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移花接木—日置9274电流探头折腾记

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发表于 2015-11-12 19:24:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 falcon_ljc 于 2015-11-12 19:24 编辑

  于开发上的需要,工作中经常用到电流探头。只是手头常用的电流探头基本都是泰克产的,包括AM503B + 6302ATCP0030TCP202。对另一个电流探头大厂日置的产品(安捷伦和横河的交直流探头也基本是日置代工的)则从未拆玩过。十几日前,一个偶然的机会从本坛另一位坛友手上原价转得了一只剪线的日置9274探头手柄。按官方文字介绍,9274只是一个传感器,理论上说还得配上指定的电源兼放大器3270才能工作。这个是3270的照片(盗用本坛陈年帖子的)。
3270.JPG
    购买这个探头手柄的初衷只为看看产品的内部结构,完全没指望它能工作起来。原因是电流探头的磁头部分是非常容易坏的,二手垃圾中磁头完全正常的比例只有1/3(至少泰克的是如此),其二是电源兼放大器3270并不好找,而即使找到也还缺连线和插头部分。
实际拿到的手柄如下图(盗用卖家帖子),20年前的东东了~~
外观一.jpg
   这个手柄结构很合理,非常好拆,只是拆开后看到的景象让内心残存的最后一丝期望可以通电的侥幸完全泯灭。这个手柄明显是泡过水的,而且还是海水,手柄上所有铁质的零件都严重锈蚀,而磁头开合机构中的弹簧则几乎完全锈断,整片电路板和壳子里面满是斑斑锈迹,再仔细看看,发现电路板的一些元件上还黏附着白斑,隐约散发着一些廉价牙膏的气味(闻起来像中华牌)。好在初衷也只是为了解一下大致结构,虽然没有惊喜,反正价钱便宜,也无太多遗憾了。眼看已接近下班,顺手将壳子和所有零碎元件泡入装满肥皂水的杯子中,电路板在水龙头下随便刷了一下就晾在桌上。
顶面1.JPG
   第二天上班再看,杯中一汪黄水,零件和壳子里的锈迹倒是干净了不少。再顺手拿起桌面的板子端详一下,和泰克电流探头手柄中电路板对比,9274的板子要大很多也复杂很多,光运放就有2个,其它阻容元件一堆。对外输出端是一个10PIN的接头,但是除去地和空脚,剩下的只有4条未知线,貌似并不复杂。看到这里心中不禁暗喜,莫非还有机会通上电来玩玩?再看看这些未知线,两条直接连到NE5532运放的第8和第4脚的,不用猜都确定是正负电源了,另外一条通过一个大功率电阻接入磁头,这应该是输出了,最后一条经过一些阻容接到NE5532的输入端,这条作用暂时未明。既然接口如此简单,何不干脆通个电来玩玩,万一,我说的只是万一电路板和磁头都是好的呢
内部1.JPG

内部2.JPG
   好,一不做二不休,就来个死马当活马医。想着想着,又将电路板认真冲洗了一次,和其它元件一并放入干燥箱中用60度烤上2个小时。之后,将各零件原样装回去,由于拆的时候没有认真记录,也花了半小时摸索才装好,边装边赞叹,这个探头的结构比起泰克那个30年不动摇的探头结构实在好太多了。虽然整体原理明显抄袭泰克,但是结构更加巧妙合理,塑料件也泰克结实耐用。看来我们的“拿来主义”和小日本的还是有差别,我们通常偏重于如何偷工减料而小日本的则更偏向于改良优化。装好之后先试试机械部分,推拉顺滑(多亏加了之前买的润滑剂),除了弹簧因严重锈蚀弹力比较差外,其它都挺好。
   既然要试能不能工作,下一步就是通电了,接什么电压才好呢?手上没有3270,网上的官方资料上也没有介绍,只能按电路去猜了,查了正负电源所接的各个器件,觉得正负10-15V都是可用的。于是接上正负10V稳压电源,输出端接上万用表,另一个未知脚悬空好了。好,下面就是见证奇迹的时刻了,我一边按着扑扑乱跳的胸口,一边按下电源输出按键。万用表的读数马上由0变为1x mV,而且很快稳定不动,全电路正负端耗电都在50mA左右,莫非电路真工作了?赶紧再搬来一个可调电源将输出端直接短路,并将探头的钳子穿过短路线,再试,发现万用表的读数果然能随可调电源的输出电流变化,哈哈哈哈,这回真赚大发了,电路板和磁头居然都是好的。反复试验多次,确定9274工作基本正常,输出线性度很好,美中不足的是0电流的时候,输出还有些底数。这个情况在TCP202中也是存在的,只是TCP202有调零旋钮,而9274没有。那莫非那条未知线就是调零用的?立即让同事找来一个过程校准器,接在那条未知线和地之间。再次通电,事实证明我猜的完全正确,那正是调零线,只要输入正确的小电压,就能将9274的输出底数完全抵消掉。
    伟大的思想家falcon_ljc曾说过:“贪念和懒惰是人类进步的内在动力。”既然上天赐予我一个功能正常的9274,我又怎忍心让它白白躺在抽屉里呢(虽然事实上我并不缺电流探头用)?只是让它工作起来的外在条件也多了一些,首先需要一对稳定平滑的正负电源,另外还要一个可以精细调整的调零电压。如果要凭空做一个硬件来提供这一切,功夫并不在少。于是,9274在短暂的热身后又静静地躺回到抽屉之中。
    直到几天前,我在柜子里找仪器时,无意中惊鸿一瞥,见到那个亭亭玉立在柜子深处的泰克1103。一个移花接木的伟大创意立即在脑海中浮现,这个东西不是正好能提供9274需要的一切工作条件吗?稳定平滑的正负电源,精细可调的调零电压一个不少哦...... 说干就干,下班了时间一过,立马就从公司的废旧仪器堆中翻出一条断头的P6245有源探头,三下五除二拆掉调整盒中的电路板,将探头线中的红蓝白辅助线直接接在正负15V输入端和偏置电压输入端上,主线接在BNC头上,探头线的另一端和9274的输出头各个PIN接上。
小盒子.JPG
一条由两大电流探头巨头日置和泰克强强联合再由我亲手打造的混血电流探头就此诞生了。

整体.JPG

1103.JPG

    能不能用,效果又如,是马是骡子,溜溜就知道。
40mA.JPG
  上面测的是一个5MHz的电流方波,理论峰峰值为40mA,绿色线是TCP202的测量结果,蓝色线是CT6701的测量结果,红色线是混血探头的测量结果。从效果来看,CT6701的效果最佳,当然这是1V/A输出的,TCP202和9274都是0.1V/A的,明显不是一个档次的货,没太多对比意义。但是对比混血探头和TCP202的测量效果,可见两者的波形相当接近,无论是形状、幅度还是噪声都如是。再上个大点幅度的电流玩玩。
200mA.JPG
  上面是测理论峰峰值为200mA 5MHz电流方波的结果。波形和上图类似,不同的是较大的信号幅掩盖了两探头的的噪声,线条变得比较幼细,也让混血探头带宽不及TCP202的特点突现出来,TCP202高达50MHz的带宽对付5MHz方波确实绰绰有余,而9274 理论仅10MHz的带宽使得波形的顶部和底部无法平直。那这个混血探头的实际带宽能到多少呢,赶紧调出个正弦信号再试。

带宽极限.JPG
   这张混血探头达到实际带宽极限的图片,测量值幅度刚好为理论值的-3dB,此时的实际频率为16.4MHz,而且在0-16.4MHz的范围内,测量结果都是单调变小的,可见这个混血探头的真实可用带宽约为16.4MHz。测试表明这个拼装并没让9274的带宽受损,而官方报告中说的10MHz也是留有充足裕量的。
   实际上,对于电流探头而言,1xMHz的带宽在很多场合都是足够的,真正有点麻烦的倒是这个混血探头没有消磁电路(原厂将消磁部分做在了3270电源上)。所以,在测试完较大的电流后,磁头会被轻微磁化,基线会正偏一些,为了继续测量,不得不用1103的偏置调节电位器来调零,但是过一会后,磁化现象会慢慢消退,此时基线又会出现负偏,虽然幅度都不大,不过始终不得完美。看来折腾还需继续,这两天已经抄出了9274电路板的原理图,打算过段时间没什么事做的时候继续折腾折腾,再为这个混血儿增加一个消磁电路。敬请期待哦~~~~~~~~

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发表于 2015-11-12 19:33:25 | 显示全部楼层
好文章,支持!!!!
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发表于 2015-11-12 19:40:06 | 显示全部楼层
前排围观!高手,赞一个!
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发表于 2015-11-12 19:49:43 | 显示全部楼层
顶伟大的思想家falcon_ljc
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发表于 2015-11-12 20:21:07 | 显示全部楼层
高!佩服!
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发表于 2015-11-12 20:25:30 38hot手机频道 | 显示全部楼层
一又是一涨价要来了
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发表于 2015-11-12 20:29:27 | 显示全部楼层
顶伟大的思想家falcon_ljc
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发表于 2015-11-12 20:33:13 | 显示全部楼层
技术好,运气更好.............
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发表于 2015-11-12 22:11:03 38hot手机频道 | 显示全部楼层
厉害。。
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发表于 2015-11-12 23:16:40 | 显示全部楼层
不错,支持支持,静待消磁回路后的图片
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发表于 2015-11-13 08:33:52 | 显示全部楼层
又学习了
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发表于 2015-11-13 10:55:30 | 显示全部楼层
很有指导性的文章
楼主胆大心细的修复过程
重现了成功喜悦的场面。
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发表于 2015-11-13 11:43:49 | 显示全部楼层
消磁怎么做?
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发表于 2015-11-13 14:12:25 | 显示全部楼层
楼主厉害,学习了,希望下回看到楼主diy的新板子上来
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发表于 2018-4-28 12:11:44 | 显示全部楼层
造福新新人类
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