Как выбрать щупы для осциллографа
Перейти к содержимому

Как выбрать щупы для осциллографа

  • автор:

Выбор шупов осциллографа

Есть два набора щупов одинаковые по частоте но от разных производителей,
на осциллограмме видно, что красный канал имеет больше звона при переходе сигнала, чем жёлтый канал.
Является ли наличие большего звона щупа фактом лучшей чувствительности?
Какие себе оставить?

20220120_514451.jpg (70.82 KiB) Скачиваний: 134

  • electroget
  • Сообщений: 4303
  • Зарегистрирован: Ср сен 30, 2020 16:51:47
  • Откуда: РФ

Re: Выбор шупов осциллографа

Сб янв 22, 2022 11:46:40

Является ли наличие большего звона щупа фактом лучшей чувствительности?[/attachment]

Нет, конечно. Чувствительность вообще является параметром и определяется усилителем вертикального отклонения осциллографа. При чем здесь искажения сигнала которые вносит щуп? Оба комплекта щупов рекомендованы для вашего осциллографа или вы их где-то просто так взяли?

  • Jack_A
  • Сообщений: 5554
  • Зарегистрирован: Вт апр 24, 2007 07:45:40
  • Откуда: Minsk

Re: Выбор шупов осциллографа

Сб янв 22, 2022 14:29:26

Если тестовый сигнал — идеальный, то красный канал — недокомпенсирован, лечится подстроечником в «коробочке» кабеля, что возле разъёма.

  • electroget
  • Сообщений: 4303
  • Зарегистрирован: Ср сен 30, 2020 16:51:47
  • Откуда: РФ

Re: Выбор шупов осциллографа

Сб янв 22, 2022 14:55:47

Если тестовый сигнал .
лечится подстроечником.

К этому надо ещё добавить, что сигнал должен быть от калибратора, а подстроечник нужно крутить отвёрткой из стеклотекстолита.

  • r a d i o
  • Сообщений: 9
  • Зарегистрирован: Сб янв 22, 2022 10:22:58

Re: Выбор шупов осциллографа

Сб янв 22, 2022 15:03:23

уточнение
замер делал на небольшой частоте 10 КГц меандр,
поэтому щупы поставил в режим 1:1
в режиме 1:10 оба щупа показывают одинаково

и ещё, если специально взял схему генератора для теста,
который выдаёт сигнал не чистый, а со звоном при переходе сигнала,
значит ли это, что красный канал, показывающий этот звон, будет иметь более качественный щуп?

  • electroget
  • Сообщений: 4303
  • Зарегистрирован: Ср сен 30, 2020 16:51:47
  • Откуда: РФ

Re: Выбор шупов осциллографа

Сб янв 22, 2022 15:16:59

если специально взял схему генератора для теста, который выдаёт сигнал не чистый, а со звоном при переходе сигнала,
значит ли это

Нет, нам ничего не известно о выходных параметрах этого вашего генератора со «звоном», поэтому никаких выводов в отношении щупов сделать нельзя.
Щупы калибруются по стандартной методике от встроенного калибратора или от эталонного генератора. Никаких других калибровок в процессе эксплуатации, заводом-изготовителем не предусмотрено.

  • r a d i o
  • Сообщений: 9
  • Зарегистрирован: Сб янв 22, 2022 10:22:58

Re: Выбор шупов осциллографа

Вс янв 23, 2022 11:40:06

если специально взял схему генератора для теста, который выдаёт сигнал не чистый, а со звоном при переходе сигнала,
значит ли это

Щупы калибруются по стандартной методике от встроенного калибратора или от эталонного генератора. Никаких других калибровок в процессе эксплуатации, заводом-изготовителем не предусмотрено.

специально для вас выдержка из статьи, в которой говорится что встроенный калибратор не удачный источник импульса,
который не сможет дать импульс с крутым фронтом для проверки щупа на перепад сигнала.

. Следует отметить, что сигнал калибратора осциллографа не годится в качестве источника импульсного сигнала для ВЧ-компенсации. По не вполне понятным причинам, сигнал калибратора осциллографа имеет достаточно пологие фронты и выброс переходной характеристики просто не наблюдается. Это утверждение справедливо не только для осциллографов бюджетного уровня, но и для очень дорогих моделей осциллографов именитых фирм.

  • electroget
  • Сообщений: 4303
  • Зарегистрирован: Ср сен 30, 2020 16:51:47
  • Откуда: РФ

Re: Выбор шупов осциллографа

Вс янв 23, 2022 12:05:20

выдержка из статьи

Щупы осциллографов калибруются не по статьям из интернета, а по стандартным методикам. Методики калибровки щупов есть в инструкции по эксплуатации осциллографа. Если к вашему осциллографу должны идти заводские щупы с высокочастотной компенсацией (коробочка с отверстием возле BNC разъема), то и методика подстройки высокочастотной компенсации описана в инструкции по эксплуатации вашего осциллографа. И тип калибровочного ВЧ генератора там будет указан тоже.

  • r a d i o
  • Сообщений: 9
  • Зарегистрирован: Сб янв 22, 2022 10:22:58

Re: Выбор шупов осциллографа

Вс янв 23, 2022 17:23:30

выдержка из статьи

Щупы осциллографов калибруются не по статьям из интернета, а по стандартным методикам. Методики калибровки щупов есть в инструкции по эксплуатации осциллографа. Если к вашему осциллографу должны идти заводские щупы с высокочастотной компенсацией (коробочка с отверстием возле BNC разъема), то и методика подстройки высокочастотной компенсации описана в инструкции по эксплуатации вашего осциллографа. И тип калибровочного ВЧ генератора там будет указан тоже.

но теперь я уже не могу точно сказать какой щуп хороший,
пока не увижу его показания на переходном процессе сигнала с выбросами пиков,
как оказалось некоторые щупы просто не реагируют на короткие выбросы пиков )))

  • electroget
  • Сообщений: 4303
  • Зарегистрирован: Ср сен 30, 2020 16:51:47
  • Откуда: РФ

Re: Выбор шупов осциллографа

Вс янв 23, 2022 17:40:52

как оказалось некоторые щупы просто не реагируют на короткие выбросы пиков )))

Весь условно говоря «щуп», от контакта до контакта, это распределенная LC-цепь с определенными амплитудно-частотными характеристиками. Если вы видите, что некий щуп не пропускает на вход осциллографа короткие всплески, то либо этот щуп вообще не предназначен для работы с этим осциллографом (не согласован с ним по параметрам), либо начиная с определенных частот он работает как сглаживающий фильтр для исследуемого сигнала. Всё это довольно сложные вопросы, которыми обычному пользователю можно заниматься разве что из теоретического интереса. Для работы же достаточно использовать калиброванные щупы рекомендованные заводом-изготовителем осциллографа.

  • r a d i o
  • Сообщений: 9
  • Зарегистрирован: Сб янв 22, 2022 10:22:58

Re: Выбор шупов осциллографа

Пн янв 24, 2022 20:02:06

да у меня была простая задача,
было 2 комплекта щупов
надо было с осциллографом отдать одну пару, лучшую конечно оставить себе
и как оказалось, что есть всё-таки методы выбрать лучшую пару
— это тест на коротких всплесках при переходе сигнала у меандра
до этого моего теста, я нигде и ни у кого не видел, чтобы так проверяли щупы.

Powered by phpBB © phpBB Group.

phpBB Mobile / SEO by Artodia.

Пассивные пробники напряжения для осциллографов

Пассивные пробники напряжения (щупы) для осциллографов

Пассивные пробники напряжения (щупы) входят в стандартную комплектацию большинства осциллографов Tektronix. Эти пробники представляют собой недорогое универсальное решение. Они отличаются надёжностью и широким динамическим диапазоном и подходят для визуализации сигналов во множестве областей применения. Однако, для измерения сигналов малой амплитуды, либо широкополосных сигналов с полосой более 1 ГГц, необходимо использовать активные пробники. А для сигналов с напряжением более 300 В, выпускаются специальные высоковольтные пробники.

Многие пассивные пробники передают сигнал с ослаблением в определённое число раз. Коэффициент ослабления обозначается как 1Х, 10Х и т. д., где число перед символом «Х» указывает во сколько раз уменьшается амплитуда сигнала. Пробник с ослаблением 10Х оказывает значительно меньшее воздействие на исследуемую цепь по сравнению с пробником 1Х и является отличным выбором для большинства приложений общего назначения. Но для слабых сигналов лучше подходят пробники 1Х. Поэтому в основном рекомендуется пользоваться пробником 10Х, но при этом иметь под рукой пробник 1Х. А для самых слабых и зашумлённых сигналов лучше использовать дифференциальные пробники.

Перечень всех моделей

В таблице, которая расположена ниже, представлены разные модели пассивных пробников. При этом, для каждой модели указаны основные технические характеристики (полоса пропускания, ослабление, входной импеданс, максимальное входное напряжение и тип коннектора).

Все модели пробников отсортированы в таблице по мере увеличения полосы пропускания. Если полоса пропускания одинаковая, то первыми располагаются более дешёвые модели.

Модель Полоса пропускания Ослабление 1 Входной импеданс 2 Максимальное напряжение 3 Тип коннектора 4
Tektronix P6101B 15 МГц 1X 1 МОм || 100 пФ 300 В СКЗ. КАТ II BNC
Tektronix TPP0051 50 МГц 10X 10 МОм || 12 пФ 300 В СКЗ. КАТ II BNC
Tektronix TPP0100 100 МГц 10X 10 МОм || 12 пФ 300 В СКЗ. КАТ II BNC
Tektronix TPP0101 100 МГц 10X 10 МОм || 12 пФ 300 В СКЗ. КАТ II BNC
Tektronix P3010 100 МГц 10X 10 МОм || 13 пФ 300 В СКЗ. КАТ II TekProbe
Tektronix TPP0200 200 МГц 10X 10 МОм || 12 пФ 300 В СКЗ. КАТ II BNC
Tektronix TPP0201 200 МГц 10X 10 МОм || 12 пФ 300 В СКЗ. КАТ II BNC
Tektronix P2220 200 МГц (10X)
6 МГц (1X)
10X
1X
10 МОм || 17 пФ (10X)
1 МОм || 110 пФ (1X)
300 В СКЗ. КАТ II (10X)
150 В СКЗ. КАТ II (1X)
BNC
Tektronix P2221 200 МГц (10X)
6 МГц (1X)
10X
1X
10 МОм || 17 пФ (10X)
1 МОм || 110 пФ (1X)
300 В СКЗ. КАТ II (10X)
150 В СКЗ. КАТ II (1X)
BNC
Tektronix TPP0250 250 МГц 10X 10 МОм || 3,9 пФ 300 В СКЗ. КАТ II TekVPI
Tektronix P6139B 500 МГц 10X 10 МОм || 8 пФ 300 В СКЗ. КАТ II TekProbe
Tektronix P5050B 500 МГц 10X 10 МОм || 11 пФ 300 В СКЗ. КАТ II TekProbe
Tektronix TPP0500B 500 МГц 10X 10 МОм || 3,9 пФ 300 В СКЗ. КАТ II TekVPI
Tektronix TPP0502 500 МГц 2X 2 МОм || 12,7 пФ 300 В СКЗ. КАТ II TekVPI
Tektronix TPP1000 1 ГГц 10X 10 МОм || 3,9 пФ 300 В СКЗ. КАТ II TekVPI

Примечания:

1 Полоса пропускания — указано во сколько раз пробник ослабляет входной сигнал. Для пробников с переключаемым коэффициентом ослабления указано два значения.

2 Входной импеданс — важная характеристика пробника. Чтобы пробник минимально искажал сигнал, сопротивление пробника должно быть как можно больше, а ёмкость как можно меньше.

3 Максимальное напряжение — указано максимальное среднеквадратическое значение (СКЗ) напряжения, которое можно безопасно измерять с помощью пробника.

4 Тип коннектора — указано каким коннектором для подключения к осциллографу оснащён пробник. Типы коннекторов описаны в следующем разделе далее на этой странице.

Типы коннекторов пассивных пробников

BNC является стандартным и самым простым коннектором, которым оснащается большинство недорогих пассивных пробников. Пробник с таким коннектором может напрямую подключаться практически к любому осциллографу. Но у коннектора BNC есть два недостатка: он не может автоматически передавать в осциллограф текущий коэффициент деления пробника и через него нельзя подавать питание на пробник.

TekProbe является модернизированным коннектором BNC и полностью с ним совместим. В коннекторе TekProbe присутствует дополнительный штыревой контакт, через который в осциллограф может автоматически передаваться текущий коэффициент деления пробника. Также через этот контакт возможна подача питания на некоторые типы пробников.

TekVPI представляет собой наиболее совершенный тип коннектора. Пробник, оснащённый интерфейсом TekVPI, может передавать служебную информацию в осциллограф и получать команды управления от осциллографа, что позволяет автоматически учитывать текущий коэффициент деления, загружать из пробника таблицу его поправочных коэффициентов, вызывать меню управления с помощью кнопки, расположенной на пробнике и т.д. Также коннектор TekVPI обеспечивает подачу питания на пробник.

Типы коннекторов пассивных осциллографических пробников

Дополнительная информация по этой теме

Подробное руководство по выбору разных типов пробников для осциллографов:

А здесь можно найти наши советы и другую полезную информацию по этой теме:

Для упрощения процесса выбора пробника для цифрового осциллографа, Вы можете воспользоваться нашим опытом и рекомендациями. У нас более 20 лет практического опыта поставок и мы сразу сможем ответить на многие вопросы по моделям, опциям, срокам поставки, ценам и скидкам. Это сбережёт Ваше время и деньги. Для этого просто позвоните нам или напишите нам по E-mail и мы с радостью ответим на Ваши вопросы.

Что такое щуп (пробник) для осциллографа и как его выбрать?

Что такое щуп (пробник) для осциллографа и как его выбрать?

Осциллографические щупы (пробники) – это согласующие устройства, которые входят в стандартную комплектацию практически любого осциллографа и могут быть заменены в случае неисправности. Они состоят из кабеля и наконечников и позволяют входам осциллографа подключиться к конкретным точкам электрической цепи, которая исследуется. Если вы задумались о том, как выбрать щуп для осциллографа, загляните в наш радиомагазин Radio-Shop и задайте вопросы нашим консультантам – мы с радостью поможем.

Активный щуп для осциллографа

Применение пассивных и активных щупов

Щуп представляет собой простейший истоковый повторитель входящего сигнала, нагрузкой которого является резистор, а два других резистора образуют делитель входного напряжения. Сигнал проходит через резистор щупа и поступает на вход осциллографа.

Для подключения к осциллографу разъем щупа вставляется в гнездо канала, совмещается по центру и поворачивается по часовой стрелке до щелчка, который свидетельствует о надежной фиксации.

После подключения щупа необходимо провести процедуру компенсации, после которой на экране осциллографа нужно получить сигнал с ровными прямыми вершинами. Компенсация должна происходить при каждом первом подключении к осциллографу и каждой смене канала. Чем точнее она проведена, тем точнее будут в последующем все параметры исследуемой сети.

Пассивные щупы являются наиболее простым видом пробников с компенсированным делителем напряжения. Они надежные и имеют широкий динамический диапазон для отображения на экране осциллографа сигналов разных типов.

Новый пробник (щуп) для осциллографа

Пассивные щупы передают сигнал с уменьшенной амплитудой, например 1Х, 10Х, где число перед Х – делитель, определяющий, во сколько раз ослабляется подаваемый на вход сигнал. Чем больше ослабление, тем меньше щуп воздействует на цепь, в которой проводятся измерения. При этом слабые сигналы лучше измерять с ослаблением 1Х. Щупы уменьшают емкостную нагрузку в схемах с высокой частотой, что позволяет вывести на экран наиболее высокочастотные сигналы как можно более точно с сохранением сложных форм.

Для исследования цепей с малоамплитудными сигналами или широкополосными с частотой выше 1 ГГц используются активные или высоковольтные щупы, имеющими высокое входное сопротивление до сотен МОм и коэффициент деления 1:100, 1:1000. Это позволяет ослабить сигнал до качественного отображения на осциллографе.

Какие щупы для осциллографа лучше выбрать

Наш радиомагазин Radio-Shop предлагает широкий выбор щупов в наличии. Эти детали являются сменным расходным материалом, они изнашиваются быстрее осциллографа и подлежат замене.

Выбирая щуп для осциллографа, следует руководствоваться следующими характеристиками:

  • Полоса пропускания (от 6 до 60 МГц).
  • Коэффициент деления (1:1, 1:10, 1:100). Чем выше коэффициент деления, тем больше входное сопротивление щупа, поскольку значение коэффициента обеспечивается резистивными делителями.
  • Частота измеряемого сигнала. При частотах выше 10 МГц нужны дополнительные заземляющие насадки, предотвращающие индуктивные искажения.

Ниже представлены одни из самых популярных щупов из нашего ассортимента.

Щуп для осциллографа Proskit 6HP-9060

Щуп для осцилографа Proskit 6HP-9060

Proskit 6HP-9060 – пассивный осциллографический высокоомный щуп с трехпозиционным скользящим переключателем и базовым заземлением. Предназначен для работы с устройствами, входное сопротивление которых 1 МОм. Коэффициент деления 1:10, полоса пропускания – 6-60 МГц.

Преимуществом этого щупа является возможность безразрывного отключение от измеряемой цепи.

Щуп для осциллографа UNI-T UT-P01

Щуп для осциллографа UNI-T UT-P01

Щуп для осциллографа UNI-T UT-P01 — это пассивный щуп, совместимый с двуканальными осциллографами и приборами смешанных сигналов. Имеет коэффициент затухания 1:1 и 10:1 и полосу пропускания 25 МГц. Простой, доступный вариант для быстрых и точных измерений.

Щуп (пробник) OWON P4060 для осциллографа (60МГц, 1:100, 2 кВт)

Щуп (пробник) OWON P4060 для осциллографа

Высоковольтный щуп OWON P4060 для осциллографа с коэффициентом деления 1:100 и полосой пропускания 60 МГц. Может проводить точные измерения с напряжением до 2кВ. Имеет стандартный разъем BNC, который подходит для большинства осциллографов.

На нашем сайте можно выбрать и другие модели от популярных производителей.

Почему стоит выбрать щуп для осциллографа на нашем сайте

Главными преимуществами щупов для осциллографов, представленных в нашем радиомагазине, являются:

  • широкий выбор совместимых цифровых и аналоговых осциллографов;
  • стандартные разъемы BNC;
  • изготовление из высококачественных долговечных материалов;
  • стабильная работа;
  • точное измерение;
  • простая компенсационная регулировка;
  • компактные размеры,
  • маркерные кольца для идентификации каналов.

Пробники для осциллографа, их качество и исправность имеют влияние на измерение параметров сигнала и правильное отображение его формы на экране осциллографа. Гибкий износоустойчивый кабель длиной 1,2-1,4 м позволяет удобно подключаться к разным каналам осциллографа и оперативно менять канал при необходимости.

Чтобы упростить процесс выбора, уточнить детали и характеристики осциллографического щупа, обращайтесь в радиомагазин Radio-Shop. Мы предлагаем купить высококачественные измерительные приборы, различные мультиметры, осциллографы по лучшим ценам, измерительные щупы. В большом ассортименте есть другие виды измерительных приборов.

Наш сайт – это отличная цена на товары, сервис, гарантия, доставка. Также вы можете почитать полезный блог, в котором есть детальная информация, что такое осциллограф, где можно узнать, как провести диагностику автомобиля осциллографом. Как измерить переменное напряжение осциллографом, как пользоваться мультиметром – на эти и другие вопросы вы найдете ответы в нашем блоге.

Щуп осциллографа. Устройство и принцип работы

Эта статья для тех кто всегда хотел знать как устроен щуп осциллографа, но боялся спросить. Для тех кто начинает работать с осциллографом, а также для тех кто много лет работает, но никогда не хватало времени и сил для того, чтобы разобрать как устроен щуп(пробник) осциллографа на самом деле. Этот материал основан на статье Doug Ford «The secret world of oscilloscope probes» с некоторыми изменениями и дополнениями. В статье будут рассматриваться только пассивные щупы. Исследование работы будем проводить в популярном симуляторе электронных схем LTSpice. Разберем последовательно назначение и особенности каждого элемента, моделируя эквивалентные схемы начиная от простых вариантов и переходя к более реалистичным. Узнаем кто изобрёл и запатентовал первый прототип этого устройства в том виде в котором он используется сейчас. А также в конце рассмотрим как устроен реальный щуп фирмы Keysight(бывший Agilent) 10073C, вышедший из строя и давший согласие предоставить свои останки на благо научного прогресса.

Все кто работает в области электроники хоть раз сталкивался с измерением с помощью осциллографа. Существует много разновидностей пробников, в основном они делятся на активные и пассивные. Активные пробники могут быть самого разного устройства и назначения, и в этой статье не рассматриваются. Мы обратим внимание на наверное самый распространенный вариант пассивного пробника с коэффициентом деления равным 10 (либо с переключателем режимов 1 или 10) и входным сопротивлением 10 МОм с учетом входного сопротивления осциллографа 1 МОм. В комплекте осциллографа как правило имеется два таких щупа.

Рассмотрим его устройство. Если поискать в интернете как устроен щуп осциллографа, то чаще всего приводится схема представленная на рисунке 1. Входное сопротивление осциллографа равно 1 МОм. Емкость входа осциллографа как правило составляет от 10 до 30 пФ (мы возьмем 20пФ). Источником сигнала будет генератор с 50-омным выходом нагруженный на резистор
50 Ом. Эквивалентное выходное сопротивление такой схемы будет параллельное сопротивление (Rgen || Rload) = 25 Ом, такой выбор не случаен, о чем еще пойдет речь ниже. Эквивалентная схема щупа представлена как емкость кабеля в виде конденсатора на 100 пФ, наконечника с резистором делителя Rdiv и компенсирующего подстроечного конденсатора Ccomp. Делитель составленный из резисторов Rdiv и Rin образуют коэффициент пробника

Задача конденсатора Ccomp выровнять частотную характеристику тракта. Для того, чтобы коэффициент оставался 1/10 на всех частотах необходимо, чтобы конденсатор Ccomp равнялся 1/9 суммарной емкости кабеля и входа осц., и таким образом получаем значение

Рисунок 1Рисунок 2

Другой возможный вариант когда параллельно резистору Rdiv стоит постоянный конденсатор, а подстроечный ставится параллельно входу осциллографа как показано на рисунке 2. Для переключения в режим с коэффициентом 1 резистор Rdiv просто закорачивают. Еще одна возможная конфигурация, показанная на рисунке 3, когда цепь подстройки находится в основании щупа, а не в наконечнике. Такой вариант и будем рассматривать в дальнейшем. Входная емкость такой системы будет определятся как последовательное соединение емкости Cdiv и суммы емкостей Ccable, Ccomp и Cin и равняется 13,5 пФ. Именно входная емкость определяет полосу пропускания щупа, точнее она определяется RC цепочкой, составленной из входной емкости и внутреннего сопротивления той части схемы куда приложен щуп. В документации на пробник обычно указывается полоса пропускания, которая нормирована на эквивалентной внутреннее сопротивление источника равное 25 Ом, то есть, если щуп с полосой пропускания в 500 МГц, имеющий входную емкость в районе 12 пФ приложен к высокоомной цепи, например 1МОм, то полоса пропускания уменьшится до 12,5 кГц. В нашем же случае как видно из рисунка 4 штатная полоса пропускания оказалась равной 470 МГц.

Рисунок 3Рисунок 4

Посмотрим как влияет изменение ёмкости компенсационного конденсатора Сcomp на частотный отклик. На рисунке 5 показан результат моделирования при изменении емкости от 4 пФ до 24 пФ с шагом 2 пФ. Видно, что искажения начинаются уже с нескольких сотен герц. Правильно подобранная компенсация должна обеспечить ровную частотную характеристику.

Рисунок 5

На рисунке 6 влияние емкости Сcomp на форму измеряемого сигнала в виде прямоугольных импульсов. Последняя картинка знакома любому, кто хоть раз сталкивался с калибровкой щупа осциллографа. Осциллографы как правило оснащены внутренним генератором прямоугольных сигналов, который питает «калибровочный» терминал на передней панели. Частота калибровочного сигнала обычно составляет 1 кГц с амплитудой 1 В. Изменяя емкость подстроечного конденсатора в основании можно добиться максимальной «прямоугольности» импульсов, и тем самым максимальной ровности частотного отклика.

Рисунок 6

Как правило объяснение работы пассивного пробника на этом заканчивается. Но мы попробуем пойти немного дальше. Основное отличие приведенной схемы от реальной ситуации заключается в том, что кабель аппроксимируется сосредоточенной емкостью только на низких частотах. Для полной картины необходимо изменить модель кабеля с емкости на линию передачи, как показано на рисунке 7. Типичная длинна кабеля щупа равна 1,2 м. Определим погонную емкость из соображения сохранения общей емкости 100 пф, таким образом погонная емкость будет равна 100 / 1,2 = 83,3 пФ/м. Погонную индуктивность найдем из формулы

где Zo – волновое сопротивление кабеля – 50 Ом. Таким образом L=2500*83,3 = 208,3 нГн. Вставим полученные значения в нашу модель и построим АЧХ.

Рисунок 7Рисунок 8Рисунок 9

Как видно результат оказался чудовищный. На рисунке 8 и 9 представлены частотные характеристики на входе и выходе щупа. Видно, что кроме того, что искажения частотного отклика приняли неприемлемый вид, но и в результате переотражений происходит влияние на измеряемую схему на частотах выше 40 МГц, чем вообще говоря можно повредить устройство. Так происходим из-за несогласованности нагрузки и сопротивления источника с кабелем. Для тех кто не очень знаком с основами передачи сигналов в линиях передачи можно начать ознакомление с этой статьи. А мы пойдем дальше. Так что же делают разработчики пробников осциллографов для решения этой проблемы?

Если вы измерите сопротивление щупа в режиме 1х то увидите, что сопротивление не будет равно нулю. Измеренное сопротивление будет в районе 150-300 Ом. Можно предположить, что в щуп вставлены какие-то последовательные резисторы. Может в этом весь секрет. Давайте вставим в нашу симуляцию пару резисторов. Добавим на входе кабеля резистор 150 Ом, а также на выходе в отсеке регулировки добавим резистор 50 Ом. Результат моделирования показан на рисунке 11.

Рисунок 10Рисунок 11

Очевидно, что характеристика стала более плавной, хотя идеальной её по-прежнему трудно назвать. Полезная пропускная способность такой системы не превышает 40МГц. Настройка компенсационного конденсатора мало влияет на частотную характеристику или резонансные эффекты линии передачи. Таким образом, очевидно, что характеристики линии передачи зондирующего кабеля потенциально ответственны за некоторые серьезные ограничения полосы пропускания и частотной характеристики. Итак, в чем секрет дизайна высокочастотных щупов. Как производителям зондов удается добиться максимальной ширины полосы пропускания от зондов? Над этим вопросом думал молодой сотрудник компании Tektronix по имени John Kobbe в 50-е годы 20 века. Пытаясь подобрать размер и положение резисторов для получения гладкой характеристики, он в какой-то момент пришел к выводу, что требуется поставить резистор по середине кабеля. Впрочем, скоро ему пришла идея получше.

Если вы разберете ваш пробник и удалите из него все последовательные резисторы, а потом измерите сопротивление кабеля, то оно про прежнему будет далеко от короткого замыкания. Это происходим от того, что сама центральная жила имеет высокое сопротивление. Именно так поступил John Kobbe. Купив в магазине высокоомную проволоку, он вытащил центральную жилу, заменив ее на проволоку. На рисунке 12 показан кабель щупа в разрезе, видно, что центральная жила гораздо тоньше чем для обычного коаксиального кабеля и смята, что придает в свою очередь больше гибкости пробнику.

Рисунок 12

Так, что же это нам даёт? Вернемся к нашей модели и заменим последовательные резисторы на сопротивление потерь в линии передачи (рисунок 13).

Рисунок 13Рисунок 14

На рисунке 14 показан волшебный результат: плавный и монотонный отклик без неприятных отражений или аномалий– просто плавный, полезный отклик! Давайте посмотрим, чего мы еще сможем добиться используя этот подход. Рассмотрим как влияет изменение сопротивление центральной жилы на частотный отклик, будем изменять сопротивление от 100 до 200 Ом с шагом 10 Ом.

Рисунок 15Рисунок 16

Отсюда подбираем оптимальное сопротивление – примерно 140 Ом и получаем пробник с полосой пропускания более 230 МГц (рисунок 17) , что уже можно назвать неплохим результатом.

Рисунок 17

Этим нехитрым изобретением производители пробников пользуются и по сей день. Историю Джона Коббе можно почитать здесь. Подробнее про основы пассивных пробников можно почитать в книжке «Oscilloscope Probe Circuits» JOE WEBER 1969 г. А мы двинемся дальше.

Попробуем ещё немного улучшить нашу модель. Практические конструкции компенсационных схем могут быть самые разные и зависят от производителя. Мы же рассмотрим еще один часто встречающийся приём, а именно последовательно с кондесатором Ccomp поставим дополнительный резистор и будем менять его от 50 до 250 Ом с шагом 10 Ом.

Рисунок 18Рисунок 19

На рисунке 19 показан результат моделирования. Как видно можно подобрать оптимальное значение резистора для получения ровной характеристики. В нашем случае это значение получается равным 160 Ом (часто в примерах на этом месте встречается значение 68 Ом). Построим окончательный вариант схемы (рисунок 20).

Рисунок 20Рисунок 21

Внедрение правильной схемы компенсации позволило увеличить полосу пропускания до значения 450 МГц! Почти удалось добиться результата моделирования идеальной схемы из рисунка 3. Теперь мы знаем секрет создания пробника. Но, как уже говорилось выше, в реальности все гораздо сложнее и приходится учитывать паразитные составляющие всех элементов схемы.

Далее давайте посмотрим некоторые характеристики нашего новоиспечённого щупа. Рассмотрим время нарастания фронта и задержку распространения. Будем для наглядности сравнивать со схемой из рисунка 10 и схемой из рисунка 16.

Рисунок 22

На рисунке 22 показан отклик на прямоугольный импульс 10 В для трех схем, и исходный импульс в уменьшенном масштабе (голубой). Задержка всех моделей оказалась равной примерно 5 нсек. Последний вариант схемы с полосой пропускания 450 МГц (зеленый) показал время нарастания фронта менее 1 нсек, тогда как схема с полосой 230 МГц (красный) показала результат 1,7 нсек. Модель же с последовательными резисторами (коричневый) по длительности фронта не уступает последнему варианту щупа, но создает значительные искажения формы. Наносекундные различия во времени нарастания несущественны, если вы наблюдаете прямоугольный отклик звуковых операционных усилителей с микросекундным временем нарастания, но они становятся жизненно важными, если вы исследуете проблемы в высокоскоростных цифровых схемах.

Полезно также рассмотреть частотную зависимость входного сопротивления (импеданса) пробника. Как говорилось выше для постоянного напряжения и низких частот пробник x10 имеет входное сопротивление 10 МОм. На следующем рисунке 23, показана зависимость входного сопротивления от частоты. По оси Y указано входное сопротивление в дБ (140 дБ соответствует 10МОм). Видно, что емкость начинает оказывать определяющее воздействие на входной импеданс на высоких частотах, и выше 150 МГц падает до значения менее 100 Ом (40 дБ на графике).

Рисунок 23

Рассмотрим также как влияет заземляющая клемма на частотную характеристику. Типичный провод заземления пробника с зажимом составляет около 150 мм в длину. Типичная индуктивность провода составляет около 1 нГн /мм, поэтому заземляющий провод соответствует индуктивности 150 нГн. Так как место крепления заземляющего провода находится на некотором расстоянии от наконечника добавим еще 50 нГн. Вставим эту индуктивность в нашу модель щупа и посмотрим, как это повлияет на частотную характеристику.

Рисунок 24Рисунок 25Рисунок 26

На рисунке 25 и 26 частотная характеристика и фронт отклика во временной области щупа с индуктивностью (зеленый) показана в сравнении с предыдущим вариантом без индуктивности (красный). Характеристика значительно испортилась и стала демонстрировать немонотонность.

Рисунок 27

Для измерения сигналов выше десятков МГц в комплекте щупа всегда идут специальные насадки (рисунок 27) для заземления пробника максимально близко к наконечнику щупа во избежание возникновения индуктивных искажений.

Напоследок рассмотрим реально существующий вариант щупа фирмы Agilent (нынешний Keysight) 10073C, который пришел в негодность у меня на работе и был разобран. На рисунке 28 представлено основание щупа.

Рисунок 28

На рисунке 29 воссозданная схема в LTSpice. Сопротивление кабеля отличается от рассмотренных выше и равняется 2,2 МОм. Значения потенциометров, расположенных по бокам могут принимать значения до 500 Ом (R7-R10). Полоса пропускания по спецификации 500 МГц. Значения регулируемых емкостей неизвестно. Параметры используемого кабеля и емкости Сdiv также неизвестно. Со значениями используемыми в этой статье получилось только 426 МГц (рисунок 30).

Рисунок 29Рисунок 30

  • Пробники с высокой пропускной способностью спроектированы с использованием тщательно подобранного кабеля линии передачи и с минимизации воздействия сквозных отражений линии передачи.
  • Использование правильной схемы компенсации позволяет в разы увеличить полосу пропускания.
  • Пробник 10х имеет входное сопротивление 10 MОм только на низких частотах. На более высоких частотах в основном определяется входной ёмкостью.
  • Индуктивность заземляющего провода может разрушить точность формы сигнала и пропускную способность. Используйте комплект насадок из комплекта пробника, чтобы обеспечить низкую индуктивность.

Файлы моделирования можно скачать здесь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *