m i w końcu antena w odległości 9,2m (i te pomiary są również z dokładnością 2-3 %).

    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    Jeśli odbicie jest ponad osią oznacza to rozwarcie kabla, czyli impedancję >50 om (w stosunku do impedancji wyjściowej generatora), jeśli pod osią zwarcie lub impedancję <50 om. Pomiar jest naprawdę dokłada i ujawnia wszelkie odchyłki od impedancji kabla, w tym wszelki zawilgocenia, uszkodzenia, zagięcia itd.

    6. Podsumowanie

    Jesli ktoś jest zainteresowany będę w najbliższym czasie kompletował kilka KIT-ów, w postaci kompletnego zestawu cześci .... proszę pisać na PW.

    Spoiler:
    oczywiscie wraz z płytką drukowaną (wykonaną w zakładzie) obudowa baterią (czyli full zestaw do złożenia) Przewidziany koszt jednego kompletu 110 -120 PLN (komletny zestaw PCB-Cześci-Obudowa-Bateria LiIon)


    Na koniec jeszcze film ....



    Link


    Fajne!
  • Zasilacze Ups
  • #2 26 Wrz 2015 23:22
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Bardzo ciekawa konstrukcja, kiedyś realizowałem podobny (ideowo) generator, jednakże mi zależało na dużym prądzie i napięciu wyjściowym. Opisałem go tutaj - www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=12406112#12406112 może kiedyś będę budował kolejną wersję...

  • #4 27 Wrz 2015 10:23
    ZBIQ
    Poziom 17  

    max-bit napisał:
    Budowa generatora o wiekszej mocy była by dość trudna...


    Jest wręcz banalna. Wystarczy kilka tranzystorów lawinowych połączyć w układ Marxa.
    Są konstrukcje na lawinowcach z impulsami sięgającymi kilku kilowoltów.

  • #5 27 Wrz 2015 10:32
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    max-bit napisał:
    Budowa generatora o wiekszej mocy była by dość trudna...
    Nie nie możliwa ale trudna ze względu konieczność zdobycia tranzystora mocy o znacznej czestotliwości pracy ok 5-6 GHz .....
    Zresztą pytanie czy to jest potrzebne ?


    Odpowiadając na Twoje pytanie - tak, to potrzebne w moim przypadku/mojej aplikacji.

  • Zasilacze Ups
  • #7 27 Wrz 2015 12:00
    ZBIQ
    Poziom 17  

    A proszę. Z wykładów dra Misiaszka.

    Wyjście układu nie ma dopawania jednak chodzi tu o ideę układu.
    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

  • #8 27 Wrz 2015 12:04
    max-bit
    Poziom 23  

    Proste w założeniu :)
    Ale myśle że wykonanie i sparowanie :) tranzystorów aby to w miarę trzymało.....
    Do tego zdobycie takich tranzystorów plus kV .... i to wszystko w ns ....

    Gwartantuję ci że to nie będzie proste ....

    Kwestia kasy i chęci :) no to na pewno :)

    Proponuję zaproponuj jakis układ wykonawczy .... można spróbować zbudować ....

  • #9 27 Wrz 2015 12:09
    ZBIQ
    Poziom 17  

    Według mnie jest do zrobienia.

    Tranzystory 2n5550 są TME (kwestia czy akurat te będą miały chęć się lawinować), można dla testu zrobić jedną "drabinkę" (w sensie trzy tranzystory jeden na drugim), ustawić napięcie kolektorowe powiedzmy 10V poniżej samoczynnego przebicia tranzystorów i sterować wyzwalaniem.

    Jak będę zamawiał w TME to wrzucę kilka tych tranzystorów i postaram się coś polutować.

  • #10 27 Wrz 2015 12:12
    max-bit
    Poziom 23  

    Własnie nie każde chcą lawinować ...
    Ja przestesowałem 2N2369A ale oryginalne MOT i to nie wiedzieć dlaczego takie z przełomu lat 81-83 inne (starsze i nowsze) juz nie chciały poprawnie działać .... a już w ogóle innych firm ....

  • #11 27 Wrz 2015 12:18
    ZBIQ
    Poziom 17  

    Słyszałem już od kilku implusowców, że coraz słabiej domieszkują złotem te 2N2369A :).
    Ale to taka bardziej legenda.

  • #13 27 Wrz 2015 19:50
    olelek
    Poziom 24  

    Jak dobrze rozumiem, układ LTC jest użyty do uzyskania napięcia +90V. Jeżeli jest tak kosztowny, jak rozumiem tą część układu można zastąpić inną przetwornicą, np. zbudowaną na ne555 lub mc34096a. Mogłoby to obniżyć koszty budowy.
    Skoro nowsze tranzystory nie pracują poprawnie, może są "lepsze", tzn. bardziej odporne na zjawisko przebicia, na którym bazuje ten generator?

  • #14 27 Wrz 2015 20:01
    max-bit
    Poziom 23  

    Układu LT nie będę zmianiał jest to rozwiązanie przetestowane pracujace stabilnie wiec nie ma co eksperymentować aby uciągnąc 10 PLN oszczędność

    Podobno podobno nadaje sie jeszcze BFR505 ale ja nie testowałem tego tranzystora

  • #15 28 Wrz 2015 00:24
    Sinus360
    Poziom 12  

    Ciekawy projekt i fajny pomysł na badanie kabla.
    W bierzącym numerze Elektroniki Dla Wszystkich (9/2015) znajduje się niemal identyczny schemat z (noty aplikacyjnej AN-61) oraz niewielki artykuł o załączaniu lawinowym.

  • #16 28 Wrz 2015 17:24
    max-bit
    Poziom 23  

    Dziś wieczorem popracuje nad PCB (wstępnie) zmniejszył sie też koszt "KITu" patrz spoiler (w pierwszym poscie)

    Zamówiłem w farnellu nowe wersje 2n2369A (ON smie i NXP) zobaczymy czy któreś będą chciały poprawnie pracować ....

  • #17 28 Wrz 2015 18:04
    ZBIQ
    Poziom 17  

    Ja potwierdzam, że BFR505 dobrze się lawinują. Właśnie go pomierzyłem (losowa sztuka z paczki - bez przebierania), tłumik na wejściu 14dB.

    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

  • #18 28 Wrz 2015 18:14
    max-bit
    Poziom 23  

    daj tego linka do materiału co dałeś na mikrofalach :) jak to nie tajemnica
    A zamówiłem dwa BFRki .... w farnellu

    Przydał by mi sie jakiś kompaktowy oscy do 5 GHz :)
    Niestety te DSA Tek a to olbrzemie klonkry :)
    Chyba muszę znofu poszukać na znanym portalu aukcyjnym :)

  • #19 28 Wrz 2015 18:24
    ZBIQ
    Poziom 17  

    Jak będę miał chwilę czasu to napiszę własny artykuł o laiwnowcach. Na razie z czasem mam krucho...

    CSA (zresztą cała rodzina 11800) to krowa, fakt. Ale technicznie to majstersztyk, szczególnie hybrydy samplingowe. Poluję cały czas na wkładkę SD-24, która ma w sobie wbudowany generator TDR.

  • #23 28 Wrz 2015 20:52
    ZBIQ
    Poziom 17  

    Polecam książkę "Synchroskopy stroboskopowe szerokopasmowe" J. Baranowski. Można kupić używane na portalu aukcyjnym.

  • #26 02 Paź 2015 10:50
    max-bit
    Poziom 23  

    Oto aktualny schemat
    Oraz PCB dość wczsena wersja ale wygląda OK

    Małe zmiany do pierwotnej wersji
    1. Wszystko na PCB w tym gniazdo przełącznik LED wiec ZERO kabli
    2. Kondensator "wyładowczy" jest regulowany co zapewni mała ale zawsze regulacje szerokości trwania impulsu.
    3. I inna obudowa ....

    Dziś może jutro będę testował tranzystory SMD może wiec całość będzie w SMD
    Zobaczymy czy zechcą się wyzwalać ...

    W KITcie wszystkie elementy zostaną przyklejone klejem SMD pozostanie tylko polutowanie (na prośbę dodam gratis dobrą cynę)

    Obudowa będzie surowa :) wiec dwa otwory pod przełącznik i BNC trzeba będzie sobie wypiłować :)


    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    Jeszcze poprawiona o ileośc viasów PCB
    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

  • #27 02 Paź 2015 21:04
    max-bit
    Poziom 23  

    Przeprowadziłem testy z tranzystorami MMBR2369A ON Sami (czyli Motorola)
    Lawinuje
    Wiec finalna wersja bedzie na bazie tego tranzystora :)
    Czytałem też w jednym opisie ze w takiej konfiguracji tranzystor po pewnym czasie traci swoje właściwosci .... testuje juz prawie 11 h tranzystor i tego nie stwerdzam

  • #28 03 Paź 2015 10:02
    max-bit
    Poziom 23  

    To juz finalna wersja PCB
    Poszła juzdo produkcji
    Czekam na jeszcze szpeje z ebay-a
    PCB będą za 3 tyg
    Wieć tak kity będą dostępne pod koniec października (raczej ostatni tydzień)
    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

  • #29 06 Paź 2015 09:48
    max-bit
    Poziom 23  

    Płytki będą w przyszłym tygodniu .... przynajmniej powinny być :)
    Nie wiem kiedy otrzymam LTki kupione na ebay - to może trochę potrwać czasem tydzień czasem 1,5 miesiąca :)
    Co do zamiany przetwornicy tej na inną bo niektórym się wydaje że to proste. Nie jest proste.
    Diabeł tkwi w szczegółach nie problem jest zrobić przetwornice problemy są 2:
    - min napięcie pracy LTka zaczyna od 1V niestety nie ma nic w cenie poniżej 15 PLN która by schodziła tak nisko .... oczywiście można sobie wymyśleć inne zasilanie np. 9 V albo coś innego ale .... wszystko ma plusy i minusy ....
    - Sprawność ...

    Najbliżej prawdy jest ADP1111 ale wcale tańszy nie jest i zdechnie przy ok 2,5 V ....
    Wiec LTka pozostaje

  • #30 12 Paź 2015 18:43
    max-bit
    Poziom 23  

    Mam PCB
    mały zonk nie przeszedł tNames :) czyli opis elementów ale tragedii nie ma wiec ... problem prawie żaden :) szkoda mi jedynie ładnego logo :)
    To najpierw wygladzik 3D
    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    A teraz real fotka :)
    Generator impulsów nanosekundowych / RiseTime ~260ps

    Teraz czekam na LTki ....