Компенсация щупа осциллографа
Новый щуп 10X подключили к осциллографу — и меандр с калибровочного вывода вышел с горбами или заваленными углами. Это не неисправность: щуп нужно подстроить под конкретный вход. Процедура занимает минуту, а без неё искажаются и амплитуды, и фронты.
Обновлено Редакция GAW
Компенсация щупа (probe compensation) — подстройка ёмкости щупа-делителя 10X или 100X под входную ёмкость конкретного осциллографа, чтобы щуп делил сигнал одинаково на низких и высоких частотах. Для этого у пассивного щупа 10X есть подстроечный конденсатор — в наконечнике или в коробочке у разъёма.
Зачем она нужна
Щуп 10X — делитель: резистор около 9 МОм в наконечнике и вход осциллографа 1 МОм. Параллельно входу всегда есть ёмкость — у осциллографа единицы десятков пикофарад плюс ёмкость кабеля. Без конденсатора в наконечнике она вместе с 9 МОм образовала бы фильтр нижних частот с огромной постоянной времени. Конденсатор в наконечнике создаёт параллельный ёмкостный делитель. Деление не зависит от частоты, когда постоянные времени обоих плеч равны:
Это условие следует из схемы делителя (наш вывод): например, при суммарной ёмкости со стороны осциллографа 90 пФ в наконечнике нужно 10 пФ. Входная ёмкость у разных осциллографов разная, поэтому её подстраивают под прибор. Диапазон подстройки указывают в паспорте щупа: у Multicomp Pro MP770208 — 5–30 пФ, и вход осциллографа должен в него попадать.
Как настраивают
- Подключить щуп к каналу и выставить множитель 10X.
- Наконечник — на калибровочный вывод с меандром (обычно 1 кГц), землю щупа — на земляной вывод.
- Немагнитной отвёрткой вращать подстроечный конденсатор, пока вершины меандра не станут плоскими.
- Если у осциллографа есть встроенная калибровка канала, запустить её.
Меандр выбран потому, что в нём есть и низкие, и высокие частоты: плоская вершина показывает низкочастотное деление, фронт — высокочастотное.
| Вид меандра | Что это значит |
|---|---|
| Выброс после фронта, затем спад | перекомпенсирован: высокие частоты проходят сильнее |
| Заваленный угол, медленный подъём | недокомпенсирован: высокие частоты ослаблены |
| Прямые углы, плоские вершины | компенсирован правильно |
Некомпенсированный щуп искажает амплитуду и время нарастания, причём ошибка растёт с частотой. Щупы 1X компенсации не требуют — у них нет делителя, зато и полоса узкая; почему, разбирает термин «Полоса пропускания осциллографа».
Не путать с калибровкой осциллографа — сверкой прибора с эталоном в лаборатории; компенсацию щупа пользователь делает сам при каждом подключении.
Частые вопросы
Почему щуп 10X нужно подстраивать, а 1X — нет?
Щуп 10X — делитель из резистора около 9 МОм в наконечнике и входа осциллографа 1 МОм, и делить на всех частотах одинаково он будет, только если ёмкость в наконечнике согласована с ёмкостью входа и кабеля. Входная ёмкость у осциллографов разная, поэтому её подстраивают. У щупа 1X делителя нет — подстраивать нечего, но и полоса у него узкая.
Что значит перекомпенсирован и недокомпенсирован?
Перекомпенсированный щуп пропускает высокие частоты сильнее низких: после каждого фронта виден выброс, который затем спадает. Недокомпенсированный — наоборот: углы меандра завалены, фронт нарастает медленно. В обоих случаях искажены и амплитуда, и время нарастания.
Нужно ли компенсировать щуп заново?
Да — при переносе на другой осциллограф, потому что входная ёмкость у приборов разная, перед важными измерениями и после смены насадок на наконечник. Переход между каналами одного осциллографа, по R&S, обычно не требует подстройки, но Tektronix советует проверять компенсацию часто.
Источники
- Tektronix. ABCs of Probes, Primer, 60W-6053-15 (03/2021) — с. 11: многие щупы, особенно 10X и 100X, имеют цепь компенсации; её подстраивают под конкретный канал: щуп на калибровочный вывод, немагнитная отвёртка, добиться плоских вершин без выброса и завала, затем встроенная калибровка осциллографа, если есть; некомпенсированный щуп искажает особенно фронты, проверять при каждом подключении; рис. 1.11 — перекомпенсирован, недокомпенсирован, правильно; с. 12: проверять компенсацию при смене насадок; с. 15: ёмкость щупа должна совпадать с входной ёмкостью осциллографа, это возможно, если она в диапазоне компенсации щупа; с. 41: сильно перекомпенсированный щуп даёт пики сразу после фронтов, рис. 5.2; с. 43: для 10X и 100X ёмкость задаётся диапазоном компенсации
- Rohde & Schwarz. Understanding probe compensation (R&S Essentials) — входная ёмкость осциллографа — обычно единицы десятков пикофарад, на переменном токе работает как фильтр нижних частот; компенсация — подстройка соотношения ёмкостей щупа и входа; ошибки: неверная амплитуда даже на низких частотах и искажение фронтов; компенсировать перед первым использованием, перед важными измерениями и при переносе на другой осциллограф, переход между каналами одного прибора обычно не требует; встроенный меандр обычно 1000 Гц; перекомпенсация — выброс на переднем фронте, недокомпенсация — завал; меандр выбран потому, что содержит и низкие, и высокие частоты
- Multicomp Pro. MP770208 Voltage Probe, Passive, 60MHz, 600V, 10:1 — datasheet V1.0 (13/05/22) — диапазон компенсации 5–30 пФ (10×)
Нашли ошибку?