¿Por qué insertar una resistencia en el común de mi sonda de alcance hace que capte mucho peor el ruido de CA?

Estoy hurgando en el interior de un osciloscopio USB, con la esperanza de modificarlo para que los comunes de la sonda de alcance puedan referenciarse a diferentes voltajes.

Cuando uso mi osciloscopio USB para medir una señal de 24 V CC con una sonda 10x, obtengo resultados razonables.ingrese la descripción de la imagen aquí

Según mis cálculos, esta sonda 10x es una resistencia de 9 MOhm, en serie con la resistencia interna de 1 MOhm del osciloscopio. Por lo tanto, un divisor de 10:1.

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simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Al agregar 10 MOhm a la sonda, debería convertirla en un divisor de 20:1. Cuando inserto 10 MOhm en la ruta de la señal positiva, obtengo un efecto aproximado de 20:1, pero empiezo a ver un ruido de CA de 60 Hz.

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Cuando coloco la resistencia en la ruta común, entre la señal común y la sonda de alcance común, veo mucho más ruido de CA.

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Mi osciloscopio USB está aislado de mi PC con un aislador USB comercial. ¿Alguien puede decirme qué está pasando mal y cómo solucionarlo? Pensé que esto podría ser solo una consecuencia de tener todo esto esparcido por mi escritorio en lugar de estar agradablemente soldado con rutas de señal mínimas. Pero hubiera esperado que el ruido fuera de una magnitud mucho menor y mucho más sensible a la reorganización física. Mover cables y piezas no tiene ningún efecto observable. Y todavía no explicaría la diferencia entre insertar la resistencia en los caminos positivo y negativo.

¿Por qué sucede esto y cómo puedo solucionarlo?

¿Esquemas por favor? Preferiblemente de las supuestas resistencias de la sonda más las suyas, y el punto de derivación del ADC.
¿Es esto solo una consecuencia de tener todo esto esparcido por mi escritorio ? Muy probablemente, sí.
@ pjc50 Entonces, ¿por qué la asimetría entre las patas positivas y negativas?
¿Exactamente qué está produciendo la 'señal de 24 V CC' y qué aislador USB está utilizando?
@BruceAbbott, la señal de 24 V es una fuente de alimentación Phoenix Uno y el aislador USB es un B&B UH401.

Respuestas (1)

Mire el caso representado por sus primeros esquemas. Digamos que hay alguna fuente de ruido que se acopla a la conexión entre la sonda y el suministro de 24V. Solo por ejemplo, el acoplamiento es débil y equivale a muchos megaohmios de impedancia. Dado que la impedancia de 24 V es relativamente baja, el acoplamiento de ruido no se registraría en absoluto en la medición.

Saquea el caso representado por el segundo esquema. Digamos que la misma fuente de ruido se acopla a la conexión entre la sonda y la resistencia de 10 Mohm. La impedancia de ese punto a la referencia de tierra es de alrededor de 5Mohm. Por lo tanto, incluso un acoplamiento débil en muchos megaohmios de impedancia de la fuente de ruido aparecerá en la medición.

Mi conjetura es que la situación se puede mejorar conectando la resistencia de 10 Mohm a la sonda lo más cerca y directamente posible. Luego extienda la tierra alrededor de la punta de la sonda con papel de aluminio para cubrir completamente la conexión y la resistencia.

Mire el caso representado por el tercer esquema. Si hay corriente de bucle de tierra entre el osciloscopio y el suministro de 24 V, la adición de 10 Mohm haría que apareciera. Teóricamente, 1uA de corriente de bucle de tierra se mostraría como 10V con la resistencia de 10Mohm.

Es asimétrico al caso 2 porque cualquier corriente externa acoplada a todo el aparato de 24 V aparecería en la resistencia de 10 Mohm.

La solución podría ser buscar y eliminar cualquier acoplamiento de bucle de tierra. Por ejemplo, no es inusual que las fuentes de alimentación y los equipos tengan su tierra funcional (directa o indirectamente) conectada a la tierra del chasis a través de una resistencia de mega-ohmios y/o un pequeño capacitor en paralelo.

Pero en este caso, tal vez decida si esto es realmente un problema, posiblemente con la ayuda de una estimación de la corriente del bucle de tierra (por ejemplo, tome la medida de su alcance y divídala por 10 Mohm). Si se decide que no es un problema real, tolérelo cuando use el alcance y no use la configuración como en el esquema 3.

Desafortunadamente, todo mi objetivo es poder hacer referencia a dos sondas de alcance a diferentes comunes, lo que el esquema 3 me permitiría hacer. Si no es posible, necesitaré un medio diferente para lograrlo.
Agregar resistencias a las conexiones a tierra de la sonda no hará lo que desea (incluso si el problema del ruido se reduce mucho).
¿Por qué no? Parece que debería.
A menos que tenga sondas aisladas (entonces no necesitaría la chapuza en primer lugar), los motivos de sus sondas son los mismos. Si conecta una tierra a través de una resistencia de 10M a un voltaje y otra a través de una resistencia de 10M a otro voltaje. La corriente fluirá a través de las dos resistencias de 10 M en serie y la conexión a tierra de las sondas estará en el medio.
¿Por qué insertar una resistencia en el común de mi sonda de alcance hace que capte mucho peor el ruido de CA?
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