Перейти к содержанию

Щуп осциллографа: 1X и 10X

Щуп — не просто провод от схемы к осциллографу. Он нагружает измеряемую цепь, ограничивает полосу и может делить сигнал в десять раз. От того, какой щуп и как подключён, зависит, увидите вы настоящий сигнал или артефакты измерения.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Щуп осциллографа (oscilloscope probe) — кабель с наконечником, который передаёт напряжение из точки схемы на вход осциллографа. Самый распространённый — пассивный щуп без питания и усилителей. Он бывает 1X (без ослабления) и 10X — делитель, который уменьшает сигнал в десять раз; встречаются и переключаемые щупы 1X/10X.

Чем отличаются 1X и 10X

Параметр1X10X
Входное сопротивление (Tektronix, Multicomp Pro)1 МОм10 МОм
Ёмкость наконечникаоколо 100 пФ (P6101B), 85–115 пФ (MP770208)8–13 пФ (P6139A, P6109B), 14,5–17,5 пФ (MP770208)
Полоса системы, MP7702086 МГц60 МГц
Диапазон размахов при 1 мВ…10 В/дел, 8 делений (сигнал не меньше 4 делений)4 мВ…40 В40 мВ…400 В, но не выше паспортного предела щупа
Предельное напряжение, MP770208< 200 В пик< 600 В пик

Щуп 10X устроен как делитель: резистор около 9 МОм в наконечнике и вход осциллографа 1 МОм. Поэтому он в десять раз меньше нагружает цепь по постоянному току, а делитель уменьшает и видимую из схемы ёмкость. Чтобы деление было одинаковым на всех частотах, ёмкость в наконечнике подстраивают под вход осциллографа — это компенсация щупа. В положении 1X ёмкость кабеля и входа ничем не скомпенсирована и работает как фильтр нижних частот — отсюда узкая полоса.

Нагрузка на схему

На низких частотах щуп 10 МОм почти незаметен, но на высоких главное — ёмкость наконечника. Её реактивное сопротивление 1/(2πfC) падает с частотой: 13 пФ на 10 МГц — около 1,2 кОм, а 100 пФ щупа 1X — около 160 Ом (наш расчёт). Высокоомный узел такой щуп заметно нагружает и замедляет его фронты. Подробнее о том, как прибор искажает измеряемое напряжение, — в термине «Входное сопротивление».

Земля и провода

Провод земли щупа — индуктивность, которая с ёмкостью щупа даёт звон на фронтах. Даже два дюйма провода, припаянного к точке измерения, по опыту Tektronix увеличили видимое время нарастания с 4,74 до 5,67 нс. Поэтому берут самый короткий провод земли из комплекта, а для ответственных точек Tektronix советует заранее ставить на плату адаптер под наконечник щупа с короткой землёй. Сколько полосы нужно и как щуп её ограничивает, разбирает термин «Полоса пропускания осциллографа».

Не путать со щупами мультиметра — это просто провода, без делителя и согласования с входом прибора.

Частые вопросы

Что значит 10X на щупе осциллографа?

Щуп делит сигнал в десять раз: в наконечнике стоит резистор около 9 МОм, который вместе с входом осциллографа 1 МОм образует делитель 10:1. Осциллограф должен знать об этом множителе — либо распознаёт щуп сам, либо его выставляют в меню канала. Иначе все амплитуды окажутся в 10 раз меньше настоящих.

Когда ставить переключатель щупа в положение 1X?

Только для слабых медленных сигналов — до долей вольта размаха. В положении 1X щуп не ослабляет сигнал, но нагружает цепь сопротивлением 1 МОм и ёмкостью около 100 пФ, а полоса падает до единиц мегагерц: у Multicomp Pro MP770208 — 6 МГц против 60 МГц в положении 10X. Для цифровых сигналов и фронтов всегда 10X.

Зачем короткий провод земли?

Провод земли — это индуктивность, которая вместе с ёмкостью щупа образует колебательный контур. На быстрых фронтах он звенит, и звон легко принять за проблему схемы. Tektronix советует пользоваться самым коротким проводом земли из комплекта и не удлинять его, а для ответственных измерений — ставить на плату адаптер под наконечник щупа: его корпус касается кольца земли прямо у кончика.

Источники

  1. Tektronix. ABCs of Probes, Primer, 60W-6053-15 (03/2021) — с. 9: при типичной чувствительности 1 мВ…10 В/дел, восьми делениях и сигнале не меньше четырёх делений диапазон с щупом 1X — 4 мВ…40 В, с 10X — 40 мВ…400 В; для большинства задач предпочтительны щупы 10X — шире диапазон и меньше нагрузка; с. 10: щупы 1X обычно 1 МОм, 10X — 10 МОм; главная нагрузка на высоких частотах — ёмкость наконечника, табл. 1.1: P6101B 1X 1 МОм 100 пФ, P6109B 10X 10 МОм 13 пФ, P6139A 10X 10 МОм 8 пФ; индуктивность провода земли вместе с ёмкостью щупа даёт звон; с. 12–13: даже 2 дюйма провода у наконечника меняют время нарастания с 4,74 до 5,67 нс, длинный провод земли даёт звон; с. 37: самый короткий путь земли — адаптер на плате под наконечник щупа; с. 15: если осциллограф не учёл множитель 10X, амплитуда будет в 10 раз меньше; 10X-щуп для входа 1 МОм имеет 10 МОм; с. 16: переключаемый щуп 1X/10X — по сути два разных щупа; с. 42: множитель получают резистивным делителем, делитель уменьшает и видимую ёмкость наконечника; с. 43: при длительности импульса меньше пяти постоянных RC щупа искажается амплитуда
  2. Rohde & Schwarz. Understanding passive oscilloscope probes (R&S Essentials) — 1x — без ослабления, для сигналов меньше 1 В размаха, полоса низкая, потому что входная ёмкость осциллографа работает как фильтр нижних частот; 10x — обычно резистор 9 МОм в наконечнике, входное сопротивление в 10 раз выше, ёмкость в наконечнике компенсирует входную ёмкость осциллографа; переключаемые щупы и автоматическое распознавание множителя по контакту на разъёме
  3. Multicomp Pro. MP770208 Voltage Probe, Passive, 60MHz, 600V, 10:1 — datasheet V1.0 (13/05/22) — входное сопротивление 1 МОм (1×) и 10 МОм (10×); ёмкость 85–115 пФ (1×) и 14,5–17,5 пФ (10×); полоса системы 6 МГц (1×) и 60 МГц (10×); диапазон компенсации 5–30 пФ; предельное напряжение < 200 В пик (1×) и < 600 В пик (10×)

Нашли ошибку?

Смотрите также