Дифференциальный щуп

Где нужен

Tektronix приводит примеры дифференциальных сигналов: напряжение на резисторе нагрузки в коллекторе, сигнал канала чтения жёсткого диска, многофазные силовые сети — везде, где сигнал «плавает» над землёй (с. 17, рис. 2.3). Обычный щуп осциллографа для этого не годится: его провод земли соединён с корпусом прибора и защитным заземлением, и подключить его к незаземлённой точке значит замкнуть её на землю. Такие случаи разбирает термин «Плавающее измерение».

Почему не два щупа и A−B

Разность можно получить и математикой осциллографа: два щупа к двум точкам, канал A минус канал B. Tektronix называет этот способ распространённым, но обычно наименее желательным и указывает два недостатка (с. 18):

• разные задержки двух щупов и каналов дают перекос по времени, и на быстрых сигналах разность получается с ошибками амплитуды и времени — нужны согласованные щупы;
• подавление синфазного напряжения у пары каналов с ростом частоты быстро падает, и сигнал выглядит шумнее, чем он есть.

В RIGOL MSO1000Z/DS1000Z это операция A−B меню MATH: она вычитает значения канала B из значений канала A точка за точкой (руководство UGA19111-1110, с. 6-3). Земли обоих щупов при этом соединены с землёй прибора, и RIGOL в мерах безопасности требует подключать землю щупа только к земле, а не к высокому напряжению.

Дифференциальный щуп вычитает сигналы прямо у точки измерения, поэтому коэффициент ослабления синфазного сигнала у него выше и держится в более широком диапазоне частот. В примере Tektronix щуп с полосой 1 ГГц даёт CMRR 60 дБ (1000:1) на 1 МГц и 30 дБ (32:1) на 1 ГГц. Синфазное напряжение — то, что одинаково на обоих входах, — объясняет термин «Синфазное напряжение».

Что смотреть при выборе

Полосу, CMRR на нужной частоте и допустимые напряжения — дифференциальное и синфазное (наш перечень; Tektronix называет полосу и CMRR главными параметрами и для изоляторов щупа). Для очень малых сигналов подходят активные щупы с малой ёмкостью — см. термин «Активный щуп».