САМОДЕЛЬНЫЙ ЩУП ДЛЯ ОСЦИЛЛОГРАФА
Самодельные осциллографы перестают быть редкостью по мере развития микроконтроллеров. И естественным образом возникает потребность в щупе для него. Желательно со встроенным делителем. Некоторые из возможных конструкций рассмотрены в данной статье.
Щуп собран на отрезке фольгированного стеклотестолита и помещен в металлическую трубку, выполняющую роль экрана. Чтобы не вызывать аварийных ситуаций, когда и если щуп падает на включенное испытуемое устройство, трубка покрыта термоусадкой. Без покрытия заготовка выглядит вот так:
Щуп в разобранном виде:
Конструкции могут быть разными. Просто нужно учитывать некоторые вещи:
- Если выполняете щуп без делителя, т.е. он не содержит в себе больших сопротивлений и переключателей, т.е. элементов подверженных электромагнитным наводкам, то целесообразно экранированный провод щупа протягивать до самой иглы. В этом случае дополнительная экранировка элементов вам не понадобится и щуп можно выполнять из любого диэлектрика. Например использовать один из щупов для тестера.
- Если в щупе выполнен делитель, то когда вы берете его в руки, вы неизбежно будете увеличивать наводки и помехи. Т.е. потребуется экранировка элементов делителя.
В моем случае соединение трубки с экраном (точнее с обратной стороной стеклотестолита) выполнено припаиванием пружинки на тектолит, которая и создает контакт между экраном и платой щупа.
В качестве иглы использовал «Папу» от разъема типа ШР. Но ее можно выполнить и из любого другого подходящего стержня. Разъем от ШР удобен тем, что его «Маму» можно впаять в зажим, который можно будет при необходимости надевать на щуп.
Подбор провода
Отдельного упоминания заслуживает подбор провода. Правильный провод выглядит так:
Миниджек 3,5 мм расположен рядом для масштаба
Правильный провод представляет из себя более-менее обычный экранированный провод, с одним существенным отличием – центральная жила у него одна. Очень тонкая и выполнена из стальной проволоки, а то и проволоки с высоким удельным сопротивлением. Почему именно так поясню немного позже.
Такой провод не сильно распространен и найти его достаточно непросто. В принципе, если вы не работаете с высокими частотами порядка десятка мегагерц, особой разницы, использовав обычный экранированный провод, вы можете и не ощутить. Встречал мнение, что на частотах ниже 3-5 МГц выбор провода не критичен. Ни подтвердить, ни опровергнуть не могу – нет практики на частотах выше 1 МГц. В каких случаях это может сказываться тоже скажу позже.
Самодельные осциллографы нечасто имеют полосу пропускания в несколько мегагерц, поэтому используйте тот провод, который найдете. Просто стремитесь подобрать такой, у которого центральные жилы потоньше и их поменьше. Встречал мнение, что центральная жила должна быть потолще, но это явно из серии «вредных советов». Малое сопротивление проводу осциллографа без надобности. Там токи в наноамперах.
И важно понимать, чем ниже собственная емкость изготовленного щупа, тем лучше. Это связано с тем, что когда вы подключаете щуп к исследуемому устройству, вы тем самым подключаете дополнительную емкость.
Если подключаете напрямую на выход логического элемента либо в ИБП, т.е. к достаточно мощному источнику сигнала, имеющему достаточно малое собственное сопротивление, то все будет отображаться нормально. Но если в цепи есть значительные сопротивления, то емкость щупа будет сильно искажать форму сигнала, т.к. будет заряжаться через это сопротивление. А это означает, что вы уже не будете уверены в достоверности осциллограммы. Т.е. чем ниже собственная емкость щупа, тем шире диапазон возможных применений вашего осциллографа.
Принципиальные схемы щупов
Собственно схема щупа, которую я применил, предельно проста:
Это делитель на 10 для осциллографа с входным сопротивлением 1 мегом. Сопротивление лучше составить из нескольких, соединенных последовательно. Переключатель просто замыкает напрямую добавочное сопротивление. А подстроечный конденсатор позволяет согласовать щуп с конкретным прибором.
Пожалуй вот более правильная схема, которую стоило бы рекомендовать:
Она явно лучше по допустимому напряжению, так как пробивное напряжение резисторов и конденсаторов СМД обычно принимают за 100 вольт. Встречал утверждения, что они выдерживают и 200-250 вольт. Не проверял. Но если вы исследуете достаточно высоковольтные цепи, стоит применить именно такую схему.
Я ее никогда не делал, рекомендаций по настройке (подбору конденсаторов С2, С3, С4) дать не могу.
Немного обещанной теории
Емкость прямо пропорциональна площади проводников и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Там еще есть коэффициент, но для нас это не важно сейчас.
Имеем два проводника. Центральная жила и экран провода. Расстояние между ними определяется диаметром провода. Площадь экрана сильно снизить не получится. Да и не надо. Остается снижать ПЛОЩАДЬ ПОВЕРХНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЖИЛЫ.
Т.е. снижать ее диаметр насколько это технически целесообразно без потери механической прочности.
Ну а чтобы повысить эту самую прочность при уменьшении диаметра надо выбрать материал попрочнее.
Провод можно представить так:
Распределенная емкость по длине провода. Ну а чем больше будет удельное сопротивление материала центральной жилы, тем меньшее влияние соседние участки (соседние емкости) будут оказывать друг на друга. Поэтому целесообразен провод с высоким удельным сопротивлением. По этой же самой причине нецелесообразно делать провод щупа слишком длинным.
Разъемы рассматривать не буду. Лишь скажу, что оптимальным для осциллографа считаю разъемы BNC. Они чаще всего и применяются. Миниджек, аудиоразъем я бы применять не рекомендовал (хотя сам применяю, в силу того, что не использую осциллограф в цепях со значительными напряжениями). Он опасен. Дернули провод при проведении исследований цепей с хорошим напряжением. Что происходит далее? А далее миниджек, скользя по гнезду, может вызвать замыкание. И даже если в силу разных причин ничего не произошло, на самом миниджеке будет присутствовать это напряжение. А если он упадет к вам на колени? А там открытый центральный контакт и земля рядом.
Лето, жарко, любите работать в трусах? Выбирайте BNC (не реклама). BNC тем и хорош. Его не выдернешь просто так. А даже если и случилось – он закрытый. Ничего опасного произойти не должно, то что в трусах, не пострадает))
Дополнительную информацию можно почерпнуть из цикла статей Входные узлы самодельных осциллографов. Так, теорией поутомлялись, теперь
Щуп № 2
Он хорош тем, что его можно вставить так:
Или вот так, ему безразлично, он свободно крутится.
Устроен он примерно так:
Единственное, что на нем еще будет сделано. Отверстие для выхода провода земли из щупа будет залито каплей термоклея, чтобы сложнее было вырвать его при случайном рывке и провод будет зафиксирован в рукоятке отрезком спички, заточенным под пологий клин.
Чтобы не оборвать и не открутить центральную жилу. Кстати это самый простой способ «лечить» дешевые китайские щупы для тестера, чтобы провод не отламывался от наконечника.
На что стоит обратить внимание: Экран доходит почти до самого наконечника. Не должно быть под пальцами значительного по площади открытого участка центральной жилы, иначе вы будете любоваться наводками с рук на дисплее ослика.
Специально для сайта Радиосхемы — Тришин А.О. Г. Комсомольск-на Амуре. Август 2018 г.
Форум по обсуждению материала САМОДЕЛЬНЫЙ ЩУП ДЛЯ ОСЦИЛЛОГРАФА
Источник
Качественный щуп для осциллографа своими руками
Многие сейчас покупают осциллографы в китайском магазине, так как стоимость их там не большая при их отличных характеристиках, например я приобрёл отличный по своей цене и качестве осциллограф Hantek DSO5102P (сейчас к стати у этого продавца стоит наименьшая цена http://ali.pub/5ha092) с ним идёт стандартные щупы которые продаются также и отдельно для любых осциллографов, качество у них не такое хорошее как бы хотелось, из-за их высокой ёмкости на высоких частотах уровень сигнала падает более чем в 2 раза и при измерениях влияет на работу схемы измеряемого устройства, поэтому был сделан высококачественный щуп для осциллографа своими руками, который показал себя с наилучшей стороны.
Качественный щуп для осциллографа своими руками
Ёмкость самодельного щупа 70 пФ, что в 2 раза ниже чем у щупа, который идёт с осциллографом, поэтому он меньше влияет на измеряемые высокочастотные цепи. На двух фотографиях видно, что один и тот же сигнал на китайских щупах сильно падает (48 мВ) по сравнению с самодельными (который уже становится около 300 мВ), а значит китайский щуп влияет на работу схемы во время измерений в отличии от самодельного.
Качественный щуп для осциллографа своими руками
Качественный щуп для осциллографа своими руками
У самодельного щупа правда нет переключателя ослабления на 10 но это ослабление было реализовано с помощью насадки которая выполнена на резисторе 10 мОм и конденсаторе ёмкостью 7 пФ, в последнем случае был применён подстроечный конденсатор 3-13 пФ. Трубочка для делителя это контакт от многоштырькового разъёма (мама), а контакт для самого щупа на который насаживается делитель также был взят от подобного разъёма (но уже папа).
Качественный щуп для осциллографа своими руками
Качественный щуп для осциллографа своими руками
Качественный щуп для осциллографа своими руками
Кабель для щупа используется ещё советский, тонкий, это высокочастотный коаксиальный кабель, внутренняя жила тонкая но при этом прочная и упругая, устойчивая к многократным изгибам, в том числе это относится и к оплётке, и оплётка и жила посеребрённые. Думаю такой кабель и сейчас можно купить на различных барахолках.
Качественный щуп для осциллографа своими руками
Качественный щуп для осциллографа своими руками
Источник
ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ ЩУП ДЕЛИТЕЛЬ 1:10
Поскольку в радиолаборатории уже давно был старенький осциллограф, но не было никаких щупов для деления сигнала, решил сделать что-то подобное. Нашел схему зонда где-то в Интернете — он весь собран на кусочке текстолита, на котором процарапал паяльные дорожки. Три элемента схемы — это резистор, конденсатор и триммер (подстроечная ёмкость для компенсации). На одной стороне платы спаял гнездо BNC, а на другой кабель 50 Ом. Гнездо получило фланец из латуни, снабжено латунной трубкой — как корпус. С другой стороны трубки находится такой же хомут, но с отверстием для вывода кабеля. Просверлено 5 мм отверстие в трубке, чтобы подстроить триммер (конденсатор) с помощью тонкой отвертки. Этот зонд имеет такую схему сборки:
Экран спаян с клеммой крокодила. Вот и вся схема. Отлично работает, деление 1:10 выполняет тоже хорошо, компенсация в норме. В общем, общая стоимость равна цене измерительного наконечника, а остальное — от разборки.
Таким образом можем уменьшить входную емкость осциллографа и паразитную кабеля. Ведь ёмкость 1 м кабеля RG-58 составляет около 100 пФ. По-сути это просто делитель напряжения.
Где C0 — любые нежелательные емкости (кабель и т. д. — значительно ограничивающие частотную характеристику схемы), и Cs — это триммер (для калибровки зонда на осциллографе) для компенсации этих C0.
Один только резисторный делитель не выполняет работу из-за емкости. Таким образом, выходной импульс сохраняет форму входного импульса, только его амплитуда изменяется в соответствии с коэффициентом делителя.
Использование подстроечного конденсатора C2 позволяет выполнить регулировки (баланс обеих сторон) благодаря наличию монтажных ёмкостей и входных ёмкостей повторителя в осциллографе, значения которого не может быть четко определено. А как известно неправильная компенсация демпфера увеличивает погрешности измерений.
Резистор 9 МОм чаще всего используется как R1 из-за того, что большинство осциллографов имеют входное сопротивление 1 МОм, что дает возможность легко получить датчик с ослаблением 1:10. Более подробно (с теорией) читайте про это здесь.
Источник