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zoom RSS FET Probe P6201 購入の顛末

<<   作成日時 : 2015/07/17 20:08   >>

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FETプローブの設計をしながら、リファレンスとなるプローブが欲しくなって、P6201を入手した。ジャンクなので、動けばラッキーだった。入手してから、とりあえず動作を確かめる為に、オシロスコープに接続して、方形波の応答を確認すると、1Vp-pの信号が、0.9Vp-p程度となる、さらに、方形波のエッジに、グリッジが振幅の数倍も出ている。おかしい!故障ではなさそう。そこで、スペアナで、周波数応答を見ると
画像

P6201は、アッテネータを付けて使うのが普通で、アッテネータの周波数補正からと思って、最初に測定した結果、調整以前の状態です、500MHz以上の帯域でどこかに不具合があるようです。P6201は、ずいぶん昔に設計され、シリアル毎に回路が変更されています。テクトロのサイトから、マニュアルをダウンロードして、回路確認と調整を始めました。低周波側から調整を始めると、正しく調整するほど、出力が異常になってきます。

小休止して、とりあえず、プローブヘッドの部分を調整しようと、ヘッドの基板を出してみました。P6201は、初段のFETに保護回路が無く、壊れ易いのですが、FET(MMBF4416:Fairchild)は、今でも入手可能です。ゲート耐圧が30Vと高くゲートのカットオフ電圧も大きいのが特徴です(単純にゲインが小さい)。

さて、基板を見て、びっくり!!! なるほど!!!
基板の部品配置は
画像

周波数特性の調整用のトリマコンデンサ(C160)が基板の中央にあるはずです。
画像

なんと、C160の調整部分が壊れており、固定コンデンサ(赤色)が付いています。FETも交換したようです。壊れたプローブを修理して、トリマコンデンサを壊してしまい、代わりに、固定コンデンサを付けて、出力アンプ内部を調整して、なんとか500MHzくらいまでを・・・・・・

すごい!神業です。ここまで技術があるのなら、他の手段もあったと思います・・・

今回は、大変勉強になりました。

今は、SPICEのモデルを作って、様々な検討をしています。FETには、入力範囲が狭いのですが、入力容量の小さな3SKシリーズを見ています。2SK241も、内部は、デュアルゲートMOSなので、当然候補です。ただし、SPICEのMOSモデルは、高周波特性を合わせるのが不得意です。2SK241などは、JFET(2SK192A)と同じ手順でモデル化する方が、実用的です。とろあえず、作って見た2SK192Aのモデル例は

.MODEL 2SK192AY4m NJF (AF=1 ALPHA=1e-6 B=1 BETA=1.1m
+ CGD=3p CGS=3.8p IS=10f ISR=0 KF=0
+ LAMBDA=20m M=0.4 N=1 NR=2 PB=0.6 RD=0.5 RS=0.5
+ VK=100 VTO=-1.75 VTOTC=-2.5m XTI=3)
.MODEL 2SK192AGR8m NJF (AF=1 ALPHA=1e-6 B=1 BETA=0.88m
+ CGD=3p CGS=3.8p IS=10f ISR=0 KF=0
+ LAMBDA=20m M=0.4 N=1 NR=2 PB=0.6 RD=0.5 RS=0.5
+ VK=100 VTO=-2.75 VTOTC=-2.5m XTI=3)
データシートを見ながら、作っています。LAMDAを少し大きめにしています。2SK241なら、LAMDA=0でもOKです。
後は、BETAとVTOを決めて、他のパラメータを調整して使います。

他には、2SA1459も作りましたが、高周波のpnpは難しい、npnに比べて、Pチャンネルの移動度が遅いのが原因のようで、寸法依存のパラメタがなかなか合致しません。現在はこんな感じ

.MODEL 2SA1459 pnp
+IS=2.21e-16 BF=85 NF=1 VAF=34
+IKF=0.4 ISE=2.21e-13 NE=1.84 BR=5
+NR=1 VAR=100 IKR=10e3 ISC=500e-12
+NC=2 RB=0.16 RC=10 XTB=1.5 XTI=3
+EG=1.11 CJE=1.9e-12 VJE=0.69 MJE=0.33
+TF=2.78e-9 XTF=0.5 VTF=10 ITF=10m
+CJC=2.88e-12 VJC=0.69 MJC=0.33 XCJC=1
+FC=0.5 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0
+TR=2.78e-11 PTF=0 KF=0 AF=1
+FRB=0 GAMMA=1e-8 NEPI=1e16 NK=0.9 NS=1

2SC3355は、なんとかできたのですが(NECのモデルと殆ど同じになりました)、なので、NECの2SC3357のモデル(このシリーズは、4兄弟)は

.MODEL 2SC3357 NPN
+(IS=684.2e-18 BF=161.1 NF=1.0 VAF=51
+ IKF=574.6e-3 BR=10.71 NR=1.0 VAR=2.1
+ IKR=28.05e-3 ISE=1.0e-18 NE=1.193 ISC=6.211e-18
+ NC=1.1 RB=3.0 IRB=75.9e-5 RBM=1.0
+ RE=2.67 RC=3.5 CJE=1.847e-12 VJE=1.014
+ MJE=464.8e-3 CJC=1.086e-12 VJC=617.4e-3 MJC=353.8e-3
+ XCJC=0.1 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0
+ FC=0.50 TF=23e-12 XTF=0.39 VTF=0.668
+ ITF=0.06 TR=0


これから、BF998のモデルを作ります。原案は、2個のNMOSに分けて、カスコード接続で使います。2SK241と同じく、ドレインの帰還容量が小さくなります。書きかけのパラメタはと思ったら、昔のフィリップスのモデルがありました。寄生ダイオード(10Vのツェナー).は省略(でも、工夫の無いつまらないモデルだな!)

.MODEL BF998GATE1
+ NMOS LEVEL=3 UO=600 VTO=-0.250 NFS=300E9 TOX=42E-9
+ NSUB=3E15 VMAX=140E3 RS=2.0 RD=2.0 XJ=200E-9 THETA=0.11
+ ETA=0.06 KAPPA=2 LD=0.1E-6
+ CGSO=0.3E-9 CGDO=0.3E-9 CBD=0.5E-12 CBS=0.5E-12
+ L=1.1E-6 W=1150E-6

.MODEL BF998GATE2
+ NMOS LEVEL=3 UO=600 VTO=-0.250 NFS=300E9 TOX=42E-9
+ NSUB=3E15 VMAX=100E3 RS=2.0 RD=2.0 XJ=200E-9 THETA=0.11
+ ETA=0.06 KAPPA=2 LD=0.1E-6
+ CGSO=0.3E-9 CGDO=0.3E-9 CBD=0.5E-12 CBS=0.5E-12
+ L=2.0E-6 W=1150E-6

何の役にも立たない事が、とても面白い。
(注意:モデルを使っても何の保証もしません。さらに、モデルの依頼もお断りします。)

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