Современная электроника №8/2018

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2018 стор с сопротивлением 9 МОм. В осцил- лографе стоит резистор с сопротивле- нием 1 МОм, что обеспечивает коэф- фициент ослабления входного сигнала 10:1. В режиме 1:1 последовательный резистор в пробнике отключается и общее сопротивление постоянному току, измеренное на наконечнике проб- ника, составляет лишь 1МОм, т.е. равно сопротивлениюна входе осциллографа. Основное преимущество использова- ния пробника с двумя коэффициентами ослабления состоит в том, что он под- держивает оба коэффициента ослабле- ния – 10:1 и 1:1. В целомрежимпробни- ка 1:1 обеспечивает более низкий уро- вень шума, что делает его идеальным для измерения слабых сигналов, таких как пульсация и шум источника пита- ния. При этом режим 1:1 вносит значи- тельную ёмкостную нагрузку, подклю- чённуюпараллельно входу осциллогра- фа, что приводит к уменьшениюполосы пропускания приблизительно до 25МГц. На рисунке 4 пробник 10:1/1:1 используется для измерения выходно- го шума источника питания с каждым из доступных коэффициентов осла- бления. В режиме 1:1 измеренный шум почти наполовину меньше шума, изме- ренного в режиме 10:1. В ЛИЯНИЕ ПРОБНИКА НА УСТРОЙСТВО При подключении пробника осцил- лографа к цепи он становится частью испытуемой цепи и его электрические характеристики начинают влиять на процесс измерений в целом. Это может привести к снижению точности изме- рений и ухудшению рабочих характе- ристик, поскольку новая цепь, включа- ющая в себя пробник, будет вести себя иначе, чем цепь без пробника. Это осо- бенно актуально при измерениях высо- кочастотных сигналов. Все пробники создают резистив- ную, ёмкостную и индуктивную нагрузки. Необходимо добиться того, чтобы это влияние не выходи- ло за допустимые пределы. Наимень- шие проблемы обычно создаёт рези- стивная нагрузка, когда использует- ся высокоимпедансный пассивный пробник для измерения низкоско- ростных сигналов. Наиболее распро- страненный эффект от резистивной нагрузки связан с делителем напря- жения, который образуют выходное сопротивление цепи и входное сопро- тивление пробника: , где Z source – импеданс источника испы- туемой цепи. Чем меньше сопротив- ление пробника относительно Z source , тем сильнее нагрузка от пробника уменьшает амплитуду измеряемого сигнала. Например, если значение Z source равно 1 МОм, а значение Z probe – 10 МОм, изме- ренная амплитуда сигнала будет при- мерно на 9% меньше фактического её значения до подключения пробника. При постоянном токе входной импе- данс и нагрузочная характеристика пробника определяются резистивным компонентом его импеданса. Ёмкост- ное реактивное сопротивление проб- ника при этом не влияет на результа- ты измерений, поскольку Ёмкостное сопротивление ( X c ) при постоянном токе равно бесконечности, однако по мере увеличения частоты ёмкостное сопротивление снижается и становится основным источником нагрузки, вызы- вая рост потребления энергии из испы- туемой цепи (см. рис. 5). При измерении цепи можно обна- ружить в сигнале затухающие колеба- ния, или «звон». Что является причи- ной их появления – испытуемая цепь или пробник? На этот вопрос трудно ответить, но сам по себе он поставлен верно. Причиной затухающих колеба- ний в сигнале часто бывает индуктив- ное сопротивление. Источником зату- хающих колебаний является резонанс- ная индуктивно-ёмкостная (LC) цепь, которая состоит из внутренней ёмко- сти, а также провода заземления проб- ника и индуктивности наконечника пробника. Частота затухающих коле- баний простой LC-цепи определяется по следующей формуле: , где F ringing — частота, Гц; L – индуктив- ность, Гн; C – ёмкость, Ф. Провод заземления часто бывает основным источником индуктивности. Простая замена такого провода с зажи- мом типа «крокодил» на более корот- кий может изменить форму измеряе- мого сигнала. В этом случае, скорее все- го, проблема связана с индуктивной нагрузкой, а не с испытуемой цепью. З АКЛЮЧЕНИЕ Для получения максимально надёж- ных результатов измерений важно пра- вильно подобрать пробник и использо- вать его надлежащим образом. Выбор правильной комбинации пробника и осциллографа обеспечивает максималь- ную точность измерений с помощью осциллографа. Пробники с двумя коэф- фициентами ослабления очень удобны, поскольку обеспечивают сразу оба коэф- фициента ослабления – 10:1 и 1:1. Кроме того, очень важно знать электрические характеристики пробника, поскольку онимогут повлиять на результатыизме- рений и на работу цепи. Рис. 4. Осциллограф и исходный уровень шума пробника: а) при коэффициенте ослабления 10:1; б) при коэффициенте ослабления 1:1 а б Пробник Испытуемая цепь = × + probe in source source probe Z U U Z Z 1 2 = c X fC L probe Z probe U source Z source U in R probe C probe π Рис. 5. Влияние резистивного, ёмкостного и индуктивного компонентов импеданса пробника на отклик испытуемой цепи π