Anwendung: Ich habe ein Kupfernetz (10 cm x 10 cm im Quadrat) in einer Vakuumkammer, die über einen 24 cm langen Kupferdraht mit einem BNC-Anschluss verbunden ist. Das Ziel ist es, die Maschenspannung (bezogen auf Masse) von 8 V bis ~ 0 V schnell zu wechseln. (Dadurch wird das elektrische Feld in der Kammer umgeschaltet, was ein Kontrollmechanismus für unsere atomphysikalischen Experimente ist.) Es ist wichtig, dass sich das Signal ungefähr 500 ns nach Beginn des Umschaltens auf <10 mV (~ <0,1%) einstellt. Das Netz schwebt; es ist nicht in der Kammer abgeschlossen.
Problem: Am unteren Rand meines invertierten Rechteckimpulses befindet sich ein "Buckel". Ich muss es platt machen.
Schaltung: Ich habe mich für eine einfache MOSFET-Schaltschaltung entschieden:
Beschreibung: Der MOSFET ( ZVN2110A-ND , N-Kanal-Verbesserungsmodus ) wird von einem IRS2117PBF-ND- Treiber angesteuert , der einen positiven 15-V-Impuls ausgibt. Die Basislinie dieses Triggerimpulses schwebt auf V_S, das durch einen kleinen Widerstand mit V_LO verbunden ist. Das Netz ist mit Punkt B verbunden. Der Ausgangs-Tiefpassfilter war ein Versuch, das Problem zu beheben. Alle Widerstandswerte wurden experimentell bestimmt (dh zunächst mit Potentiometern). Das Ergebnis wurde mit einem "Dead-Bug" -Stil auf einer kupferkaschierten Platte fest verdrahtet.
Sondendetails: Um das Netz zu simulieren, habe ich einen 24-cm-Draht an ein Stück kupferkaschierte Perf-Platine gelötet und an den Schaltkreisausgang (Punkt B) angeschlossen. Ich habe das Signal auf der Perf-Platine mit einer Tektronix-Sonde ( 500 MHz, 8,0 pF, 10 MOhm, 10x ) in ein Tektronix- Oszilloskop ( TDS3012 100 MHz Digital Scope ) untersucht.
Beobachtungen: Es schaltet schnell genug um (obwohl ich es durch Entfernen des Filters beschleunigen könnte), die Klingelamplitude und -dauer sind tolerierbar, aber auf der ( wesentlichen ) Mikrosekunden-Zeitskala gibt es einen großen "Buckel" und einen Abfall / Durchhang von 20 mV (im Bild durch rote Linie gekennzeichnet). Dies ist inakzeptabel groß und macht es unmöglich, unsere Experimente durchzuführen, die vom Moment des Umschaltens bis etwa 10 Mikrosekunden nach dem Umschalten stattfinden.
Anwendungsdetails: In unseren Experimenten verwenden wir elektrische Felder, um Atomresonanzen abzustimmen. Durch Abtasten des an die Atome angelegten elektrischen Feldes können wir ein "Spektrum" dieser Resonanzen aufzeichnen, das ihre Position und Form zeigt. Die Breiten und Abstände dieser Resonanzen liegen in der Größenordnung von 1-10 mV / cm (sehr klein!). Um das elektrische Feld anzulegen, platzieren wir die Atome zwischen zwei flachen Kupfergitterstücken, die 1 cm voneinander entfernt sind. Das E-Feld zwischen den Kupfernetzstücken ist nur die Potentialdifferenz zwischen den Maschenstücken (1 V Differenz entspricht 1 V / cm E-Feld, eine 1: 1-Umwandlung). Beim Sammeln eines Spektrums wird ein E-Feld-Wert abgetastet, indem auf die entsprechende Spannung umgeschaltet und einige Mikrosekunden vor der Erkennung gewartet wird. Wenn die Spannung (und damit das E-Feld) während der Abtastperiode mehr als die Größe der Resonanzen (<10 mV) driftet, wird die Auflösung bis zu dem Punkt verschlechtert, an dem unser Spektrumsbild bis zur Unkenntlichkeit unscharf wird.
Zusätzliche Gedanken: Ich habe die Möglichkeit in Betracht gezogen, dass sich der MOSFET aufheizt und dadurch seinen Einschaltwiderstand ändert (normalerweise ~ 4 Ohm). Um dies zu testen, habe ich zwei Dinge versucht: (1) Parallelschalten von zwei MOSFETs und (2) Ersetzen des ZVN2110A durch einen IRF1010EZ-MOSFET mit einem viel geringeren Einschaltwiderstand (100 mOhm). Beides hat nicht geholfen, der "Buckel" beträgt immer noch 20 mV und dauert immer noch einige Mikrosekunden. Es scheint mir, dass das Erhöhen des Pull-up-Widerstands (wie in den Kommentaren vorgeschlagen) ebenfalls helfen könnte, also werde ich dies versuchen.
Update 1: Ich habe versucht, den Pull-up-Widerstand von 470 Ohm auf 10 kOhm zu erhöhen. Es gab keine Auswirkung auf die Ausgabe; Nach dem ersten Klingeln hat es immer noch den 20 mV "Buckel".
Update 2: Das Trennen des "Mock-up" -Drahtes + Netzes von der Schaltung und das direkte Prüfen von Punkt B hat keine Auswirkung auf das gemessene Signal.
Update 3: Nachfolgend finden Sie Spuren für die entsprechenden Punkte im obigen Schema:
Es sieht so aus, als ob der "Buckel" auch auf dem Gate-Impuls erscheint. Der Punkt "D" direkt neben dem FET sieht nicht anders aus als das Abtasten des Netzes.
Update 4: Ich habe (1) den Pull-up-Widerstand auf 1 kOhm erhöht, (2) den Filterwiderstand von 1000 pF entfernt, (3) das Netz getrennt, (4) zwei "Staudosen" -Elektrolytkondensatoren mit 470 uF zu den Schienen hinzugefügt und (5) ersetzte den Impulsgenerator durch einen schnelleren (Agilent 33250A). Neuer Schaltplan und Spuren:
Selbst bei einem schnelleren Triggerimpuls für den FET-Treiber bleibt das Problem bestehen. Die "Jam Can" -Kappen scheinen einige hochfrequente Schwingungen herauszufiltern, aber der "Buckel" bleibt bestehen.