Rumore della sonda dell'oscilloscopio
Sto cercando di misurare un segnale DC nella gamma mV.
Di seguito è riportata la forma d'onda che ottengo dopo aver collegato l'oscilloscopio alla sua sonda e senza collegarlo a nulla:
Ricevo un'increspatura come una forma d'onda di 50 mV da picco a picco. Perché e da dove ottengo questo rumore di ripple da picco a picco di 50 mV indesiderato anche quando l'oscilloscopio e la sua sonda non sono collegati a nulla?
Perché c'è questo rumore e come eliminare questo ripple di rumore per misurazioni corrette e accurate?
Risposte
Perché e da dove ottengo questo ripple indesiderato da picco a picco di 50 mV
Inizia pensando a 220 volt (se questa è la tua alimentazione CA in esecuzione nel tuo edificio). Poiché funziona in due fili dove uno è fondamentalmente a terra (0 volt), la tensione netta del campo vicino è del 50% o 110 volt e quel campo si disperde e si riduce di valore quanto più ci si allontana dal cablaggio. Ma possiamo anche dire che la punta della sonda dell'oscilloscopio è accoppiata capacitivamente ai 110 volt tramite capacità, ma quanta capacità.
Non l'ho calcolato prima, quindi sono anche interessato a cosa potrebbe essere.
Sembra che il tuo o-scope mostri circa 40 mVp-p ed è decisamente a 50 Hz: -
Questa è un'ampiezza RMS di circa 14 mV.
Ciò significa che se la sonda o-scope è di 10 Mohm, riceverà una corrente di 1,4 nA RMS. Quella corrente scorre attraverso la capacità esistente tra il cablaggio a muro e la punta della sonda. Quindi, calcola la reattanza capacitiva: -
$$X_C = \dfrac{\text{voltage}}{\text{current}} = \dfrac{110 \text{ volts} - 14 \text{ mV}}{1.4 \text{nA}} = 78.57 \text{ Gohm}$$
Quanta capacità è quella: -
$$C = \dfrac{1}{2\pi f X_C} = 0.04\text{ pF}$$
Quindi, se hai una tensione di alimentazione di 110 volt (e 50 Hz) che alimenta un resistore da 10 Mohm tramite un condensatore da 0,04 pF, vedresti 14 mV RMS (40 voltsp-p) attraverso il resistore da 10 Mohm.
Se l'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio è di 1 Mohm, la corrente che fluisce nella punta della sonda è di 14 nA. L'effetto a catena è che la capacità tra il cablaggio a parete e la punta della sonda sarà dieci volte superiore a 0,4 pF.
Se vuoi davvero una risposta più precisa, dovresti modellare / fattorizzare la capacità della punta della sonda a terra - questo è in parallelo con la tua impedenza resistiva di 10 o 1 Mohm. Potrebbe essere nel regno di 10 pF e immediatamente puoi immaginare che questo forma un serio attenuatore extra con lo 0,4 pF previsto in precedenza di circa 25: 1. A questo punto, se volessi davvero conoscere il valore capacitivo tra il cablaggio a parete e la punta dell'o-scope, collegherei il circuito a un simulatore e prenderei la strada pigra.
Risposta breve: pochi pF.
Perché c'è questo rumore e come eliminare questo ripple di rumore per misurazioni corrette e accurate?
Una volta collegata la sonda a un nodo del circuito reale, l'impedenza scende notevolmente e non vedrai questo effetto.
Come ha calcolato Andy, c'è un'azione del divisore di tensione tra il cablaggio di alimentazione a parete e la punta della sonda.
Posiziona un pezzo di metallo piatto sotto la sonda, abbastanza grande da costringere il campo elettrico flux_lines ad arrivare ortogonalmente alla superficie metallica.
Collegare a terra questo pezzo di metallo allo chassis dell'oscilloscopio (gli oscilloscopi di solito hanno terminali in metallo nudo sul pannello anteriore per questo).
Ciò consente al metallo piatto di raccogliere al massimo (quasi tutta) la corrente di spostamento del campo elettrico e ridurre in qualche modo le correnti di spostamento di scope_probe.
Ci sono alcuni coefficienti natural_log coinvolti qui. Verificare la matematica sull'accoppiamento filo / filo, accoppiamento piastra / filo, accoppiamento piastra / piastra. Sebbene il trigonometrico iperbolico compaia nelle equazioni, è possibile convertirle in un registro naturale equivalente, consentendo un più facile ragionamento di causalità rispetto a forme / piattezza / rotondità.