Ruido de sonda de osciloscopio

Estoy tratando de medir una señal de CC en el rango de mV.

A continuación se muestra la forma de onda que obtengo después de conectar el osciloscopio a su sonda y sin conectarlo a nada:

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Obtengo una forma de onda similar a una ondulación de 50 mV de pico a pico. ¿Por qué y de dónde obtengo este ruido de ondulación no deseado de 50 mV de pico a pico, incluso cuando el osciloscopio y su sonda no están conectados a nada?

¿Por qué hay este ruido y cómo eliminar esta onda de ruido para obtener mediciones adecuadas y precisas?

Lo que está viendo es el campo eléctrico en el aire a su alrededor causado por el cableado de alimentación de CA en su edificio. Calculo que su país usa 50 Hz.
Como estoy midiendo solo la señal de CC con el osciloscopio, podría usar el modo de acoplamiento de CA para eliminar este ruido no deseado, ondulación ¡ Uhm, no! El modo de acoplamiento de CA bloquea la CC, lo que significa que si mide un voltaje de CC con una pequeña ondulación: en el modo de acoplamiento de CA, solo verá la ondulación . Parece que la ondulación es de 50 Hz , ¿la frecuencia de la red en su país también es de 50 Hz, quizás? Recuerde también que la entrada de un osciloscopio es de alta impedancia , por lo que incluso el más mínimo acoplamiento a los cables de alimentación aparecerá en la traza.
También podría ayudar: la señal de tierra del osciloscopio debe recortarse/conectarse lo más cerca posible de la señal de tierra de la señal de CC. Espero que ayude
@Andyaka, entonces, ¿la sonda está captando el campo eléctrico del aire? ¿Qué determina la amplitud de la señal de 50 Hz?
Qué tan cerca está de la fuente y qué tan baja es la impedancia de entrada de la sonda.
@Bimpelrekkie, ¿podría explicar cómo un alcance puesto en alta impedancia capturará el acoplamiento? ¿Podría proporcionar una imagen de cómo está ocurriendo el acoplamiento aquí, por favor? me he confundido mucho con respecto a este acoplamiento y de donde se acopla
@Andyaka, gracias. Sólo una pregunta. ¿Podría proporcionarme una imagen del acoplamiento como respuesta y cómo la impedancia del alcance (1 Mohm en este caso o 50 ohmios en otro caso) está afectando la amplitud y la frecuencia del acoplamiento?
El acoplamiento es capacitivo del cableado en sus paredes. Puede ser 1 o 2 pF. A medida que se acerca, pueden ser decenas o cientos de pF. Calcule la impedancia a 50 Hz y observe que forma un divisor de potencial con la impedancia de entrada de la sonda desconectada. Eso es básicamente.
De acuerdo. Entonces, no hay un acoplamiento físico real, ¿verdad? ¿Solo acoplamiento a través del aire?
¿Podría proporcionar la fórmula que utilizó para calcular la amplitud?
Si conecta la punta de la sonda directamente a la tierra de la sonda, ¿desaparece esta señal fantasma? Debería. Después de notar ese efecto, busque en Google "Ley de Faraday". La cantidad de señal que capturará depende del área del bucle. La razón de esto puede volverse más clara, y una vez que comprenda la razón, ¡podrá evitarlo mejor!
Las entradas del osciloscopio tienden a tener una impedancia de entrada nativa de megaohmios reales bajos + como 2-3 picofaradios imaginarios. Su alcance de 10 GSps posiblemente tenga la parte imaginaria más baja (¿bajo un picofaradio?) - Espero que su alcance tenga un ancho de banda analógico en el bajo GHz. Cuando se conecta una sonda al circuito bajo prueba, esa impedancia se combina con el circuito bajo prueba, se aplican las leyes de Kirchhoff, etc. Más precisamente: el cable de la sonda tiene su propia contribución a la impedancia de entrada del osciloscopio, el divisor 1:10 también es resistivo, sin un divisor, el cable coaxial de la sonda proporciona efectos de longitud de onda, etc. En caso de que observe RF.

Respuestas (2)

¿Por qué y de dónde obtengo esta ondulación pico a pico no deseada de 50 mV?

Comience pensando en 220 voltios (si ese es su suministro de CA que funciona en su edificio). Debido a que funciona con dos cables, uno de los cuales es básicamente tierra (0 voltios), el voltaje neto de campo cercano es del 50 % o 110 voltios y ese campo se dispersa y reduce su valor a medida que se aleja del cableado. Pero, también podemos decir que la punta de su sonda de alcance está acoplada capacitivamente a los 110 voltios a través de la capacitancia pero, ¿cuánta capacitancia?

No he calculado esto antes, así que también estoy interesado en lo que podría ser.

Parece que su o-scopio muestra alrededor de 40 mVp-p y definitivamente está a 50 Hz: -

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Esta es una amplitud RMS de aproximadamente 14 mV.

Esto significa que si su sonda o-scope es de 10 Mohm, entonces está recibiendo una corriente de 1,4 nA RMS. Esa corriente fluye a través de la capacitancia que existe entre el cableado de la pared y la punta de la sonda. Entonces, calcule la reactancia capacitiva: -

X C = Voltaje actual = 110  voltios − 14  mV 1.4 n / A = 78.57  gohm

¿Cuánta capacitancia es eso: -

C = 1 2 π F X C = 0.04  pF

Entonces, si tiene un suministro de voltaje de 110 voltios (y 50 Hz) que alimenta una resistencia de 10 Mohm a través de un capacitor de 0.04 pF, verá 14 mV RMS (40 voltiossp-p) en la resistencia de 10 Mohm.

Si la impedancia de entrada de su osciloscopio es de 1 Mohm, entonces la corriente que fluye hacia la punta de la sonda es de 14 nA. El efecto dominó es que la capacitancia entre el cableado de la pared y la punta de la sonda será diez veces mayor a 0,4 pF.

Si realmente quería una respuesta más precisa, debe modelar/factorizar la capacitancia de la punta de la sonda a tierra; esto es en paralelo con su impedancia resistiva de 10 o 1 Mohm. Podría estar en el ámbito de 10 pF y de inmediato puede imaginar que esto forma un atenuador extra serio con los 0.4 pF predichos previamente de alrededor de 25:1. En este punto, si realmente quisiera saber el valor capacitivo entre el cableado de la pared y la punta del endoscopio, conectaría el circuito a un simulador y tomaría la ruta perezosa.

Respuesta corta: son unos pocos pF.

¿Por qué hay este ruido y cómo eliminar esta onda de ruido para obtener mediciones adecuadas y precisas?

Una vez que conecta su sonda a un nodo de circuito real, la impedancia cae masivamente y no verá este efecto.

OP también podría conectar el cable de tierra de la sonda de alcance a la punta de la sonda y, con suerte, no vería ninguna señal. Si lo hacen, es probable que haya una mala sonda.
Creo que el cálculo está mal. V t = i   Z dónde Z = X C 2 + R 2 , no X C + R . Y por lo tanto, V t = V C 2 + V R 2 , no V C + V R . Los fasores, ángulos fasoriales... ¿O me estoy perdiendo algo?
@RohatKılıç, técnicamente tiene razón, pero si X_C es enormemente mayor que la resistencia de la sonda (que lo es), entonces la aproximación que hice es precisa en pequeñas subfracciones de lugares decimales.
@Andyaka ah está bien entonces. Aparentemente , la aproximación es la parte que me he perdido (12 mV contra 14 mV). Gracias.
Gracias por la respuesta. Pero, ¿cómo se toma el voltaje de campo cercano como el 50% de 220V?
@Newbie en el campo muy, muy cercano, tiene un cable a 220 voltios y un cable a 0 voltios. A medida que se aleja del campo muy, muy cercano, esto promedia un campo electrónico neto de 110 voltios, es decir, el campo cercano no muy cercano comienza a parecerse a un solo conductor que transporta 110 voltios.
Gracias por la aclaración. Sólo 2 preguntas básicas. 1. Entonces, el campo electrónico de 110 V está presente a nuestro alrededor, ¿verdad? Y por su respuesta, entiendo que el acoplamiento capacitivo solo ocurre a través del aire, ¿verdad?
Y en su cálculo, es 1Mohm y no 10Mohm, ¿correcto?
Sí, a través del aire, pero sería lo mismo en el vacío. El campo eléctrico de 110 voltios solo está presente cerca de los cables en la pared. Se reduce cuanto más se aleja de los cables y casi se puede decir que se ha reducido a niveles de milivoltios como lo indica el o-scopio. Hice cálculos de 1M y 10M después de haber notado que mencionó 1M en su pregunta. @Novato
Gracias por tu detallada y paciente explicación.
@Michael Karas: Lamento discrepar :-) Si el OP corta la punta de la sonda para sondar GND, y aún ve que se detecta algo de EMI, eso significa que el bucle entre la punta de la sonda y el par de cm de la correa GND está captando el componente magnética del campo. Tiene razón en que a 50 Hz este efecto no será muy significativo, pero es posible que el OP quiera estar al tanto de esta captación de inducción magnética mientras inspecciona los circuitos con transitorios dI/dt rápidos (SMPS, RF, lo que sea).

Según calculó Andy, existe una acción divisoria de voltaje entre el cableado de alimentación de la pared y la punta de la sonda.

Coloque un trozo de metal plano debajo de su sonda, lo suficientemente grande como para obligar a las líneas de flujo del campo eléctrico a llegar ortogonalmente a la superficie del metal.

Conecte a tierra esta pieza de metal al chasis del visor (los visores suelen tener terminales de metal desnudo en el panel frontal para esto).

Esto permite que el metal plano recoja al máximo (casi la totalidad) la corriente de desplazamiento del campo eléctrico y reduzca un poco las corrientes de desplazamiento de la sonda de alcance.

Hay algunos coeficientes de logaritmo natural involucrados aquí. Verifique las matemáticas en el acoplamiento de alambre/alambre, acoplamiento de placa/alambre, acoplamiento de placa/placa. Aunque la trigonometría hiperbólica aparece en las ecuaciones, puede convertirlas en natural_log equivalente, lo que permite un razonamiento de causalidad más fácil en comparación con las formas, la planitud y la redondez.

Ruido de sonda de osciloscopio
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