Kebisingan probe osiloskop
Saya mencoba mengukur sinyal DC dalam kisaran mV.
Di bawah ini adalah bentuk gelombang yang saya dapatkan setelah saya menghubungkan osiloskop ke probe dan tanpa menghubungkannya ke apa pun:
Saya mendapatkan riak seperti bentuk gelombang 50mV dari puncak ke puncak. Mengapa dan dari mana saya mendapatkan kebisingan riak puncak 50mV yang tidak diinginkan ini bahkan ketika teropong dan probe tidak terhubung ke apa pun?
Mengapa ada kebisingan ini dan bagaimana cara menghilangkan riak kebisingan ini untuk pengukuran yang tepat dan akurat?
Jawaban
Mengapa dan dari mana saya mendapatkan riak puncak 50mV yang tidak diinginkan ini
Mulailah dengan memikirkan 220 volt (jika itu adalah suplai AC Anda yang berjalan di gedung Anda). Karena ini berjalan dalam dua kabel di mana satu pada dasarnya dibumikan (0 volt), tegangan medan dekat bersih adalah 50% atau 110 volt dan medan itu menyebar dan berkurang nilainya semakin jauh Anda dari kabel. Tetapi, kami juga dapat mengatakan bahwa ujung pada probe ruang lingkup Anda secara kapasitif digabungkan ke 110 volt melalui kapasitansi tetapi, berapa banyak kapasitansi.
Saya belum menghitung ini sebelumnya, jadi saya juga tertarik dengan kemungkinannya.
Sepertinya o-scope Anda menunjukkan sekitar 40 mVp-p dan pasti pada 50 Hz: -
Ini adalah amplitudo RMS sekitar 14 mV.
Ini berarti jika probe o-scope Anda 10 Mohm maka ia menerima arus 1,4 nA RMS. Arus itu mengalir melalui kapasitansi yang ada di antara kabel dinding dan ujung probe Anda. Jadi, hitung reaktansi kapasitifnya: -
$$X_C = \dfrac{\text{voltage}}{\text{current}} = \dfrac{110 \text{ volts} - 14 \text{ mV}}{1.4 \text{nA}} = 78.57 \text{ Gohm}$$
Berapa kapasitansi itu: -
$$C = \dfrac{1}{2\pi f X_C} = 0.04\text{ pF}$$
Jadi, jika Anda memiliki suplai tegangan 110 volt (dan 50 Hz) memberi makan resistor 10 Mohm melalui kapasitor 0,04 pF, Anda akan melihat 14 mV RMS (40 voltp-p) melintasi resistor 10 Mohm.
Jika impedansi masukan lingkup Anda adalah 1 Mohm maka arus yang mengalir ke ujung probe Anda adalah 14 nA. Efek knock-on adalah kapasitansi antara kabel dinding dan ujung probe akan sepuluh kali lebih tinggi pada 0,4 pF.
Jika Anda benar-benar menginginkan jawaban yang lebih akurat, Anda harus memodelkan / memfaktorkan kapasitansi ujung probe ke ground - ini sejajar dengan impedansi resistif Anda 10 atau 1 Mohm. Mungkin di ranah 10 pF dan segera Anda dapat membayangkan bahwa ini membentuk attenuator ekstra serius dengan perkiraan sebelumnya 0,4 pF sekitar 25: 1. Pada titik ini, jika saya benar-benar ingin mengetahui nilai kapasitif antara kabel dinding dan ujung o-scope, saya akan menyambungkan rangkaian ke simulator dan mengambil rute malas.
Jawaban singkat - itu beberapa pF.
Mengapa ada kebisingan ini dan bagaimana cara menghilangkan riak kebisingan ini untuk pengukuran yang tepat dan akurat?
Setelah Anda menghubungkan probe Anda ke node rangkaian nyata, impedansinya turun secara besar-besaran dan Anda tidak akan melihat efek ini.
Seperti yang dihitung Andy, ada aksi pembagi tegangan antara kabel daya dinding, dan ujung probe.
Tempatkan sepotong logam datar di bawah probe Anda, cukup besar untuk memaksa flux_lines medan listrik tiba secara ortogonal ke permukaan logam.
Arahkan potongan logam ini ke sasis teropong (untuk hal ini untuk skop biasanya terdapat terminal logam polos).
Hal ini memungkinkan logam datar untuk secara maksimal mengumpulkan (hampir semua) arus perpindahan medan listrik, dan agak mengurangi arus perpindahan scope_probe.
Ada beberapa koefisien natural_log yang terlibat di sini. Periksa matematika pada sambungan kawat / kawat, sambungan pelat / kawat, sambungan pelat / pelat. Meskipun trigolitik trigonometri muncul dalam persamaan, Anda dapat mengubahnya menjadi natural_log yang setara, memungkinkan penalaran kausalitas yang lebih mudah versus bentuk / kerataan / kebulatan.