Такой щуп необходим для значительного уменьшения входной емкости осциллографа (а точнее, входного щупа при осциллографических измерениях) и повышения его входного сопротивления. Активным же щупом он называется потому, что собран на активных элементах — транзисторах.

Предлагаемый активный щуп (рис. 57), разработанный курским радиолюбителем И. Нечаевым, рассчитан на работу в диапазоне частот 0…15 МГц и обладает входным сопротивлением 6 МОм при входной емкости около 10 пФ. Если же к щупу подключают насадку-делитель 1:10, входная емкость уменьшается до 2 пФ. Амплитуда входного сигнала, контролируемого с помощью активного щупа, не должна превышать 2 В, а с насадкой-делителем — 20 В. Если же щупом контролировать сигнал частотой ниже 5 МГц, предельная амплитуда может быть больше — до 8 В (с насадкой-делителем — до 80 В).

На транзисторах VT1, VT2 собран несколько усложненный истоковый повторитель, необходимый для обеспечения большого входного сопротивления щупа, а на транзисторе VT3—эмиттерный повторитель, служащий для согласования щупа с входом осциллографа (или его входным кабелем).

Питается активный щуп от двуполярного источника напряжением по 12 В и потребляет 15 мА. Питание подается через разъем ХРЗ. Благодаря такому питанию выходное напряжение щупа при отсутствии входного сигнала равно нулю. Такое состояние устанавливают точнее во время настройки щупа подстроечным резистором R2. А нужный коэффициент передачи щупа (он должен быть равен точно 1) устанавливают подбором резистора R4.

Входная вилка ХР1 используется для подключения насадок (их две), а ХР2 представляет собой зажим «крокодил», соединяемый с щупом гибким монтажным проводом, — его подключают во время измерений к общему проводу конструкции.

Одна из насадок (1:1) — самый обыкновенный переходник (рис. 58), соединяемый с помощью гнезда XS2 с вилкой ХР1 щупа.

Вилкой же ХР5 касаются контролируемых точек конструкции. Вторая насадка (1:10) — компенсированный делитель входного сигнала. При работе с ней гнездо XS3 соединяют с вилкой ХР1 щупа, вилку ХР7 — с общим проводом, а вилкой ХР6 касаются исследуемых цепей.

В блоке питания диоды могут быть любые выпрямительные с обратным напряжением пе менее 35 В; транзисторы — любые другие маломощные соответствующей структуры; оксидные конденсаторы — любые малогабаритные, на номинальное напряжение не ниже указанного на схеме. Вместо стабилитронов Д814Д подойдут Д813.

В щупе можно использовать, кроме указанных на схеме, транзисторы КП303А (VT1), КТ361А-КТ361Д (VT2), КТ315А-КТ315И, КТ312А-КТ312В (VT3). Конденсаторы — КД, КЛС, КМ; постоянные резисторы — МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25, подстроечный R2—СП5-16 или другой малогабаритный.

Детали щупа, кроме выключателя SA1 и конденсатора С1, монтируют на печатной плате (рис. 59) из двустороннего фольгированного стеклотекстолита. Затем плату (1 — на рис. 60) устанавливают в металлическом цилиндрическом корпусе 2 подходящих размеров, например, в стаканчике из-под валидола. В Т-образный вырез платы впаивают латунный винт 3 (М2, М2,5). В дне стаканчика сверлят отверстие и выводят через него жгут 4 из проводников питания и экранированного провода выхода щупа. Длина жгута — 1…1,5 м. Сбоку на стаканчике крепят малогабаритный выключатель, к контактам которого припаивают конденсатор С1. Общий провод соединяют со стаканчиком, а через отверстие в боковой стенке стаканчика выводят гибкий монтажный провод и припаивают его к зажиму «крокодил».

Первая насадка (1:1) выполнена на базе пластмассовой крышки 5 от флакона. В крышку вставляют стальную иглу 6 (это вилка ХР5), к которой припаивают втулку 7 (гнездо XS2) с такой же резьбой, что и та винте 3. Иглу с втулкой фиксируют в крышке эпоксидным клеем или шпаклевкой 8.

Аналогично выполнена и вторая насадка (1:10), только на краю крышки 5 наклеивают фольгу 9, которая имитирует вилку ХР7 и при ввинчивании насадки в щуп касается его металлического стаканчика, т. е. общего провода устройства. Но, конечно, монтируют насадку я заливают ее клеем (или шпаклевкой) только, после подбора помеченных на схеме деталей при налаживании щупа. Правда, после заливки емкость монтажа несколько изменится, но ошибка в коэффициенте деления будет незначительная.

Питать активный щуп можно как от двух батарей (правда, это менее удобно), так и от небольшого блока, собранного, например, по приведенной на рис. 61 схеме.

Он состоит из понижающего трансформатора с переменным напряжением на вторичной обмотке 10…11 В и двух однополупериодных выпрямителей со стабилизаторами напряжения. Один выпрямитель рассчитан на получение плюсового напряжения (на диоде VD1), другой — минусового (на диоде VD2). Через розетку XS4 питание поступает на разъем ХР3 щупа.

Детали блока питания размещают в подходящем пластмассовом корпусе (рис. 62), на верхней крышке которого крепят разъем XS4, а через отверстие в боковой стенке выводят сетевой шнур с вилкой ХР8 на конце.

Под разъем XS4 подбирают ответную часть разъем ХРЗ и подпаивают к его выводам проводники питания щупа. Оплетку экранированного провода соединяют с вилкой ХР4, а жилу провода — с гнездом XS1. При работе с активным щупом в гнездо вставляют входной щуп осциллографа, а с вилкой соединяют «земляной» щуп. Можно вообще отказаться от входного кабеля осциллографа и вставлять вилку ХР4 в гнездо заземления осциллографа, а гнездо XS1 соединять с гнездом «Вход Y». В этом случае вместо гнезда к выходному проводу активного щупа удобнее припаять вилку.

Налаживание активного щупа начинают с того, что к его выходу подключают милливольтметр постоянного тока или осциллограф, работающий в режиме открытого входа. Подав на щуп питание, добиваются перемещением движка подстроечного резистора нулевого напряжения на выходе.

Затем на вход щупа подают (при замкнутых контактах выключателя SA1, соответствующих режиму открытого входа) постоянное напряжение 2…3 В. Подбором резистора R4 добиваются такого же напряжения и на выходе щупа, что будет соответствовать единичному коэффициенту передачи устройства. Нелишне будет после этого проверить сохранность нулевого уровня выходного напряжения и при необходимости скорректировать его подстроечным резистором.

Далее к щупу подключают насадку-делитель и подают на ее вход (конечно, относительно зажима ХР2) постоянное напряжение 20…30 В либо сигнал частотой 50 Гц с генератора импульсов, описанного в первой брошюре. Контролируя выходное напряжение щупа, подбирают резистор R7 такого сопротивления, чтобы коэффициент деления насадки был равен ровно 10.

После этого на вход насадки подают переменное напряжение частотой 0,1…1 МГц либо сигнал частотой 2 кГц с генератора импульсов, и подбором конденсатора С5 добиваются десятикратного деления такого сигнала. Вот теперь делитель станет компенсированным, и его детали можно закреплять эпоксидным клеем (или шпаклевкой) в крышке.

Активный щуп готов к работе. Но предварительно вы, конечно, захотите убедиться в его высоких параметрах, о которых было сказано выше. Это несложно сделать даже с помощью лишь одного осциллографа — ведь у него есть выход пилообразного напряжения, которое вы уже научились использовать в качестве контрольного. Вот и подключите к гнезду на задней стенке осциллографа переменный резистор (рис. 63, а), а к нему — входной щуп.

Установите чувствительность осциллографа 1 В/дел., а длительность развертки, скажем, 1 мс/дел. Выведите сопротивление переменного резистора, т. е. установите его движок в нижнее по схеме положение. Ручками длины и смещения развертки установите начало развертки в нижнем левом углу масштабной сетки, а ширину развертки — равной длине масштабной сетки. Измерьте высоту изображения (рис, 64, а) — предположим, она будет равна четырем делениям.

Плавно вводите сопротивление резистора, перемещая движок вверх по схеме. Установите высоту изображения вдвое меньшей (рис. 64, б). Теперь можно сказать, что входное сопротивление осциллографа равно введенному сопротивлению переменного резистора.

Не изменяя положения движка резистора, введите в действие активный щуп (рис. 63, б) с первой насадкой (1:1). Вы убедитесь, что высота изображения осталась почти равной прежним четырем делениям, как это было с выведенным сопротивлением переменного резистора. Такой результат свидетельствует о высоком входном сопротивлении активного щупа. Если захотите точно измерить его, включите последовательно с переменным резистором постоянный, сопротивлением 4…5 МОм и добейтесь уменьшения высоты изображения вдвое, а затем измерьте получившееся сопротивление — оно и будет равно входному сопротивлению активного щупа.

Входную емкость щупа тоже несложно определить. Для этого нужно заменить переменный резистор конденсатором переменной емкости или подстроечным, с максимальной емкостью 20…50 пФ и проделать такую же операцию, что и в предыдущем случае — подбором емкости конденсатора добиться уменьшения высоты изображения вдвое, а затем измерить получившуюся емкость. Но в этом варианте следует значительно уменьшить длительность развертки, установив ее равной, например, 1 мкс/дел.

Для сравнения измерьте входную емкость активного щупа со второй насадкой (1:10) — она будет значительно ниже.

Активный щуп можно собрать и по более простой схеме (рис. 65), предложенной столичным радиолюбителем А. Гришиным.

В щупе используется. всего один полевой транзистор, включенный по классической схеме «стокового повторителя. Входная емкость щупа не превышает 4 пФ, а входное сопротивление достигает 3 МОм.

Щуп рассчитан на исследование цепей постоянного, переменного и импульсного сигналов в диапазоне частот 0… 5 МГц. При этом начальное постоянное напряжение на выходе щупа составляет 2,6 В. Диапазон входных напряжений в области отрицательных значений (до отсечки). равен 7 В, в области положительных значений.(до начала ограничения) — 13 В при питающем напряжении 9 В и 26 В в случае питания щупа напряжением 15 В. Коэффициент передачи щупа в указанном диапазоне частот неизменен — 0,4.

Резисторы R1, R2 и конденсатор С1 составляют входной частотно-компенсированный делитель напряжения.

Параметры щупа измерены для транзистора с напряжением отсечки 4,2 В. Поскольку разброс параметров конкретных экземпляров транзисторов КП305И значителен, могут отличаться и характеристики конструкций щупов — в основном по напряжению отсечки и коэффициенту передачи. Для получения максимального рабочего диапазона в области отрицательных значений входных напряжений необходимо подобрать транзистор с максимальным (по абсолютной величине) напряжением отсечки. При необходимости напряжение отсечки щупа может быть увеличено уменьшением коэффициента передачи входного делителя, скажем, увеличением сопротивления резистора R1. Хотя для большинства измерений, где требуется настройка по максимуму или минимуму напряжения, значение напряжения отсечки щупа не является существенным — ведь настройку можно проводить по положительной полуволне сигнала.

Резисторы щупа — МЛТ-0,125. Конденсатор — самодельный. Его выполняют проводом ПЭВ-1 0,15…0,35. Конец отрезка провода подпаивают к левому по схеме выводу резистора R1 и наматывают 12 витков на правый вывод. Емкость конденсатора при настройке входного делителя подбирают изменением числа витков. По окончании настройки на получившейся «катушке» конденсатора зачищают мелкозернистой наждачной бумагой узкую дорожку, заслуживают и пропаивают ее (конечно, осторожно, чтобы дорожка не оказалась замкнутой с выводом резистора) с целью устранения паразитной индуктивности.

Щуп собран в корпусе от фломастера. Монтаж объемный, выводы деталей соединены непосредственно между собой в соответствии со схемой. Во время монтажа следует принимать меры то предупреждению пробоя полевого транзистора статическим электричеством и наводками от сети. Щуп подключают <к осциллографу экранированным кабелем длиной, не более 30 см.

Настройка щупа сводится не только к подбору емкости конденсатора. но и «калибровке для получения требуемого коэффициента передачи. Для этого понадобятся регулируемый источник постоянного тока и вольтметр. Подбором резистора R1 устанавливают коэффициент передачи 0,4 или 0.5, учитывая при этом начальное напряжение смещения на выходе щупа.

Проводя щупом измерения с отсчетом постоянной составляющей, осциллограф необходимо вначале скорректировать по уровню отсчета. Для этого достаточно замкнуть вход щупа и установить линию развертки осциллографа на нулевую отметку.