考虑到合适的差分探头的成本,我决定自己做。要求是:
- DC 至 50 MHz 3db 带宽
- 几个可选的输入电压范围,从 3V pk-pk 到 300 V pk-pk
- 优于 1/500 的共模抑制比
- “足够好”的噪声系数
- 可以通过我当地电子商店的有限零件选择来实现
- 布局适用于带有手工焊接元件的家庭蚀刻 2 面 PCB。
我几乎没有设计高速模拟电路的经验,所以我很想收到关于概念设计的反馈,包括批评。我还有一些关于实施的具体方面的问题:
考虑到承载的信号几乎不能达到 50 MHz 并且电缆长度不到 1 m,我能否在不匹配同轴电缆两端的阻抗的情况下逃脱?我宁愿只将示波器端端接为 50 欧姆(并直接驱动探头端的同轴电缆),因为探头端的 50 欧姆串联电阻会将示波器看到的电压除以 2。
BJT 电流源是否足够快以在高幅度(JFET 栅极处为 3 V 峰峰值)50 MHz 信号下吸收恒定的 5 mA 电流?
在每个 JFET 的源极和相应 BJT 的集电极之间添加一个电感器是确保在更高频率下恒定 JFET 漏极电流的合理方法,还是这样的电路不可避免地会振荡?
我的 PCB 布局有多健全,有什么明显的缺点吗?你将做点什么不同的?
为了支持各种电压范围,我的初步设计依赖于插入 3 针接头连接器 (J1) 的外部无源衰减器。衰减器将具有微调电阻器和电容器,用于在整个频率范围内匹配反相和非反相输入。下图是一个 1:10 衰减器(大约 +/- 30 V 范围)。
放大器前端通过 JFET 源极跟随器实现,以便为衰减器级提供高阻抗。选择此拓扑是为了规避可用运算放大器相对较高的输入偏置电流(最坏情况为 2μA)。双极晶体管电流源可确保在整个输入电压范围内为 JFET 提供相对稳定的漏极电流。
基于运算放大器的差分放大器还负责驱动 1 m 的 RG-174 50 ohm 同轴电缆。虽然运算放大器被宣传为能够直接驱动同轴电缆,但仍有用于端接电阻器的封装。
电源由 9 V 电池供电,运算放大器的另一半充当虚拟接地源。红色 LED 具有双重功能,即指示探头已打开,并为电流源提供约 1.8 V 的偏置电压。
成分:
- 低泄漏 (< 5nA)、2pF 输入保护二极管:BAV199
- JFET :SST310
- BJT:BC847b
- 70MHz GBW、1kV/μs 双路运算放大器:LT1364
- 用于差分放大器部分的 4 个精密电阻器(0.1%,2.2kΩ)。