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: 144
- electroget
- Сообщений: 4435
- 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: 5599
- 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: 4435
- 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: 4435
- 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: 4435
- 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: 4435
- 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.
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.
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.
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
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 — 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)
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 Р6100 для осциллографа с высокоомным входом
На момент заказа (26.10.2014) щуп стоил $6.89, но у меня ещё были БиКовские монетки, с учётом которых цена получалась 6.55 и дешевле предложений я не нашёл. Заказан щуп был 26.10, а отправлен 28.10 – вполне стандартные для БиКа два дня. Посылка была без трек-номера. Фото посылки и упаковки не привожу. БиК никогда не отличался хорошим качеством упаковки (хотя я ничего дороже $20 у них не заказывал, полагаю, дорогостоящие заказы они упаковывают гораздо лучше). Сейчас ценник на щуп установлен $4.17, но в наличии его нет. А ещё БиК поменял фото щупа на странице описания, по которым видно, что поменялись цвета некоторых компонентов (ползунок переключателя стал чёрный, кольца – жёлтые, колпачки серые в тон щупа) и комплектация (колпачков стало в 2 раза больше, а колец на пару меньше). Кстати последний отзыв о щупе на странице магазина – мой. 🙂
Характеристики щупа со страницы магазина:
Щуп был упакован в полиэтиленовый пакет с инструкцией вкладышем, вот его комплектация:
Пару слов о назначении всех этих дополнительных «штучек».
Кольца цепляются на байонет подключаемый к осциллографу и ручку щупа и применяются для удобства определения по цвету колец какая ручка щупа к какому каналу осциллографа подключена (но т.к. в комплекте лишь один щуп, то полезны данные кольца будут владельцам таких же комплектных щупов). Вот поменял на своём щупе кольца на салатовые:
Насадка в виде колпачка предназначена для изоляции от общего, полезно когда нужно щупом «пробираться» сквозь провода/платы.
Почти такая же насадка отличающаяся лишь выступами с двух сторон от сигнальной иглы может применятся как и первая, но так же удобна при «тыкании» в платы с smd компонентами. Надеваются эти колпачки довольно туго, а снимаются ещё сложнее. 🙂
Ну и наконец, самая полезная, на мой взгляд, штука – захват. Применяется для держания щупа за провод/вывод измеряемого сигнала. Позволяет уцепиться за толщину от долей мм до 2.5мм. Работает как надо. Пользуюсь им, в отличие от всех вышеописанных, регулярно. 
Так же в комплекте имеется отвёртка с пластиковой ручкой для калибровки щупа.
Внешний вид самого щупа вполне понятен из вышеприведённых фото, но для полноты восприятия добавлю фото такого ракурса: 
Надо отметить, что инструкция из комплекта не для галочки, в ней есть практически вся необходимая информация. Смотрите сами: 
Но, а о чём умалчивает инструкция, поведаю Вам я. Длина кабеля щупа с байонетом – 104см, длина ручки щупа от кабеля до иголки – 14см (т.е. общая длина щупа равна 104+14=118см, до заявленных 120см не хватило 2см), длина общего провода с «крокодилом» — 14.5см. Никаких запахов щуп не производил, понравилась мягкость/гибкость кабеля. У ползунка переключателя х1/х10 (выключатель делителя) за время использования фиксация в крайних положениях стала не такая чёткая. Сама конструкция переключателя доверия не вызывает, стараюсь пользоваться им как можно реже (как правило щуп всегда эксплуатируется в режиме х10), чего и рекомендую всем пользователям аналогичных щупов. Общий провод с крокодилом съёмный. Сигнальная игла не настолько острая, что бы ей можно было случайно уколоться, но и не тупая. За время использования если и затупилась, то я этого не заметил. Метали из которого она выполнена не магнитный.
Ещё до заказа данного щупа, как и полагается человеку покупающему вещь в личное пользование, я выяснил интересующие меня вопросы касательно подобных щупов. И поэтому знал, что импортный разъем под названием «BNC» на щупе стыкуется с нашим байонетом «СР-50-73» на осциллографе не идеально – BNC разъем не до конца закручивается. И знал, что это легко исправляется подходящим надфилем.
Собственно так и вышло — во входной разъём осциллографа щуп вставлялся плотно, но вот зафиксировать его не получилось – угол проточенных пазов на BNC разъёме немного великоват. Что ж снимаю и аккуратно подтачиваю надфилем. Вот так выглядит адаптированный под отечественный байонет BNC разъём: 
Стоит отметить, что вес BNC разъёма этого щупа гораздо меньше веса разъёма СР-50-74 комплектного щупа. Это и неудивительно ведь в BNC металла используется гораздо меньше.
Покупался щуп для моего осциллографа С1-65. Этот осциллограф имеет заявленную полосу пропускания канала Y равную 0-35МГц (при спаде АЧХ не превышающей 3дБ, для 5мВ/дел), входную ёмкость не более 30пФ при сопротивлении равном 1.0МОм ±5%. Сопоставляем с характеристиками щупа – входное сопротивление подходящее, диапазон компенсации ёмкости тоже подходящий. Т.е. противопоказаний нет 🙂
В С1-65 есть встроенный калибратор, выдающий 1кГц меандр с амплитудой от 0.02 до 50В или постоянное напряжение с таким же диапазоном. Калибратор как раз и предназначен для проверки и подстройки канала Y осциллографа и комплектного делителя с коэффициентом деления Кд=10. К сожаленью мне осциллограф попал в руки лишь с одним таким щупом (далее по тексту я его буду называть комплектным, хотя на самом деле история его происхождения мне неизвестна): 
Калибратор осциллографа С1-65:
Вот так выглядит принципиальная схема комплектного выносного делителя осциллографа С1-65 (которого у меня нет):
А реальная принципиальная схема устройства обозреваемого щупа мне неизвестна, т.к. его конструкция не разборная, но зная то, что щуп представляет собой частотно-компенсированный делитель напряжения и, зная его параметры, полагаю, что она (схема) выглядит так:
Где Rк – сопротивление центральной жилы кабеля щупа, а Cк – ёмкость образованная рядом расположенными центральной жилой и оплёткой кабеля щупа и его монтажа.
Параметры делителя на постоянном токе вычисляются следующим образом:
Сопротивление щупа Rщ=Rх+R2;
Коэффициент деления Kд=R2/(Rх+R2).
где Rх – общее сопротивление, состоящее из последовательно включённых сопротивлений резистора R1 и центральной жилы (сигнального провода) кабеля щупа Rк равного 100 Ом (измерено китайским мультиметром ADM-02), а R2 – входное сопротивление осциллографа (паспортные данные).
Т.е. в нашем случае на постоянном токе десятикратное деление напряжения обеспечивается делителем, состоящим из последовательно включенного резистора 8.9999МОм (+100Ом кабель) и 1.0МОм (±5%) входного сопротивления осциллографа.
На переменном токе параметры делителя вычисляются сложнее, т.к. уже участвуют ёмкости С1, ёмкость кабеля щупа и его монтажа — Ск, подстроечного конденсатора С2 и входная ёмкость осциллографа условно обозначенная как конденсатор С3.
Если отношение ёмкостей в ёмкостном делителе, образованном С1 и Ск+С2+С3(далее Сх) будет равно отношению сопротивлений в резистивном, то амплитудно-частотная характеристика щупа будет ровной во всем диапазоне, начиная от постоянного тока и до частот ограниченных общим (активным+реактивным) сопротивлением щупа (ведь 22.5пф указанные в характеристиках щупа на частоте 35МГц это реактивное сопротивление величиной 202Ома). Поэтому величину ёмкости конденсатора С1 выбирают, как правило, равной 1/9 величины ёмкости Сх. В нашем случае суммарную ёмкость входа осциллографа и щупа примем 30+120=150пФ (реально может и больше, но точно измерить ёмкость щупа нет возможности, поэтому взял максимальное значение заявленное в характеристиках), следовательно, ёмкость конденсатора С1 должна быть не более 16.7пФ. Изменением ёмкости подстроечного конденсатора С2 добиваются выполнения условия компенсации – Zc1*(R1+Rк)=Zcх*R2 (где Z=1/2πFC).
Настройка компенсации щупа.
Как и показано в инструкции к обозреваемому щупу при не настроенном делителе щупа меандр может принимать один из двух видов:
Так выглядят прямоугольные импульсы при ёмкости щупа больше необходимой.
А так — при ёмкости щупа меньше необходимой. Осциллограммы с моего осциллографа с сигналом от калибратора при крайних позициях подстроечного конденсатора (С2). Кстати, расположен С2, как Вы уже поняли, на байонете: 
И так слишком большая ёмкость вызывает значительные выбросы по фронтам, недостаточная — их затягивание. Понятно, что при настроенном делителе форма вершины прямоугольного импульса должна стремится к ровной прямой (форма реального прямоугольного импульса отлична от прямоугольника — по фронту импульса в любом случае присутствует выброс в виде иголки, а по спаду присутствует скругление). Изменением ёмкости конденсатора С2 добиваются получения на экране осциллографа прямоугольных импульсов без завала фронтов, амплитуда выбросов на фронтах должна быть не более 5-10% от амплитуды импульсов. Для большей наглядности/точности я решил проводить настройку путём сравнения формы сигнала при измерении комплектным щупом и обозреваемым (с учётом вышеизложенных мыслей). Приступив к калибровке делителя щупа от встроенного в осциллографе калибратора я обнаружил как «вяло» меняется форма фронта импульса при значительной величине поворота подстроечного конденсатора (С2), что явно указывает на то, что для более точной калибровки делителя щупа в моём случае нужно использовать сигнал более высокой частоты. А значит, нужен был генератор прямоугольных импульсов частотой повыше. Поскольку в хозяйстве такого готового генератора не оказалось, то для этих целей был «собран» ВЧ генератор импульсов. Ну «собран» это не совсем подходящий термин в данном случае, т.к. вся конструкция представляет собой плату ардуино (к слову на тот момент плата ардуино была самодельной) с залитым нужным скетчем и подключенным к ней БП (скетч написан не мной, а товарищем maksim с ресурса arduino.ru). При хорошем источнике питания форма прямоугольных импульсов выдаваемых микроконтроллером atmega328 (на нём базируется моя плата ардуино) при частоте задающего генератора 16МГц имеет мало искажений на частоте вплоть до 2МГц. Проводить дальнейшую калибровку встроенного делителя обозреваемого щупа решено было на частоте равной 1МГц. Так выглядит тестовый генератор в сборе: 
А вот фото сравнения при настройке делителя щупа: 
1МГц на комплектном щупе.
1МГц на обозреваемом щупе в режиме х1.
Тоже в режиме х10.
А так выглядит вершина импульса с частотой сигнала 4МГц на моём осциллографе: 
Комплектный щуп слева, обозреваемый в режиме х1 – справа.
На фото хорошо видно, что обозреваемый щуп в таком режиме измерений проигрывает комплектному щупу и то, что оба щупа не годятся для столь точного наблюдения формы ВЧ сигнала (4МГц). Проигрыш обозреваемого щупа в таком тесте вполне закономерен, ведь в щупе подключен С2 и длина его кабеля значительно (на 33см) больше, а, следовательно, больше и его ёмкость. Однако в инструкции к щупу обозреваемый щуп в режиме х1 предлагают применять до частот величиною 6МГц. Оно конечно можно, но если чувствительность Вашего осциллографа по входу позволяет наблюдать сигнал с делителем (в режиме х10), то я рекомендую применять его и на частотах до 6МГц, т.к. это снижает входную ёмкость осциллографа, а, следовательно, вносит меньше искажений в исследуемый сигнал (наглядный пример на фото выше). Стоит отметить, что идеально откалибровать щуп у меня так и не получилось.
Вывод – лично меня щуп полностью устраивает. В паре с советским осциллографом с полосой пропускания до 100МГц обладающим высокоомным входом он выглядит привлекательней, чем комплектный. Покупать его есть смысл при отсутствии комплектного выносного делителя осциллографа.
Upd. 22.02.2019
Ещё одно предисловие
Какое-то время назад понадобился мне нихром/вольфрам, путём поиска в интернете я нашёл искомое. Так я узнал цену этих металлов и после этого меня не покидала мысль, что уж как-то дёшево продают этот щуп — такое сложное/технологичное устройство к тому же содержащее в себе дорогие материалы (нихром/вольфрам). Но пока щуп работал, вскрывать мне его не хотелось (я ведь полагал, что он не разборный). Однако не так давно в байонете щупа стал пропадать контакт и соответственно назрела необходимость вскрытия. Я вспомнил о том, что кто-то уже спрашивал про вскрытие этого щупа и номиналы деталей находящихся в байонете. Покопавшись в личных сообщениях сайта, я нашёл эту переписку с камрадом — maks740. Он же и показал мне, как разбирается байонет подобных щупов.
Оказывается байонет довольно просто разбирается — необходимо лишь стянуть прорезиненный «хвост» щупа с металлического хвостовика байонета (см. фото). После этого нам откроется часть внутреннего мира щупа и одновременно с этим возможно придёт разочарование, т.к. центральная жила щупа выполнения из обычного медного многожильного провода (никакого нихрома/вольфрама), а сопротивление центральной жилы величиною 100 Ом достигается применением smd резистора распаянного на плате внутри байонета. Так же на плате помимо подстроечного конденсатора и резистора номиналом 100 Ом присутствует ещё один резистор номиналом 33 Ома. Номинал второго резистора может отличаться от моего в зависимости от емкости подстроечного конденсатора и максимальной заявленной частоты щупа. 
Как видно по фото — флюс не отмыт.
Плата прикручена к металлическому каркасу байонета винтом м1.7 винт так же выступает в роли проводника — соединяет дорожку платы с общим (каркасом).
Кабель щупа опресован хвостовиком байонета.
Причина пропадания контакта оказалась в отломанной центральной металлической жиле со стороны байонета. После зачистки оставшейся части центрального контакта скальпелем, он прекрасно облудился неактивным флюсом. 
В итоге схема щупа на самом деле выглядит скорее всего так:
Какие выводы можно сделать? — Китайцы такие китайцы 🙂 А если серьёзно, то так как центральная жила из меди, то ни о каком распределенном сопротивлении речи быть не может. Соответственно точность на высоких частотах будет ниже… тем не менее, альтернатив за такую цену в свободной продаже не найти.
Традиция сайта
P.S.: Всё вышеизложенное является плодом моих суждений и поэтому не претендует ни на полноту, ни на истинность. Я сожалею, если процесс ознакомления читателя с данным текстом сопровождался какими-либо негативными ощущениями.
P.P.S: буду рад конструктивной критике и готов по мере своих возможностей ответить на интересующие вопросы по теме обозреваемого товара.
Планирую купить +19 Добавить в избранное Обзор понравился +39 +57
- 25 апреля 2015, 23:23
- автор: Shoorup4eg
- просмотры: 57134
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Так, что же это нам даёт? Вернемся к нашей модели и заменим последовательные резисторы на сопротивление потерь в линии передачи (рисунок 13).
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.
Отсюда подбираем оптимальное сопротивление – примерно 140 Ом и получаем пробник с полосой пропускания более 230 МГц (рисунок 17) , что уже можно назвать неплохим результатом.
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.
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).
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.
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).
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.
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.
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.
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).
- 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.