Щуп для осциллографа с делителем своими руками – схема

САМОДЕЛЬНЫЙ ЩУП ДЛЯ ОСЦИЛЛОГРАФА

Самодельные осциллографы перестают быть редкостью по мере развития микроконтроллеров. И естественным образом возникает потребность в щупе для него. Желательно со встроенным делителем. Некоторые из возможных конструкций рассмотрены в данной статье.

Щуп собран на отрезке фольгированного стеклотестолита и помещен в металлическую трубку, выполняющую роль экрана. Чтобы не вызывать аварийных ситуаций, когда и если щуп падает на включенное испытуемое устройство, трубка покрыта термоусадкой. Без покрытия заготовка выглядит вот так:

Щуп в разобранном виде:

Конструкции могут быть разными. Просто нужно учитывать некоторые вещи:

  • Если выполняете щуп без делителя, т.е. он не содержит в себе больших сопротивлений и переключателей, т.е. элементов подверженных электромагнитным наводкам, то целесообразно экранированный провод щупа протягивать до самой иглы. В этом случае дополнительная экранировка элементов вам не понадобится и щуп можно выполнять из любого диэлектрика. Например использовать один из щупов для тестера.
  • Если в щупе выполнен делитель, то когда вы берете его в руки, вы неизбежно будете увеличивать наводки и помехи. Т.е. потребуется экранировка элементов делителя.

В моем случае соединение трубки с экраном (точнее с обратной стороной стеклотестолита) выполнено припаиванием пружинки на тектолит, которая и создает контакт между экраном и платой щупа.

В качестве иглы использовал «Папу» от разъема типа ШР. Но ее можно выполнить и из любого другого подходящего стержня. Разъем от ШР удобен тем, что его «Маму» можно впаять в зажим, который можно будет при необходимости надевать на щуп.

Подбор провода

Отдельного упоминания заслуживает подбор провода. Правильный провод выглядит так:

Миниджек 3,5 мм расположен рядом для масштаба

Правильный провод представляет из себя более-менее обычный экранированный провод, с одним существенным отличием – центральная жила у него одна. Очень тонкая и выполнена из стальной проволоки, а то и проволоки с высоким удельным сопротивлением. Почему именно так поясню немного позже.

Такой провод не сильно распространен и найти его достаточно непросто. В принципе, если вы не работаете с высокими частотами порядка десятка мегагерц, особой разницы, использовав обычный экранированный провод, вы можете и не ощутить. Встречал мнение, что на частотах ниже 3-5 МГц выбор провода не критичен. Ни подтвердить, ни опровергнуть не могу – нет практики на частотах выше 1 МГц. В каких случаях это может сказываться тоже скажу позже.

Самодельные осциллографы нечасто имеют полосу пропускания в несколько мегагерц, поэтому используйте тот провод, который найдете. Просто стремитесь подобрать такой, у которого центральные жилы потоньше и их поменьше. Встречал мнение, что центральная жила должна быть потолще, но это явно из серии «вредных советов». Малое сопротивление проводу осциллографа без надобности. Там токи в наноамперах.

И важно понимать, чем ниже собственная емкость изготовленного щупа, тем лучше. Это связано с тем, что когда вы подключаете щуп к исследуемому устройству, вы тем самым подключаете дополнительную емкость.

Если подключаете напрямую на выход логического элемента либо в ИБП, т.е. к достаточно мощному источнику сигнала, имеющему достаточно малое собственное сопротивление, то все будет отображаться нормально. Но если в цепи есть значительные сопротивления, то емкость щупа будет сильно искажать форму сигнала, т.к. будет заряжаться через это сопротивление. А это означает, что вы уже не будете уверены в достоверности осциллограммы. Т.е. чем ниже собственная емкость щупа, тем шире диапазон возможных применений вашего осциллографа.

Принципиальные схемы щупов

Собственно схема щупа, которую я применил, предельно проста:

Это делитель на 10 для осциллографа с входным сопротивлением 1 мегом. Сопротивление лучше составить из нескольких, соединенных последовательно. Переключатель просто замыкает напрямую добавочное сопротивление. А подстроечный конденсатор позволяет согласовать щуп с конкретным прибором.

Пожалуй вот более правильная схема, которую стоило бы рекомендовать:

Она явно лучше по допустимому напряжению, так как пробивное напряжение резисторов и конденсаторов СМД обычно принимают за 100 вольт. Встречал утверждения, что они выдерживают и 200-250 вольт. Не проверял. Но если вы исследуете достаточно высоковольтные цепи, стоит применить именно такую схему.

Я ее никогда не делал, рекомендаций по настройке (подбору конденсаторов С2, С3, С4) дать не могу.

Немного обещанной теории

Емкость прямо пропорциональна площади проводников и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Там еще есть коэффициент, но для нас это не важно сейчас.

Имеем два проводника. Центральная жила и экран провода. Расстояние между ними определяется диаметром провода. Площадь экрана сильно снизить не получится. Да и не надо. Остается снижать ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЖИЛЫ.

Т.е. снижать ее диаметр насколько это технически целесообразно без потери механической прочности.

Ну а чтобы повысить эту самую прочность при уменьшении диаметра надо выбрать материал попрочнее.

Провод можно представить так:

Распределенная емкость по длине провода. Ну а чем больше будет удельное сопротивление материала центральной жилы, тем меньшее влияние соседние участки (соседние емкости) будут оказывать друг на друга. Поэтому целесообразен провод с высоким удельным сопротивлением. По этой же самой причине нецелесообразно делать провод щупа слишком длинным.

Разъемы рассматривать не буду. Лишь скажу, что оптимальным для осциллографа считаю разъемы BNC. Они чаще всего и применяются. Миниджек, аудиоразъем я бы применять не рекомендовал (хотя сам применяю, в силу того, что не использую осциллограф в цепях со значительными напряжениями). Он опасен. Дернули провод при проведении исследований цепей с хорошим напряжением. Что происходит далее? А далее миниджек, скользя по гнезду, может вызвать замыкание. И даже если в силу разных причин ничего не произошло, на самом миниджеке будет присутствовать это напряжение. А если он упадет к вам на колени? А там открытый центральный контакт и земля рядом.

Лето, жарко, любите работать в трусах? Выбирайте BNC (не реклама). BNC тем и хорош. Его не выдернешь просто так. А даже если и случилось – он закрытый. Ничего опасного произойти не должно, то что в трусах, не пострадает))

Дополнительную информацию можно почерпнуть из цикла статей Входные узлы самодельных осциллографов. Так, теорией поутомлялись, теперь

Щуп № 2

Он хорош тем, что его можно вставить так:

Или вот так, ему безразлично, он свободно крутится.

Устроен он примерно так:

Единственное, что на нем еще будет сделано. Отверстие для выхода провода земли из щупа будет залито каплей термоклея, чтобы сложнее было вырвать его при случайном рывке и провод будет зафиксирован в рукоятке отрезком спички, заточенным под пологий клин.

Чтобы не оборвать и не открутить центральную жилу. Кстати это самый простой способ «лечить» дешевые китайские щупы для тестера, чтобы провод не отламывался от наконечника.

На что стоит обратить внимание: Экран доходит почти до самого наконечника. Не должно быть под пальцами значительного по площади открытого участка центральной жилы, иначе вы будете любоваться наводками с рук на дисплее ослика.

Специально для сайта Радиосхемы – Тришин А.О. Г. Комсомольск-на Амуре. Август 2018 г.

Обсудить статью САМОДЕЛЬНЫЙ ЩУП ДЛЯ ОСЦИЛЛОГРАФА

Схема и фото самодельного устройства управления стоп сигналами автомобиля. Имеет повышенную информативность, по сравнению со штатным.

ТОЧЕЧНЫЕ LED ЛАМПЫ

Замена галогенных ламп на светодиодные точечные светильники.

САБВУФЕР ДЛЯ КОМПЬЮТЕРА

Делаем мощный сабвуфер, на головке 75 гдн, для аудиокомплекса компьютера.

Схема и описание работы программатора микроконтроллеров avr через порт usb.

Сделай сам своими руками О бюджетном решении технических, и не только, задач.

Как изготовить кабель-щуп для низкочастотного виртуального осциллографа?

О том, как изготовить простой низкочастотный кабель-щуп для осциллографа. https://oldoctober.com/

Подобный кабель целесообразно изготовить, даже имея набор профессиональных кабелей. Благодаря тонкому, гибкому проводу и небольшим габаритам, он может стать хорошей альтернативой громоздким и неудобным промышленным кабелям. Конечно, область применения ограничивается ремонтом аудиотехники, но если использовать виртуальный осциллограф на основе аудиокарты, то более серьёзный кабель может никогда и не понадобится.

Самые интересные ролики на Youtube

Близкие темы.

Конструкция и детали.

В качестве корпуса для щупа подойдёт оболочка от фломастера или маркера. Экранированный провод тоже сгодится любой, хотя лучше выбрать более эластичный.

На чертеже изображён щуп в разрезе. https://oldoctober.com/

  1. Остриё – цыганская игла.
  2. Защитная трубка – кембрик.
  3. Втулка – сталь или латунь.
  4. Стопорный винт – М3, сталь.
  5. Корпус – оболочка маркера.
  6. Кабель – провод экранированный.
  7. Отверстие в корпусе – Ø3мм.
  8. Втулка – М3, латунь.
  9. Общий провод.
  10. Скоба – узел крепления общего провода, латунь.
  11. Шайба – М3, сталь.
  12. Зажим – латунь.
  13. Стопорный винт – М3, сталь.
  14. Отверстие в заглушке – Ø3мм.
  15. Заглушка – оболочка маркера.
  16. Защитная трубка – кембрик.

Втулка поз.3 вклеена в отверстие оболочки маркера. Диаметр отверстие во втулке поз.3 чуть больше диаметра иглы.

Стопорный винт поз.4 фиксирует иглу во втулке поз.3.

Экранирующая оплётка кабеля припаяна к втулке поз.12, а центральный провод к игле поз.1.

Стопорный винт поз.13 фиксирует кабель во втулке поз.12.

Втулка поз.8 вкручивается в зажим поз.12, предварительно пройдя через отверстия поз.7, поз.14 и отверстие в шайбе поз.11. Таким образом, втулка поз.8 обеспечивает соединение всех элементов конструкции.

На этой картинке можно увидеть, как выглядят внутренности щупа в реальности.

Вот, что получилось.

Мелкие подробности.

Остриё щупа изготовлено из цыганской иголки.

Самая удобная и универсальная форма острия – трёхгранная.

Зажим поз.12 извлечён из электрической клеммы, которую можно купить в любом хозяйственном магазине.

Вот вроде и всё описание.

Комментарии (16)

Страниц: « 1 [2] Показать все

Юрий, Вы его, наверное, собрали неправильно. У моего щупа только игла незаэкранированна. Посмотрите внимательно на чертёж. Экранирующая оплётка кабеля освобождена от изоляции и к ней припаяна перемычка, которая соединяет оплётку с зажимом поз.12. Таким образом, экранирующая оплётка кабеля поз.6 защищает «горячий» провод по всей длине и кончается рядом с той точкой, где «горячий» провод соединения с иглой поз.1.

Из чего изготовлена (подобрана) деталь 8? Она не имеет электрического соединения с проводом 9? Если нет, примерное расстояние этого «разрыва»?

Сергей, самодельный низкочастотный щуп для осциллографа изготовлен про традиционной схеме, хотя и с незначительным изменениями. А именно, центральный провод коаксиального кабеля подключается к заострённому контакту на конце щупа, а экранирующая оплётка кабеля к проводнику с зажимом типа «крокодил» на конце. Латунная втулка поз.8 имеет небольшое углубление, в которое впаивается провод заземления и лепесток удерживающий этот провод за изоляцию. Такая конструкция, в отличие от традиционной, предотвращает переламывание провода радом с пайкой и обеспечивает длительную работу заземления.

Спасибо за подробное объяснение простого вопроса. Все понял.

По моему, это щуп не для виртуального осциллографа. У него нет такого разъема. Там стоит джек, или USB.

Почитал материал, и понял, что я не прав. Этот разъем, подключает щуп к адаптеру-переходнику, стоящему по входу аудиокарты. Очень интересная и полезная статья.

Страниц: « 1 [2] Показать все

Аттенюатор 20:1 и высоковольтный щуп с делителем 100:1 для осциллографа

Продолжаем продолжать обзоры щупов, переходников и т.д., которые могут пригодиться для диагностики автомобиля, и которые входят (либо не входят, но полезны) в комплект автомобильной версии осциллографа Hantek 2d82

Начнем с аттенюатора 20:1. Он может применяться при необходимости измерения относительно высоких напряжений, скажем напряжения первичной цепи системы зажигания, там бывает несколько сотен вольт.

Что нам обещает продавец:
Features:
Can allow oscilloscope to measure fuel injector and primary ignition waveforms.
Passive attenuator with 20:1 attenuation.
If input a 20V signal, it can output a 1V signal.
By using this item, oscilloscope can measure voltage higher than its range(*20V)

Specifications:
Attenuation: 20:1
Bandwidth: 10MHz
Input Resistance: 1.053M
Item Size: 60 * 18 * 16mm / 2.36 * 0.7 * 0.6in
Item Weight: 24g /0.85oz

Сравним с тем что пришло. Как видим внешний вид немножко отличается, что вообще говоря не принципиально

Вес — 25г, общая длина 61мм, высота 16мм, ширина 21мм.

Входное и выходное сопротивление:

Внутренний мир:

Схема. Номиналы конденсаторов, к сожалению, нечем измерить более точно.

Я проверил работу аттенюатора при помощи генератора FY6800. С учетом того, что я не проверял пока что выдает этот генератор на более серьезном осциллографе — я не могу быть уверен в правильности формы сигнала на его выходе, так что смотрим не на форму сигнала, а на одинаковость этой формы на первом и втором канале осциллографа — они подключены к одному и тому же выходу генератора.

Для начала подключим щупы к осциллографу и убедимся в идентичности всего. Щупы я предварительно подстроил по встроенному в осциллограф генератору. Щупы, соответственно, не из комплекта осциллографа, ибо в комплекте был только один, а купленные ранее, и ссылка на них давно утеряна.

Теперь подключаем аттенюатор

И проверяем на частотах 100кГц, 500кГц, 1МГц, 2МГц, 5МГц и 10МГц, и на синусе/меандре/треугольнике.

При использовании аттенюатора можно видеть некоторую несимметричность и заметное искажение формы сигнала на частоте от примерно 5МГц и выше, вносимую явно самим аттенюатором.

Второй лот — высоковольтный щуп с делителем 100:1. Куплен тут за примерно $12.5. Область применения — аналогична, при этом данный щуп более безопасен и для осциллографа и для оператора. Кроме того, с его помощью можно работать например с импульсными блоками питания.

Что нам обещает продавец:
Specifications:
Band Width: 100MHz
Rise Time: 3.5ns
Attenuation Ratio: 100:1
Input Resistance: 100MΩ±2%
Input Capacitance: 6pF
Maximum Input: 2KV Working Voltage(Vp-p)
Compensation Range: 10pF-35pF
Operating Voltage: 0-50°C
Operating Humidity: 0-80%RH
Item Length: 15cm
Item Weight: 51g / 1.8oz
Package Size: 22 * 14 * 1cm / 8.7 * 5.5 * 0.4in
Package Weight: 79g / 2.8oz

Внешний вид:

Детальнее




Комплектуха:


Длина — от кончика до кончика 143см, что сопоставимо с комплектным. Внешний вид — тоже сопоставим. Комплектный слева, обозреваемый справа. Толщина провода тоже примерно одинакова, что наводит на странные мысли — ведь судя по подстроечнику в разъеме, делитель собран там, а значит все эти возможные измеряемые 2кВ пойдут по этому нетолстому кабелю… Ох сомнения что не прошибёт. Но я могу ошибаться. А вскрыть разъем к сожалению не представляется возможным.

Ну и проверим. Условия — те же что и с аттенюатором, то есть генератор FY6800, синус-меандр-треугольник, частоты 100/500/1000/2000/5000 кГц. Кроме того я добавил синус 20 и 40МГц

Подключаем

И погнали

Тут мы можем видеть, что со щупом 100:1 амплитуда сигнала не так сильно падает с повышением частоты.

В целом же сигнал со щупом ИМХО более корректный чем с аттенюатором. Но у него и параметры заявлены заметно лучше.

Все данные проверки были проведены в режиме переключателя на щупах х1. И меня не покидало ощущение, что что-то я делаю не так 😉 и таки да. В режиме х10 у «обычных» щупов полоса 100МГц, а в режиме х1 — всего 6МГц! И я хотел было переделывать весь обзор, но подумал — а пусть это будет наглядной иллюстрацией того, как можно лихо наколоться при измерениях, когда забыл всё чему учился. 😉

Переключаем щупы в режим x10 и на 10Мгц получаем уже гораздо более гораздую картинку:

А вот так — если один щуп в положении х1, а второй — х10. Впечатляет масштаб ошибки? 😉

Ну и перепроверим. Тут у нас 10МГц, 15МГц и 20МГц, В каждой паре 2 канал (зеленый, нижний) это «обычный» щуп в режиме х10, левая картинка — на первом канале стоит аттенюатор 20:1 и щуп х10, правая картинка — в 1 канале щуп 100:1

И как видим тут уже с аттенюатором сигнал не хуже чем со щупом 100:1, а может и даже немного лучше. Впрочем, тут уже скорее всего всё упирается в быстродействие самого осциллографа.

Подытоживая. Аттенюатор, насколько я понимаю, позиционируется в основном для наблюдения сигнала с первичной цепи системы зажигания. Там пара сотен вольт и довольно низкие частоты. И надо сказать, что справляется с этой задачей он отлично — проверено в деле (кстати, случайно подключенный к первичке осциллограф без аттенюатора тоже выжил). Щуп 100:1 — инструмент уже более высокого класса, и выбор между ними неоднозначен. Для работы на столе — я б, пожалуй, склонился именно к щупу, хотя он и дороже в полтора раза. С другой стороны, аттенюатор 20:1 может работать и с любыми другими щупами, например с имеющими крокодилы на концах, что в автодиагностике полезно. В целом — и то и другое работает, и то и другое вполне подойдёт для автомобильной диагностики, при этом щуп подойдёт и для радиолюбительства.

Щуп для осциллографа с делителем своими руками – схема

Теги статьи:Добавить тег

Щуп с делителем к “Хамелеону” своими руками

Автор: ELcat
Опубликовано 24.11.2011
Создано при помощи КотоРед.

Каждый Радиокот в той или иной мере имеет потребность в маленькой домашней радиолаборатории. И, естественно, маленьком, но функциональном арсенальчике радиоизмерительного оборудования. В нашей замечательной стране, давшей миру столько кулибиных, выдающихся учёных, деятелей и первооткрывателей, сегодня, к сожалению, таковых не потчуют. Цены на измерительное оборудование промышленного производства порой самые высокие в мире, а зарплаты. ну да вы сами знаете: “Кармашек у котёнка не больше напёрстка. ” Ну да и ладно, в нашем случае пара рук да голова на плечах – куда более ценное оборудование, изготовим сами. И огромная благодарность тем ребятам, которые порою на энергии чистого энтузиазма занимаются разработкой, комплектовкой и рассылкой наборов для самостоятельного изготовления такого оборудования. Именно об этом и пойдёт сегодня речь.

Завёлся в моей домашней лаборатории новый зверёк – Хамелеон D. Вещь чудесная, но без удобного и функционального хвостика-щупа – малопригодная. Для его изготовления нам потребуются:

– обычный щуп от китайского мультиметра,

– 0,5 метра какого-нибудь тонкого коаксиального СВЧ кабеля,

– разъём типа мини-джек 3,5мм “стерео”,

– тонкий контактный штырь от какого-нибудь совкового разъёма,

– кусочки термоусадочной трубки разных диаметров,

– “рассыпуха”, несколько резисторов МЛТ-0,125 2МОм, smd конденсаторы типоразмера 1206 номиналами единицы-десятки пикофарад.

А также паяльник, скальпель, пинцет, плоскогубцы, кусачки, тестер с возможностью измерения емкостей от единиц пикофарад и сопротивлений до 10МОм, пара не очень кривых рук и неудержимое желание чего-то “замутить”.

И так, приступим! Для начала нам потребуется подобрать тот самый подходящий СВЧ кабель. Как его подобрать? В первую очередь из имеющихся подбираем визуально по подходящему диаметру под наш щуп. Далее по сечению центральной жилы – чем она тоньше, тем лучше. Ну и в последнюю очередь по ёмкости между центральной жилой и оплёткой, опять же, чем меньше, тем лучше. Я нашёл в своих запасах кусочек вот такого кабеля от какого-то совкового СВЧ устройства.

Ёмкость 0,5 метрового куска составила около 30пФ. Лучше, думаю, могут быть параметры у кабелей внешних автомобильных GSM антенн(часто встречаются на “развалках” радиорынков). Идеальные параметры у кабелей высокочастотных щупов осциллографов. Там центральная жила вообще бывает в виде тончайшего стального волоска. Электрическое и волновое сопротивления, а также остальные параметры кабеля в данном случае нам мало интересны. Сразу подпаяем JACK 3,5мм, поскольку для дальнейших действий нам необходимо будет подключить кабель к осциллографу.

Теперь подготовим сам щуп. Аккуратно при помощи плоскогубцев вытягиваем из него штырь, разогреаем паяльником и очень аккуратно снимаем пластиковый цилиндрик (он нам пригодится). Далее вырезаем прямоугольное отверстие под микропереключатель. Должно получиться вот так:

Просверливаем сбоку отверстие, через которое пропустим “земляной” провод:

Теперь займёмся собственно делителем. У Хамелеона “D”версии входное сопротивление составляет 510кОм. Для реализации делителя напряжения на 10 нам необходимо увеличить это сопротивление в 10 раз 510кОм*10=5,1Мом. 510кОм у нас уже есть внутри самого осциллографа, поэтому в щупе нам потребуется 5,1МОм-510кОм=4,59МОм.

Для устойчивости к высокому входному напряжению это сопротивление лучше всего составить из двух приблизительно по 2,295МОм. Где же взять резисторы с таким причудливым номиналом? Наберитесь терпения, мы изготовим их самостоятельно. Точнее модернизируем имеющиеся МЛТ0,125 номиналом 2МОм. Накручиваем выводы резистора на щупы мультиметра, включаем мультиметр в режим измерения сопротивления и, неспеша, очень аккуратно, начинаем скальпелем соскабливать сначала эмаль, затем резистивный слой, всё время следя за показаниями мультиметра. Заканчиваем процесс, когда значение сопротивления станет равным 2,29-2,3 мегаома.

Второй резистор будем подгонять по чуть другой методике. Паяем его последовательно с подогнанным и ко входу осциллогафа. Подаём постоянное напряжение непосредственно на вход осциллографа, отмечаем показания. Далее выставляем чувствительность в 10 раз больше и подаём это же напряжение через резисторы (я для этого использовал стабилизированный источник 9В). Теперь так же не спеша и аккуратно скальпелем начинаем скоблить второй резистор. Заканчиваем процесс, когда луч опустится до нашей отметки.

Если со скоблением “переусердствовали”, берём “свеженький” резистор и начинаем скоблить заново. Я поначалу пытался тереть абразивной бумагой “нулёвкой” и испортил два резистора, поэтому настоятельно рекомендую скоблить только скальпелем – так процесс протекает более медленно и управляемо.

С делителем по постоянному напряжению разобрались. Теперь приступим к подбору реактивной составляющей делителя и компенсации влияния ёмкости кабеля. Для этого нам потребуется ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ СПЕЦИАЛЬНОЙ ФОРМЫ. Страшно? Ничего, у меня его тоже нету, но в нашем Хамелеоне есть импульсный преобразователь, который, как нельзя к стати, даст нам нужный сигнал 🙂 Для начала выведем этот сигнал, просто подпаяв кусочек лужёнки с обратной стороны платы Хамелеона на площадку, являющуюся общей для дросселя, диода Шоттки и стока полевого транзистора. Включаем Хамелеон и фиксируем размах сигнала.

Выставляем чувствительность по напряжению в десять раз большей, подпаиваем параллельно резисторам подстроечный конденсатор 4-30пФ и подпаиваем вход кабеля к нашему “паровозу”. Обязательно даём цепочке остыть перед началом подстройки, поскольку ёмкость керамических конденсаторов связана с температурой так называемым ТКЕ (температурным коэфициентом ёмкости), поэтому все манипуляции с конденсаторами мы должны выполнять, только предварительно дав им остыть. Аккуратно вращая диск конденсатора добиваемся показаний с тем же размахом.

Отпаиваем конденсатор, даём ему остыть до комнатной температуры и измеряем ёмкость. Умножаем её на два, поскольку мы составим её из двух последовательно включённых конденсаторов. У меня получилось 11-12пФ, соответственно взял два конденсатора по 22пФ. Теперь аккуратно скальпелем счищаем эмаль с выводных чашечек резисторов, лудим и паяем к ним конденсаторы.

Проверяем чего получилось.

Чес-слово валерьянку не пил! Но то ли подстроечнику не дал остыть, то ли 2х2 неправильно умножил, в общем итоге сильно промахнулся. Отпаял конденсаторы и поставил по 12пФ, далее после очередного измерения добавил к ним ещё по 3пФ впараллель.

Производим контрольную проверку нашего делителя. Сначала фиксируем размах сигнала без дополнительной цепочки,

затем выставляем в десять раз большую чувствительность и проверяем с подключенной цепочкой

Приступаем к сборке нашего щупа. Нанизываем на провода термоусадки, зачищаем провода (я использовал МГТФ) и проводим все пайки. Тщательно промываем нашу цепочку и места пайки спиртобензином или ацетоном, покрываем электропрочным нитролаком (рекомендую цапон-лаком, но за неимением такового покрыл прозрачным маникюрным).

Даём лаку высохнуть и покрываем повторно. После просушки продолжаем сборку. Пропускаем провода в щуп и выводим из нужных отверстий, усаживаем термоусадку на кабеле и аккуратно “затягиваем” нашу конструкцию внутрь корпуса щупа. Все неэкранированные провода должны быть как можно короче, дабы не ловить лишние сигналы и не вносить дополненительные ёмкости. Крайне аккуратно припаиваем переключатель так, чтобы флюс и паяльный материал не попали внутрь. Влажной в растворителе ваткой снимаем остатки флюса и аккуратно лакируем места пайки, следя чтобы лак не попал внутрь.

Садим переключатель в подготовленное для него отверстие.

Наконец дошло дело и до нашего пластмассового цилиндрика, стянутого по-горячему с родного штыря. Вставляем в него наш предварительно укороченный до нужной длины и заново заточенный штырь-контакт. Если он будет тоньше отверстия в цилиндрике (как и в моём случае), обожмите его слоем-двумя термоусадки так, чтобы он плотно вошёл в цилиндрик. Припаиваем и промываем.

Вставляем цилиндрик со штырём на место.

Осталось только надеть и обжать термоусадку на кабель и корпус щупа, и припаять разъём типа “крокодил” к земляному проводу. И. Вуаля.

Вот схема того, что у меня получилось.

В принципе, по описанной технологии можно подобрать делитель практически к любому измерительному прибору. Следует только помнить, что Z-характеристики, приведённые ко входу щупа, будут состоять из суммы таковых у самого щупа и прибора, к которому он подключён. Так, чем, меньшая ёмкость кабеля будет подобрана, тем меньшая суммарная ёмкость будет приведена к щупу измерительного прибора и тем меньшее влияние он будет вносить в исследуемую схему.

Радиолюбитель

Последние комментарии

  • Yota на Паяльная станция своими руками
  • Александр на Простой преобразователь напряжения 1,5 – 9 вольт
  • Алексей на Дневные ходовые огни из фар дальнего света на микроконтроллере PIC12F629
  • Roman на Высококачественный усилитель для наушников на микросхеме TDA2003
  • Сергей на КВ и УКВ: любительская радиосвязь

Радиодетали – почтой

Активный щуп для осциллографа

Активный щуп для осциллографа

Активный щуп для осциллографа – простая радиолюбительская конструкция, которая может работать с любым осциллографом

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ Радиолюбитель “

В этой статье мы рассмотрим очень нужную в практике радиолюбителя конструкцию – активный щуп для осциллографа.

Очень многим знакома ситуация, когда подключение осциллографа к настраиваемому устройству приводит к нарушению его режимов. Виной тому в первую очередь служат вносимые в исследуемую цепь емкость и сопротивление входа осциллографа. Большинство осциллографов, используемых радиолюбителями, имеют высокое входное сопротивление – 1 МОм и емкость входа 15-20 пФ. В сочетание с соединительным экранированным кабелем длиной около метра суммарная емкость возрастает до 100 и более пФ. Для устройств работающих на частоте более 100 кГц, такая емкость может оказать существенное влияние на результаты измерений. Для устранения этого недостатка радиолюбители пользуются или не экранированным проводом или активными щупами. Активный щуп, предлагаемый в этой статье, может работать с различными осциллографами, входное сопротивление которых может быть низким – 50 Ом или высоким – 1 МОм. Его коэффициент передачи 1 или 10. То есть он не только не ослабляет, но и усиливает сигнал. К достоинствам можно отнести и малые габариты. Таких параметров удалось добиться в результате применения быстродействующего операционного усилителя.

Верхняя рабочая частота не менее 100 МГц, входное сопротивление 15 МОм, входная емкость 1,7 пФ, входное напряжение до ± 13,5 вольт, потребляемый ток в отсутствии сигнала 6 мА. Следует особо отметить, что наличие режима усиления позволяет наблюдать на экране осциллографа с чувствительностью 10 мВ на деление входные сигналы с амплитудой 200…300 мкВ.

Большинство деталей щупа размещено на печатной плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Соединения между сторонами монтажа выполняют проводниками через отверстия в плате. Переключатели устанавливают на корпусе щупа, а конденсатор непосредственно на SA1.

Корпус щупа состоит из пластмассового корпуса 1 (от фломастера диаметром около 18 мм) который вставлен в металлический кожух 2. Внутри корпуса размещена плата 3, на нем укреплены переключатели SA1, SA2 (4 и 5), через дно выведены соединительный и питающие провода 6. Общий провод платы соединен с кожухом, а через отверстие в нем выведен провод для металлического штыря Х1 – 7. Все внутренние соединения надо делать проводом минимальной длины, а внешние – цепи питания и сигнала – соответственно экранированным и ВЧ кабелем. Так как в микросхеме один из двух усилителей не используется его входы (выводы 5 и 6) соединены с общим проводом.

Налаживание устройства сводится к установке требуемого коэффициента усиления, который при работе щупа с осциллографом с высоким входным сопротивлением устанавливают равным 10 на частоте 10 МГц подбором резистора R1 (при замкнутом SA1). Если щуп используется с осциллографом с низкоомным входом, часть выходного сигнала гасится на согласующем резисторе R5. Поэтому в схему вводят резистор R6 и подбирают его сопротивление (при разомкнутым SA1), устанавливают коэффициент передачи равный 1. При замкнутом SA1 (режим повышенной чувствительности) установку коэффициента усиления равного 10, производят подбором резистора R1.

В устройстве применены резисторы МЛТ, С2-10, С2-33, Р1-12, конденсаторы – С1-С3 серии КМ или другие малогабаритные (К10-17, К10-47), С4 и С5 группы К52 или аналогичные. Можно использовать широкополосные ОУ AD812AR, AD817AN, AD818AN той же фирмы, которые дешевле из-за меньшей полосы частот, но их применение приведет и к сокращению рабочих частот. Для питания щупа необходим двухполярный стабилизированный источник питания с выходным напряжением ± 12…15 вольт. Потребляемый ток щупа в процессе работы может достигать 100 мА.

SamsPcbGuide, часть 8: Как получить правильную осциллограмму

Наверно, все умеют пользоваться осциллографом. Это очень легко – цепляешь «крокодил» к земле, остриё щупа – в необходимую точку измерения, регулируешь масштаб по вертикальной и горизонтальной осям и получаешь временную развёртку напряжения в этой точке. Да, так можно делать, но только если учитывать ряд факторов, о которых пойдёт речь в этой статье. А если не учитывать, то есть вероятность, что полученное на экране осциллографа изображение – бесполезная картинка. И чем меньше его стоимость, тем это более вероятно.

Сразу скажу, что в статье не рассматривается интерфейс управления и возможности типового электронного осциллографа – это относительно несложно и можно найти, например, здесь. Я пишу только о том, что не так просто найти, но легко потерять, особенно на русском языке. При прочтении потребуется знание основных положений теории сигнальных линий, почитать, например, можно в одной из моих предыдущих публикаций.

Я думаю, распространённый сценарий использования осциллографа в цикле разработки печатной платы следующий: если плата не заработала (КЗ, микросхема перегревается, микроконтроллер не прошивается, команды управления не проходят и т.п.), начинаем искать проблему, взяв щуп осциллографа в руки, а если заработала – то и хорошо (рис. 1).

При этом, если разработчик изделия это не радиолюбитель, который все указанные функции выполняет сам, то количество итераций даже до условного «успеха», который заключается в функционировании изделия может возрасти. Поэтому в случае разделения функций, как в случае разработки в рамках организации, разработчику желательно если не самому собирать и отлаживать первые образцы изделий, то, по крайней мере, присутствовать на производстве с целью анализа технологичности разработки.

По моему опыту работы, для первых образцов изделий гораздо более эффективной является поблочная сборка, начиная с подсистемы питания, с контролем электрических параметров подсистем (рис. 2).

При таком подходе сужается область поиска неисправности, так как она может возникать только во вновь собранном блоке или при взаимодействии этого блока с уже проверенными. Контроль электрических параметров гарантирует то, что изделие не просто корректно функционирует, а что все или основные электрические сигналы соответствуют ожидаемому поведению. В таком случае «успех» уже более основательный, и можно переходить к полному циклу испытаний при требуемых внешних воздействиях.

Вернёмся к использованию осциллографов. При описании их места в разработке печатных плат был неявно сформулирован важный принцип измерений (и измерений с помощью осциллографа в частности), о котором часто в своих лекциях говорит Эрик Богатин.

До момента измерения необходимо иметь представление о его ожидаемом результате. В случае совпадения ожиданий и реальности можно говорить о правильной модели процесса, в случае значительного несовпадения – либо о необходимости перепроверки ожидаемых параметров (получаемых с помощью прямых аналитических расчётов, результатов моделирования или на основании опыта), либо о некорректном измерении, либо о некорректном функционировании изделия.

В контексте темы публикации стоит обратить внимание на вариант некорректного измерения. При измерениях с помощью осциллографа как нигде ещё применим «эффект наблюдателя» из квантовой физики, когда наличие наблюдателя влияет на наблюдаемый процесс. На экране осциллографе можно такое пронаблюдать, что к реальности не будет иметь никакого отношения. Разбираемся, как это не допустить.

Начнём с формулировки идеального конечного результата: пронаблюдать на экране осциллографа временную развёртку напряжения в определённой точке сигнальной линии в заданный момент времени без внесения искажений. Пускай имеется идеальный быстродействующий осциллограф с бесконечной полосой пропускания, обеспечивающий аналого-цифровое преобразование с требуемым уровнем разрешения. Тогда для решения задачи потребуется передача сигнала от точки на печатной плате до коаксиального входа осциллографа, удовлетворяющая следующим условиям:

  1. Обеспечивается стабильный механический контакт с нулевым контактным сопротивлением в точках контакта. Их две, обе равнозначные: одна обеспечивает путь для прямого тока, другая – для возвратного.
  2. Сформированная сигнальная линия не должна нагружать измеряемую сигнальную цепь, то есть должна иметь бесконечный импеданс.
  3. Сформированная сигнальная линия не должна вносить искажений в измеряемый сигнал, то есть должна иметь плоскую передаточную функцию в бесконечной полосе частот и линейную фазовую характеристику.
  4. Сформированная сигнальная линия не должна вносить собственных помех в измеряемый сигнал, а также должна быть идеально защищена от внешних помех.

Конечно, в общем случаев эти условия не реализуемы, однако формулировка идеального конечного результата полезна при анализе задачи. Она, в частности, даёт понимание того, что реальная измерительная система имеет ограничения, сужающие область достоверных измерений.

На рис. 3 изображена эквивалентная схема измерительной цепи с использованием наиболее распространённого типа щупа «1X/10X», который в большинстве случаев входит с стандартный комплект осциллографа.

1. Это линия с потерями, т.е. кабель спроектирован таким образом, чтобы ослабить высокочастотные отражения, возникающие в связи с несогласованностью измерительной сигнальной линии.

15 пФ, а подстройка осуществляется конденсатором CEQ2. Индуктивность LP – это индуктивность петли возвратного тока.

С учётом сказанного выше можно получить рабочую модель измерительной цепи осциллографа для положений переключателя «10X» и «1X». Численные значения параметров должны браться из документации на соответствующие щупы и осциллографы. При этом, скорее всего, параметры различных производителей не должны значительно отличаться для заданной полосы пропускания. В представленных на рис. 6 и 7 моделях LTSpice использовались данные на осциллограф TDS2024B и щуп P2200.

Важно понимать, что эти модели являются упрощёнными и не учитывают всех паразитных параметров, поэтому точных значений полосы пропускания они не дают. Однако они дают качественное представление о влиянии тех или иных параметров при измерении. Например, первые результаты, на которые стоит обратить внимание это то, что:

1. Полоса пропускания щупа в режиме «1X» более чем на порядок меньше, чем в режиме «10X» и составляет порядка 6…8 МГц. Это соответствует минимальной измеримой длительности фронта сигнала tR = 0,35 / BWPROBE

45…55 нс. Преимуществом режима «1X» является увеличенное на 20 дБ отношение сигнал/шум, так как при том же уровне помех измерительной системы сигнал на входе осциллографа больше в 10 раз.

2. Увеличение индуктивности петли возвратного тока снижает полосу пропускания. Именно поэтому при измерении высокочастотных сигналов для обеспечения возвратного тока рекомендуется использовать не «крокодил» с индуктивностью

200 нГн, а специальную насадку на щуп, на порядок снижающую значение индуктивности (рис. 8).

3. Влияние подстроечного конденсатора в режиме «10X» на передаточную функцию нарастает, начиная с частот 200…300 Гц, до максимума на частотах в 2…3 кГц. Именно поэтому в качестве калибровочного сигнала на осциллографах обычно используется сигнал с тактовой частотой 1 кГц, фронты которого искажаются при подстройке (рис. 9). Полезная привычка – выполнять подстройку как при смене щупа или канала осциллографа, так и периодически перед проведением измерений.

Помимо электрических характеристик щупа и входной цепи осциллографа в модель на рис. 3 как параметры входят следующие величины: напряжение источника сигнала – его спектр, выходное сопротивление источника RS, импеданс сигнальной линии Z, импеданс нагрузки ZLOAD – именно импеданс, с учётом емкостной составляющей. Эти и другие параметры представлены в таблице 1, именно они определяют достоверность результатов измерения. Основной критерий заключается в том, чтобы исследуемая часть спектральной полосы сигнала входила в полосу пропускания системы «щуп + осциллограф», при этом амплитуда сигнала не превышала допустимых значений (это особенно важно в случае, когда входное сопротивление осциллографа составляет 50 Ом). Остальное: захват сигнала и измерение его параметров – дело техники.

Последний момент, на котором хочется остановиться – это полоса пропускания системы «щуп + осциллограф». Тут стоит избегать заблуждения, заключающегося в том, что если взять осциллограф и щуп с полосой пропускания 150 МГц, то полоса пропускания измерительной системы будет 150 МГц (это так только при наличии программной компенсации). Кроме того, тот факт, что на щупе «написано» 150 МГц, не всегда означает, что это реальные 150 МГц. Поэтому рекомендую с помощью генератора синусоидального сигнала экспериментально исследовать полосу пропускания. Частота, на которой амплитуда сигнала уменьшиться до 0,707 от значения на низких частотах, это и будет нужное значение. При этом стоит обратить внимание на то, есть ли локальные максимумы в передаточной функции. Я это проделал с помощью генератора Г4-107 для нескольких измерительных систем, при этом использовалось соединение с помощью «пружинки» (рис. 10). Перед каждым измерением выполнялась компенсация, при этом всегда приходилось делать подстройку, хоть и небольшую. Также проводились измерения без щупа с помощью короткого 50-омного коаксиального BNC-кабеля. Результаты представлены в таблице 2. Удивил щуп PP510 с заявленной полосой в 100 МГц.

В общем, если подводить итог, то хочется сказать, что следует внимательно относиться к измерениям с помощью осциллографа, и в качестве опоры использовать корреляцию между ожидаемыми и полученными результатами. Что касается области более высоких частот, то для измерения сигналов, полоса пропускания которых превышает 500 МГц, пассивные щупы типа «1X/10X» не применимы. Для этого используют прямое коаксиальное соединение при 50-омном входе осциллографа или активные щупы, ещё больше минимизируют индуктивность соединения (в т. ч. за счёт использование паяных соединений, размещения на плате миниатюрных коаксиальных разъёмов и т.п.). Тема очень широкая – есть изолированные осциллографы, изолированные щупы, дифференциальные и специализированные щупы, но всё это уже отдельный разговор, выходящий за рамки данной статьи.

Этот материал прежде нигде не публиковался, жду обратной связи. После этого статья, возможно, в чуть более подробном виде, вместе с материалом по высоковольтной изоляции войдёт в качестве приложения в полную версию книги в обновлённом релизе. Точных измерений, народ!

Читайте также:  Электронный термометр своими руками
Ссылка на основную публикацию