Перейти к содержанию

Почему осциллограф показывает синусоиду 50 Гц, когда щуп ни к чему не подключён?

Обновлено Редакция GAW

Вход осциллографа с щупом — это очень большое сопротивление: по Tektronix у щупа 1X обычно 1 МОм, у 10X — 10 МОм. Пока наконечник висит в воздухе, напряжение на нём задаёт не источник, а случайные ёмкостные связи — прежде всего с сетевой проводкой, которая создаёт вокруг себя электрическое поле частотой 50 Гц.

Сколько может навестись

Наш расчёт с условной ёмкостью 1 пФ между наконечником и проводом под 230 В — она образует делитель с входом щупа 10X:

ВеличинаРасчётЗначение
Сопротивление ёмкости 1 пФ на 50 Гц1 / (2π · 50 · 10⁻¹²)около 3,2 ГОм
Вход щупа 10Xпо Tektronix10 МОм
Напряжение на входе230 · 10 МОм / 3,2 ГОмоколо 0,7 В

Доли пикофарада, которые есть у любого куска провода рядом с проводкой, дают на экране сотни милливольт синусоиды — того же происхождения, что и «фантомное» напряжение мультиметра.

Как отличить наводку от сигнала

Проверка (приёмы Tektronix)Что значит результат
Замкнуть наконечник на свой зажим землисинусоида пропала — наводка шла на свободный вход (наш вывод; Tektronix использует такую петлю для поиска наводок)
Подвигать провод земли щупауровень меняется — шум наводится на провод земли
Провести петлёй «наконечник — земля» над платойтак находят места сильного излучения
Шум 50 Гц есть и на подключённой схемевозможна петля земли между приборами

Короткий провод земли собирает меньше наводок — та же причина объясняет звон на фронтах. Перед точными измерениями щуп 10X ещё и компенсируют — см. ответ «Как откалибровать щуп осциллографа», а помехи, общие для обоих проводов, описывает статья «Синфазная и дифференциальная помеха».

Похожие вопросы

Почему наводка растёт, если взять щуп в руку?

Тело человека само связано ёмкостью с проводкой и становится частью антенны, а касание наконечника добавляет эту связь прямо ко входу. Наш вывод: поэтому амплитуда «сигнала» меняется от прикосновения и положения руки — так же, как у мультиметра на отключённом проводе.

А если наводка есть и на подключённой схеме?

Tektronix советует проверить, откуда она: подвигать провод земли щупа — если уровень меняется, шум наводится на провод земли. Если шум сетевой частоты, причиной может быть петля земли между осциллографом и схемой; помогает питание обоих от одной розетки и кабели щупов вдали от силовых проводов.

Станет ли меньше наводка, если переключить щуп на 1X?

Наш расчёт: да, примерно вдесятеро — вход 1X по Tektronix около 1 МОм против 10 МОм у 10X, и тот же делитель с паразитной ёмкостью даёт в 10 раз меньше напряжения. Но полоса у 1X уже — в примере Tektronix 10 МГц против 100 и 400 МГц у щупов 10X, — поэтому ради этого его не выбирают.

Источники

  1. Tektronix. ABCs of Probes, Primer (60W-6053-15, 03/2021) — гл. 1: входное сопротивление щупов 1X — обычно 1 МОм, 10X — 10 МОм (табл. 1.1: P6101B 1X — 1 МОм, 100 пФ; P6109B 10X — 10 МОм, 13 пФ); рис. 4.9: щупы 400 и 100 МГц 10X и 10 МГц 1X; гл. 6, Noise: наводки через петлю земли часто имеют частоту сети 50 или 60 Гц; помогают общие розетки для осциллографа и схемы, кабели щупов вдали от силовых проводов, разделительный трансформатор, изолирующий усилитель, дифференциальный щуп; нельзя отключать защитное заземление; проверка — подвигать провод земли или замкнуть наконечник на зажим земли и провести этой петлёй над платой; короткий провод земли собирает меньше наводок
  2. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. II — AC, 6th ed. (2021), гл. 4.2, CC BY — реактивное сопротивление ёмкости XC = 1/(2πfC): малая ёмкость на 50 Гц — очень большое сопротивление

Нашли ошибку?

Смотрите также