No Image

Щуп делитель для осциллографа своими руками

СОДЕРЖАНИЕ
1 просмотров
10 марта 2020

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

Читайте также:  Профиль headset что это

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.

Обсудить статью 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.

Читайте также:  Mikrotik поменять mac адрес

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.

Обсудить статью САМОДЕЛЬНЫЙ ЩУП ДЛЯ ОСЦИЛЛОГРАФА

Щуп с делителем к "Хамелеону" своими руками

Автор: ELcat
Опубликовано 24.11.2011
Создано при помощи КотоРед.

Каждый Радиокот в той или иной мере имеет потребность в маленькой домашней радиолаборатории. И, естественно, маленьком, но функциональном арсенальчике радиоизмерительного оборудования. В нашей замечательной стране, давшей миру столько кулибиных, выдающихся учёных, деятелей и первооткрывателей, сегодня, к сожалению, таковых не потчуют. Цены на измерительное оборудование промышленного производства порой самые высокие в мире, а зарплаты. ну да вы сами знаете: "Кармашек у котёнка не больше напёрстка. " Ну да и ладно, в нашем случае пара рук да голова на плечах — куда более ценное оборудование, изготовим сами. И огромная благодарность тем ребятам, которые порою на энергии чистого энтузиазма занимаются разработкой, комплектовкой и рассылкой наборов для самостоятельного изготовления такого оборудования. Именно об этом и пойдёт сегодня речь.

Завёлся в моей домашней лаборатории новый зверёк — Хамелеон D. Вещь чудесная, но без удобного и функционального хвостика-щупа — малопригодная. Для его изготовления нам потребуются:

— обычный щуп от китайского мультиметра,

— 0,5 метра какого-нибудь тонкого коаксиального СВЧ кабеля,

— разъём типа мини-джек 3,5мм "стерео",

— тонкий контактный штырь от какого-нибудь совкового разъёма,

— кусочки термоусадочной трубки разных диаметров,

— "рассыпуха", несколько резисторов МЛТ-0,125 2МОм, smd конденсаторы типоразмера 1206 номиналами единицы-десятки пикофарад.

А также паяльник, скальпель, пинцет, плоскогубцы, кусачки, тестер с возможностью измерения емкостей от единиц пикофарад и сопротивлений до 10МОм, пара не очень кривых рук и неудержимое желание чего-то "замутить".

И так, приступим! Для начала нам потребуется подобрать тот самый подходящий СВЧ кабель. Как его подобрать? В первую очередь из имеющихся подбираем визуально по подходящему диаметру под наш щуп. Далее по сечению центральной жилы — чем она тоньше, тем лучше. Ну и в последнюю очередь по ёмкости между центральной жилой и оплёткой, опять же, чем меньше, тем лучше. Я нашёл в своих запасах кусочек вот такого кабеля от какого-то совкового СВЧ устройства.

Ёмкость 0,5 метрового куска составила около 30пФ. Лучше, думаю, могут быть параметры у кабелей внешних автомобильных GSM антенн(часто встречаются на "развалках" радиорынков). Идеальные параметры у кабелей высокочастотных щупов осциллографов. Там центральная жила вообще бывает в виде тончайшего стального волоска. Электрическое и волновое сопротивления, а также остальные параметры кабеля в данном случае нам мало интересны. Сразу подпаяем JACK 3,5мм, поскольку для дальнейших действий нам необходимо будет подключить кабель к осциллографу.

Читайте также:  Почему изображение не на весь экран монитора

Теперь подготовим сам щуп. Аккуратно при помощи плоскогубцев вытягиваем из него штырь, разогреаем паяльником и очень аккуратно снимаем пластиковый цилиндрик (он нам пригодится). Далее вырезаем прямоугольное отверстие под микропереключатель. Должно получиться вот так:

Просверливаем сбоку отверстие, через которое пропустим "земляной" провод:

Теперь займёмся собственно делителем. У Хамелеона "D"версии входное сопротивление составляет 510кОм. Для реализации делителя напряжения на 10 нам необходимо увеличить это сопротивление в 10 раз 510кОм*10=5,1Мом. 510кОм у нас уже есть внутри самого осциллографа, поэтому в щупе нам потребуется 5,1МОм-510кОм=4,59МОм.

Для устойчивости к высокому входному напряжению это сопротивление лучше всего составить из двух приблизительно по 2,295МОм. Где же взять резисторы с таким причудливым номиналом? Наберитесь терпения, мы изготовим их самостоятельно. Точнее модернизируем имеющиеся МЛТ0,125 номиналом 2МОм. Накручиваем выводы резистора на щупы мультиметра, включаем мультиметр в режим измерения сопротивления и, неспеша, очень аккуратно, начинаем скальпелем соскабливать сначала эмаль, затем резистивный слой, всё время следя за показаниями мультиметра. Заканчиваем процесс, когда значение сопротивления станет равным 2,29-2,3 мегаома.

Второй резистор будем подгонять по чуть другой методике. Паяем его последовательно с подогнанным и ко входу осциллогафа. Подаём постоянное напряжение непосредственно на вход осциллографа, отмечаем показания. Далее выставляем чувствительность в 10 раз больше и подаём это же напряжение через резисторы (я для этого использовал стабилизированный источник 9В). Теперь так же не спеша и аккуратно скальпелем начинаем скоблить второй резистор. Заканчиваем процесс, когда луч опустится до нашей отметки.

Если со скоблением "переусердствовали", берём "свеженький" резистор и начинаем скоблить заново. Я поначалу пытался тереть абразивной бумагой "нулёвкой" и испортил два резистора, поэтому настоятельно рекомендую скоблить только скальпелем — так процесс протекает более медленно и управляемо.

С делителем по постоянному напряжению разобрались. Теперь приступим к подбору реактивной составляющей делителя и компенсации влияния ёмкости кабеля. Для этого нам потребуется ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ СПЕЦИАЛЬНОЙ ФОРМЫ. Страшно? Ничего, у меня его тоже нету, но в нашем Хамелеоне есть импульсный преобразователь, который, как нельзя к стати, даст нам нужный сигнал 🙂 Для начала выведем этот сигнал, просто подпаяв кусочек лужёнки с обратной стороны платы Хамелеона на площадку, являющуюся общей для дросселя, диода Шоттки и стока полевого транзистора. Включаем Хамелеон и фиксируем размах сигнала.

Выставляем чувствительность по напряжению в десять раз большей, подпаиваем параллельно резисторам подстроечный конденсатор 4-30пФ и подпаиваем вход кабеля к нашему "паровозу". Обязательно даём цепочке остыть перед началом подстройки, поскольку ёмкость керамических конденсаторов связана с температурой так называемым ТКЕ (температурным коэфициентом ёмкости), поэтому все манипуляции с конденсаторами мы должны выполнять, только предварительно дав им остыть. Аккуратно вращая диск конденсатора добиваемся показаний с тем же размахом.

Отпаиваем конденсатор, даём ему остыть до комнатной температуры и измеряем ёмкость. Умножаем её на два, поскольку мы составим её из двух последовательно включённых конденсаторов. У меня получилось 11-12пФ, соответственно взял два конденсатора по 22пФ. Теперь аккуратно скальпелем счищаем эмаль с выводных чашечек резисторов, лудим и паяем к ним конденсаторы.

Проверяем чего получилось.

Чес-слово валерьянку не пил! Но то ли подстроечнику не дал остыть, то ли 2х2 неправильно умножил, в общем итоге сильно промахнулся. Отпаял конденсаторы и поставил по 12пФ, далее после очередного измерения добавил к ним ещё по 3пФ впараллель.

Производим контрольную проверку нашего делителя. Сначала фиксируем размах сигнала без дополнительной цепочки,

затем выставляем в десять раз большую чувствительность и проверяем с подключенной цепочкой

Приступаем к сборке нашего щупа. Нанизываем на провода термоусадки, зачищаем провода (я использовал МГТФ) и проводим все пайки. Тщательно промываем нашу цепочку и места пайки спиртобензином или ацетоном, покрываем электропрочным нитролаком (рекомендую цапон-лаком, но за неимением такового покрыл прозрачным маникюрным).

Даём лаку высохнуть и покрываем повторно. После просушки продолжаем сборку. Пропускаем провода в щуп и выводим из нужных отверстий, усаживаем термоусадку на кабеле и аккуратно "затягиваем" нашу конструкцию внутрь корпуса щупа. Все неэкранированные провода должны быть как можно короче, дабы не ловить лишние сигналы и не вносить дополненительные ёмкости. Крайне аккуратно припаиваем переключатель так, чтобы флюс и паяльный материал не попали внутрь. Влажной в растворителе ваткой снимаем остатки флюса и аккуратно лакируем места пайки, следя чтобы лак не попал внутрь.

Садим переключатель в подготовленное для него отверстие.

Наконец дошло дело и до нашего пластмассового цилиндрика, стянутого по-горячему с родного штыря. Вставляем в него наш предварительно укороченный до нужной длины и заново заточенный штырь-контакт. Если он будет тоньше отверстия в цилиндрике (как и в моём случае), обожмите его слоем-двумя термоусадки так, чтобы он плотно вошёл в цилиндрик. Припаиваем и промываем.

Вставляем цилиндрик со штырём на место.

Осталось только надеть и обжать термоусадку на кабель и корпус щупа, и припаять разъём типа "крокодил" к земляному проводу. И. Вуаля.

Вот схема того, что у меня получилось.

В принципе, по описанной технологии можно подобрать делитель практически к любому измерительному прибору. Следует только помнить, что Z-характеристики, приведённые ко входу щупа, будут состоять из суммы таковых у самого щупа и прибора, к которому он подключён. Так, чем, меньшая ёмкость кабеля будет подобрана, тем меньшая суммарная ёмкость будет приведена к щупу измерительного прибора и тем меньшее влияние он будет вносить в исследуемую схему.

Комментировать
1 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
Adblock detector