Важнейшие характеристики пробника для осциллографа

Продолжая цикл статей об осциллографических пробниках, надо поговорить о таких важных характеристиках пробника, как его сопротивление, время нарастания и входная ёмкость. Говоря о входном сопротивлении пробника, нужно напомнить, что для создания напряжения на входе осциллографа, пробник должен потреблять некоторый ток от источника сигнала. Это создаёт дополнительную нагрузку на исследуемую контрольную точку, что может привести к искажению сигнала. Ток, ответвляемый пробником и соответственно его влияние на исследуемую цепь, тем больше, чем меньше его сопротивление по отношению к сопротивлению в исследуемой цепи. Именно поэтому большинство стандартных пассивных пробников имеют высокое входное сопротивление. Это уменьшает их влияние на исследуемые цепи. Для тех же целей высокое входное сопротивление имеет и вход самого осциллографа. Высокоомный вход осциллографа имеет сопротивление 1 МОм. Пассивные пробники без делителя имеют такое же входное сопротивление. Пробники с делителем для согласования с осциллографом имеют входное сопротивление кратное коэффициенту деления и входному сопротивлению осциллографа, то есть, например, пробник с делителем 10:1 имеет входное сопротивление 10МОм, а пробник с делителем 100:1 соответственно 100 МОм. Однако, при исследовании низкоомных цепей входное сопротивление в 1МОм не позволяет ответвлять на вход осциллографа ток достаточный для проведения достоверного измерения. Особенно это важно при проведении амплитудных измерений. В этом случае используют низкоомный вход осциллографа и соответственно низкоомные пробники. Входное сопротивление пробников и осциллографа в этом случае составляет 50 Ом. Надо сказать, что не все осциллографы имеют режимы высокоомного и низкоомного входного сопротивления. Осциллограф RTM3000, который мы сегодня использовали для демонстраций может работать в обоих режимах. Соответственно, вместе с ним могут быть использованы как высоомные так и низкоомные пробники. Необходимо тщательно следить за тем, как соотносится сопротивление исследуемой цепи и входное сопротивление осциллографа и пробника, которые вы используете. Важно, чтобы оно было много выше сопротивления цепи, но при этом позволяло ответвлять на вход осциллографа часть сигнала достаточную для проведения достоверного измерения.

Время нарастания пробника можно определить, как длительность фронта, которую он сформирует при подаче на вход идеального мгновенного перепада напряжение, то есть импульса с длительностью фронта 0с. Определяется эта величина значением входной ёмкости пробника. Чем меньше ёмкость, тем меньше время нарастания пробника. Малое время нарастания исключительно важно при измерениях длительности фронтов сигналов, особенно если речь идёт о сигналах с крутыми фронтами, такими как, например, меандр. Надо так же сказать, что своё время нарастания есть и у осциллографа. Оно зависит от входной ёмкости осциллографа.

Входная ёмкость пробника. Дело в том, что входная ёмкость пробника определяет его реактивное сопротивление. Это сопротивление обратно пропорционально как частоте сигнала, так и ёмкости пробника. То есть при высоких значениях ёмкости с ростом частоты сопротивление пробника резко снижается, что увеличивает нагрузку на измеряемую цепь. Кроме того, при распространении сигнала высокая входная ёмкость будет вносить задержки в распространение сигнала, что приведёт к увеличению времени нарастания. Таким образом от входной ёмкость пробника зависит его полосу пропускания и время нарастания. Только пробники с малой входной ёмкостью могут обеспечить работу в широком диапазоне частот с малым временем нарастания. Как мы уже сказали сами осциллографы так же имеют собственную входную ёмкость. Для достоверности измерений чрезвычайно важно, чтобы емкости пробника и ёмкости осциллографа, с которым он используется были согласованы. Для этих целей производители устанавливают в пробники конденсаторы переменной ёмкости. Их ёмкость может быть отрегулирована и приведена в соответствие с емкостью осциллографа. Такой процесс называют компенсацией пробника. Согласование возможно, только в том случае, если входная ёмкость осциллографа лежит в диапазоне ёмкостей, которые доступны для пробника. Именно поэтому рекомендуется использовать с осциллографом те пробники, которые разработаны и рекомендованы для использования вместе с ним или идут в стандартной комплектации. Это гарантирует возможность согласования и компенсации. Обязательно проводите процесс компенсации пробников перед началом проведения измерений.

Индуктивность. В заключении хотел бы рассказать ещё об одной важной характеристике пробника-это его индуктивность. Любой провод обладает индуктивностью, и соединительные провода пробника и его проводника «земли» не исключение. В сочетании с входной емкостью и входным сопротивлением пробника эта индуктивность будет создавать колебательный контур, что может привести к созданию нежелательных частотных составляющих в измеряемом сигнале. По возможности старайтесь снизить значение индуктивности. Этого можно добиться, укорачивая соединительные провода и проводник земли и делая участи соединения как можно более прямыми без витков. Уверен, наши советы помогут Вам повысить достоверность Ваших измерений.