Шум датчика осциллографа
Я пытаюсь измерить сигнал постоянного тока в диапазоне мВ.
Ниже приведена форма сигнала, которую я получаю после того, как я подключил осциллограф к его пробнику и не подключал его ни к чему:
Я получаю волнообразную форму волны 50 мВ от пика до пика. Почему и откуда я получаю этот нежелательный пульсирующий шум 50 мВ от пика до пика, даже когда осциллограф и его зонд ни к чему не подключены?
Почему возникает этот шум и как устранить эту шумовую рябь для правильных и точных измерений?
Ответы
Почему и откуда у меня возникает эта нежелательная пульсация от пика до пика 50 мВ
Начните с представления о 220 вольт (если это ваш источник переменного тока, работающий в вашем здании). Поскольку он проходит по двум проводам, один из которых в основном заземлен (0 вольт), чистое напряжение в ближней зоне составляет 50% или 110 вольт, и это поле рассеивается и уменьшается по мере удаления от проводки. Но мы также можем сказать, что наконечник на вашем зонде осциллографа емкостно связан с 110 вольт через емкость, но сколько емкости.
Я не рассчитывал это раньше, поэтому мне также интересно, что это может быть.
Похоже, ваш осциллограф показывает около 40 мВпик-пик и определенно на 50 Гц: -
Это среднеквадратичная амплитуда около 14 мВ.
Это означает, что если ваш датчик o-scope составляет 10 МОм, то он получает ток 1,4 нА RMS. Этот ток протекает через емкость, которая существует между настенной проводкой и наконечником пробника. Итак, рассчитайте емкостное сопротивление: -
$$X_C = \dfrac{\text{voltage}}{\text{current}} = \dfrac{110 \text{ volts} - 14 \text{ mV}}{1.4 \text{nA}} = 78.57 \text{ Gohm}$$
Какая емкость это: -
$$C = \dfrac{1}{2\pi f X_C} = 0.04\text{ pF}$$
Итак, если у вас есть источник напряжения 110 В (и 50 Гц), питающий резистор 10 МОм через конденсатор 0,04 пФ, вы увидите 14 мВ RMS (40 вольтp-пик) на резисторе 10 МОм.
Если входной импеданс осциллографа составляет 1 МОм, ток, протекающий на наконечник пробника, составляет 14 нА. Эффект удара заключается в том, что емкость между проводкой на стене и наконечником пробника будет в десять раз выше при 0,4 пФ.
Если вы действительно хотите получить более точный ответ, вам следует смоделировать / разложить на множители емкость наконечника пробника относительно земли - это параллельно с вашим резистивным сопротивлением 10 или 1 МОм. Это может быть в области 10 пФ, и сразу вы можете представить, что это образует серьезный дополнительный аттенюатор с ранее предсказанным 0,4 пФ примерно 25: 1. На этом этапе, если бы я действительно хотел узнать значение емкости между настенной проводкой и наконечником осциллографа, я бы подключил схему к симулятору и пошел ленивым путем.
Короткий ответ - несколько пФ.
Почему возникает этот шум и как устранить эту шумовую рябь для правильных и точных измерений?
Как только вы подключите зонд к реальному узлу схемы, импеданс резко упадет, и вы не увидите этого эффекта.
Как подсчитал Энди, между проводкой питания на стене и наконечником зонда действует делитель напряжения.
Поместите под зонд кусок плоского металла, достаточно большого, чтобы заставить электрическое поле flux_lines перпендикулярно металлической поверхности.
Заземлите этот кусок металла на шасси прицела (для этого на передней панели прицелов обычно есть металлические клеммы).
Это позволяет плоскому металлу максимально собирать (почти весь) ток смещения электрического поля и несколько уменьшать токи смещения scope_probe.
Здесь задействованы некоторые коэффициенты natural_log. Проверьте математику на соединении провод / провод, соединении пластина / провод, соединении пластина / плита. Хотя в уравнениях присутствует гиперболический триггер, вы можете преобразовать их в эквивалентный natural_log, что упрощает рассуждение о причинно-следственной связи по сравнению с формами / плоскостностью / округлостью.