Щуп Р6100 для осциллографа с высокоомным входом
Характеристики щупа со страницы магазина: 
Щуп был упакован в полиэтиленовый пакет с инструкцией вкладышем, вот его комплектация: 
Пару слов о назначении всех этих дополнительных «штучек».
Кольца цепляются на байонет подключаемый к осциллографу и ручку щупа и применяются для удобства определения по цвету колец какая ручка щупа к какому каналу осциллографа подключена (но т.к. в комплекте лишь один щуп, то полезны данные кольца будут владельцам таких же комплектных щупов). Вот поменял на своём щупе кольца на салатовые: 
Насадка в виде колпачка предназначена для изоляции от общего, полезно когда нужно щупом «пробираться» сквозь провода/платы. 
Почти такая же насадка отличающаяся лишь выступами с двух сторон от сигнальной иглы может применятся как и первая, но так же удобна при «тыкании» в платы с smd компонентами. Надеваются эти колпачки довольно туго, а снимаются ещё сложнее. 🙂 
Ну и наконец, самая полезная, на мой взгляд, штука – захват. Применяется для держания щупа за провод/вывод измеряемого сигнала. Позволяет уцепиться за толщину от долей мм до 2.5мм. Работает как надо. Пользуюсь им, в отличие от всех вышеописанных, регулярно. 
Так же в комплекте имеется отвёртка с пластиковой ручкой для калибровки щупа.
Внешний вид самого щупа вполне понятен из вышеприведённых фото, но для полноты восприятия добавлю фото такого ракурса: 
Надо отметить, что инструкция из комплекта не для галочки, в ней есть практически вся необходимая информация. Смотрите сами: 
Но, а о чём умалчивает инструкция, поведаю Вам я. Длина кабеля щупа с байонетом – 104см, длина ручки щупа от кабеля до иголки – 14см (т.е. общая длина щупа равна 104+14=118см, до заявленных 120см не хватило 2см), длина общего провода с «крокодилом» — 14.5см. Никаких запахов щуп не производил, понравилась мягкость/гибкость кабеля. У ползунка переключателя х1/х10 (выключатель делителя) за время использования фиксация в крайних положениях стала не такая чёткая. Сама конструкция переключателя доверия не вызывает, стараюсь пользоваться им как можно реже (как правило щуп всегда эксплуатируется в режиме х10), чего и рекомендую всем пользователям аналогичных щупов. Общий провод с крокодилом съёмный. Сигнальная игла не настолько острая, что бы ей можно было случайно уколоться, но и не тупая. За время использования если и затупилась, то я этого не заметил. Метали из которого она выполнена не магнитный.
Ещё до заказа данного щупа, как и полагается человеку покупающему вещь в личное пользование, я выяснил интересующие меня вопросы касательно подобных щупов. И поэтому знал, что импортный разъем под названием «BNC» на щупе стыкуется с нашим байонетом «СР-50-73» на осциллографе не идеально – BNC разъем не до конца закручивается. И знал, что это легко исправляется подходящим надфилем.
Собственно так и вышло — во входной разъём осциллографа щуп вставлялся плотно, но вот зафиксировать его не получилось – угол проточенных пазов на BNC разъёме немного великоват. Что ж снимаю и аккуратно подтачиваю надфилем. Вот так выглядит адаптированный под отечественный байонет BNC разъём: 
Стоит отметить, что вес BNC разъёма этого щупа гораздо меньше веса разъёма СР-50-74 комплектного щупа. Это и неудивительно ведь в BNC металла используется гораздо меньше.
Покупался щуп для моего осциллографа С1-65. Этот осциллограф имеет заявленную полосу пропускания канала Y равную 0-35МГц (при спаде АЧХ не превышающей 3дБ, для 5мВ/дел), входную ёмкость не более 30пФ при сопротивлении равном 1.0МОм ±5%. Сопоставляем с характеристиками щупа – входное сопротивление подходящее, диапазон компенсации ёмкости тоже подходящий. Т.е. противопоказаний нет 🙂
В С1-65 есть встроенный калибратор, выдающий 1кГц меандр с амплитудой от 0.02 до 50В или постоянное напряжение с таким же диапазоном. Калибратор как раз и предназначен для проверки и подстройки канала Y осциллографа и комплектного делителя с коэффициентом деления Кд=10. К сожаленью мне осциллограф попал в руки лишь с одним таким щупом (далее по тексту я его буду называть комплектным, хотя на самом деле история его происхождения мне неизвестна): 
Калибратор осциллографа С1-65: 
Вот так выглядит принципиальная схема комплектного выносного делителя осциллографа С1-65 (которого у меня нет): 
А реальная принципиальная схема устройства обозреваемого щупа мне неизвестна, т.к. его конструкция не разборная, но зная то, что щуп представляет собой частотно-компенсированный делитель напряжения и, зная его параметры, полагаю, что она (схема) выглядит так: 
Где Rк – сопротивление центральной жилы кабеля щупа, а Cк – ёмкость образованная рядом расположенными центральной жилой и оплёткой кабеля щупа и его монтажа.
Параметры делителя на постоянном токе вычисляются следующим образом:
Сопротивление щупа Rщ=Rх+R2;
Коэффициент деления Kд=R2/(Rх+R2).
где Rх – общее сопротивление, состоящее из последовательно включённых сопротивлений резистора R1 и центральной жилы (сигнального провода) кабеля щупа Rк равного 100 Ом (измерено китайским мультиметром ADM-02), а R2 – входное сопротивление осциллографа (паспортные данные).
Т.е. в нашем случае на постоянном токе десятикратное деление напряжения обеспечивается делителем, состоящим из последовательно включенного резистора 8.9999МОм (+100Ом кабель) и 1.0МОм (±5%) входного сопротивления осциллографа.
На переменном токе параметры делителя вычисляются сложнее, т.к. уже участвуют ёмкости С1, ёмкость кабеля щупа и его монтажа — Ск, подстроечного конденсатора С2 и входная ёмкость осциллографа условно обозначенная как конденсатор С3.
Если отношение ёмкостей в ёмкостном делителе, образованном С1 и Ск+С2+С3(далее Сх) будет равно отношению сопротивлений в резистивном, то амплитудно-частотная характеристика щупа будет ровной во всем диапазоне, начиная от постоянного тока и до частот ограниченных общим (активным+реактивным) сопротивлением щупа (ведь 22.5пф указанные в характеристиках щупа на частоте 35МГц это реактивное сопротивление величиной 202Ома). Поэтому величину ёмкости конденсатора С1 выбирают, как правило, равной 1/9 величины ёмкости Сх. В нашем случае суммарную ёмкость входа осциллографа и щупа примем 30+120=150пФ (реально может и больше, но точно измерить ёмкость щупа нет возможности, поэтому взял максимальное значение заявленное в характеристиках), следовательно, ёмкость конденсатора С1 должна быть не более 16.7пФ. Изменением ёмкости подстроечного конденсатора С2 добиваются выполнения условия компенсации – Zc1*(R1+Rк)=Zcх*R2 (где Z=1/2πFC).
Настройка компенсации щупа.
Как и показано в инструкции к обозреваемому щупу при не настроенном делителе щупа меандр может принимать один из двух видов: 
Так выглядят прямоугольные импульсы при ёмкости щупа больше необходимой.
А так — при ёмкости щупа меньше необходимой. Осциллограммы с моего осциллографа с сигналом от калибратора при крайних позициях подстроечного конденсатора (С2). Кстати, расположен С2, как Вы уже поняли, на байонете: 
И так слишком большая ёмкость вызывает значительные выбросы по фронтам, недостаточная — их затягивание. Понятно, что при настроенном делителе форма вершины прямоугольного импульса должна стремится к ровной прямой (форма реального прямоугольного импульса отлична от прямоугольника — по фронту импульса в любом случае присутствует выброс в виде иголки, а по спаду присутствует скругление). Изменением ёмкости конденсатора С2 добиваются получения на экране осциллографа прямоугольных импульсов без завала фронтов, амплитуда выбросов на фронтах должна быть не более 5-10% от амплитуды импульсов. Для большей наглядности/точности я решил проводить настройку путём сравнения формы сигнала при измерении комплектным щупом и обозреваемым (с учётом вышеизложенных мыслей). Приступив к калибровке делителя щупа от встроенного в осциллографе калибратора я обнаружил как «вяло» меняется форма фронта импульса при значительной величине поворота подстроечного конденсатора (С2), что явно указывает на то, что для более точной калибровки делителя щупа в моём случае нужно использовать сигнал более высокой частоты. А значит, нужен был генератор прямоугольных импульсов частотой повыше. Поскольку в хозяйстве такого готового генератора не оказалось, то для этих целей был «собран» ВЧ генератор импульсов. Ну «собран» это не совсем подходящий термин в данном случае, т.к. вся конструкция представляет собой плату ардуино (к слову на тот момент плата ардуино была самодельной) с залитым нужным скетчем и подключенным к ней БП (скетч написан не мной, а товарищем maksim с ресурса arduino.ru). При хорошем источнике питания форма прямоугольных импульсов выдаваемых микроконтроллером atmega328 (на нём базируется моя плата ардуино) при частоте задающего генератора 16МГц имеет мало искажений на частоте вплоть до 2МГц. Проводить дальнейшую калибровку встроенного делителя обозреваемого щупа решено было на частоте равной 1МГц. Так выглядит тестовый генератор в сборе: 
А вот фото сравнения при настройке делителя щупа: 
1МГц на комплектном щупе.
1МГц на обозреваемом щупе в режиме х1.
Тоже в режиме х10.
А так выглядит вершина импульса с частотой сигнала 4МГц на моём осциллографе: 
Комплектный щуп слева, обозреваемый в режиме х1 – справа.
На фото хорошо видно, что обозреваемый щуп в таком режиме измерений проигрывает комплектному щупу и то, что оба щупа не годятся для столь точного наблюдения формы ВЧ сигнала (4МГц). Проигрыш обозреваемого щупа в таком тесте вполне закономерен, ведь в щупе подключен С2 и длина его кабеля значительно (на 33см) больше, а, следовательно, больше и его ёмкость. Однако в инструкции к щупу обозреваемый щуп в режиме х1 предлагают применять до частот величиною 6МГц. Оно конечно можно, но если чувствительность Вашего осциллографа по входу позволяет наблюдать сигнал с делителем (в режиме х10), то я рекомендую применять его и на частотах до 6МГц, т.к. это снижает входную ёмкость осциллографа, а, следовательно, вносит меньше искажений в исследуемый сигнал (наглядный пример на фото выше). Стоит отметить, что идеально откалибровать щуп у меня так и не получилось.
Вывод – лично меня щуп полностью устраивает. В паре с советским осциллографом с полосой пропускания до 100МГц обладающим высокоомным входом он выглядит привлекательней, чем комплектный. Покупать его есть смысл при отсутствии комплектного выносного делителя осциллографа.
Upd. 22.02.2019
Оказывается байонет довольно просто разбирается — необходимо лишь стянуть прорезиненный «хвост» щупа с металлического хвостовика байонета (см. фото). После этого нам откроется часть внутреннего мира щупа и одновременно с этим возможно придёт разочарование, т.к. центральная жила щупа выполнения из обычного медного многожильного провода (никакого нихрома/вольфрама), а сопротивление центральной жилы величиною 100 Ом достигается применением smd резистора распаянного на плате внутри байонета. Так же на плате помимо подстроечного конденсатора и резистора номиналом 100 Ом присутствует ещё один резистор номиналом 33 Ома. Номинал второго резистора может отличаться от моего в зависимости от емкости подстроечного конденсатора и максимальной заявленной частоты щупа. 
Как видно по фото — флюс не отмыт.
Плата прикручена к металлическому каркасу байонета винтом м1.7 винт так же выступает в роли проводника — соединяет дорожку платы с общим (каркасом).
Кабель щупа опресован хвостовиком байонета.
Причина пропадания контакта оказалась в отломанной центральной металлической жиле со стороны байонета. После зачистки оставшейся части центрального контакта скальпелем, он прекрасно облудился неактивным флюсом. 
В итоге схема щупа на самом деле выглядит скорее всего так: 
Какие выводы можно сделать? — Китайцы такие китайцы 🙂 А если серьёзно, то так как центральная жила из меди, то ни о каком распределенном сопротивлении речи быть не может. Соответственно точность на высоких частотах будет ниже… тем не менее, альтернатив за такую цену в свободной продаже не найти.
Измерительные щупы
Измерения — важнейший этап в электронике. Для этого существует уйма различных приборов и других электронных приборов. Посредниками между приборами и замеряемыми величинами являются щупы. О них мы с вами и поговорим в этой статье.
Виды щупов
Простые
Давайте для начала разберемся, какие щупы чаще всего используют в электронике. Итак, рассмотрим сначала самые ходовые щупы:
Поближе они выглядят вот так:
Они очень удобны для измерений различных крупногабаритных предметов, например, таких как советские резисторы (измерить сопротивление резистора), трансформаторы (замерить напряжение на первичной или вторичной обмотке), а также для различной силовой электроники. Короче говоря для предметов, по которым не промахнешься:-).
Для тонких работ
Предназначены для очень деликатных малогабаритных радиодеталей и другой мелочевки
Поближе они выглядят вот так:
Их иглы очень тонкие и острые, поэтому ими очень удобно измерять различные величины в какой-нибудь аппаратуре, а также в микроэлектронике. С ними везде можно подлезть 😉
Для SMD компонентов
Очень хороши щупы для замера SMD компонентов
На фото ниже я замеряю емкость SMD конденсатора.
Крокодилы
Когда лень или нет возможности удерживать щупы, для этого имеются специальные щупы-крокодилы
Для осциллографа
Еще одна разновидность щупов, это СВЧ щупы для осциллографа. В данном случае этот щуп от осциллографа OWON SDS 6062.
Этот щуп не просто два проводка под изоляцией. Здесь все намного сложнее. Внутри него используются даже некоторые радиоэлементы, так что самопальным щупом здесь не отделаетесь. Его лучше купить и не париться, если у вас есть осциллограф.
Примерно вот так щуп цепляется к моему цифровому осциллографу OWON
Как правильно выбрать щупы
Во-первых, не берите хлипкие за 50-60 рублей
в основном они идут вместе с приборами в комплекте.
При частом использовании они все время ломаются, приходится их подпаивать и тд. Они того не стоят. Лучше их положить в загашник и купить нормальные. Не пожалейте сотки две-три. Они себя окупят и будут служить вам верой и правдой.
Во-вторых, длинные щупы покупать тоже не стоит, так как чем они длиннее, тем больше их сопротивление, а значит, будет больше погрешность при измерениях.
Брал я их на Алиэкспрессе. Можете посмотреть и выбрать подходящие для вас вот по этой ссылке.
Тема: Щуп для осциллографа.
Щуп для осциллографа.
- Просмотр профиля
- Сообщения форума
- Домашняя страница
- Созданные темы
Re: Щуп для осциллографа.
- Просмотр профиля
- Сообщения форума
- Созданные темы
Re: Щуп для осциллографа.
- Просмотр профиля
- Сообщения форума
- Домашняя страница
- Созданные темы
Re: Щуп для осциллографа.
- Просмотр профиля
- Сообщения форума
- Созданные темы
Re: Щуп для осциллографа.
- Просмотр профиля
- Сообщения форума
- Домашняя страница
- Созданные темы
Re: Щуп для осциллографа.
- Просмотр профиля
- Сообщения форума
- Созданные темы
Re: Щуп для осциллографа.
- Просмотр профиля
- Сообщения форума
- Домашняя страница
- Созданные темы
Re: Щуп для осциллографа.
- Просмотр профиля
- Сообщения форума
- Созданные темы
Re: Щуп для осциллографа.
- Просмотр профиля
- Сообщения форума
- Домашняя страница
- Созданные темы
Re: Щуп для осциллографа.
Вот для чего нужен 1:10 делитель.
На входе осциллографа написано "1МОм, 35 пФ"
Это — без учета кабеля, который при длине 0,5м даст еще 25-50пФ, что сильно ограничивает полосу.
Делитель грубо дает 10МОм параллельно 12-20пФ. Это — гораздо более приемлемая нагрузка для испытуемой схемы.
По поводу конкретной модели сказать трудно — надо выбирать щуп с насадками для подтыкания к ножкам микросхем, если ВЧ осциллограф — с пружинкой для "земли" на концевую земляную трубочку, если двухканальный — изолированные вилки БНЦ (для дифференциального режима). Полоса по паспорту — не меньше полосы осциллографа.
Щуп осциллографа. Устройство и принцип работы
Эта статья для тех кто всегда хотел знать как устроен щуп осциллографа, но боялся спросить. Для тех кто начинает работать с осциллографом, а также для тех кто много лет работает, но никогда не хватало времени и сил для того, чтобы разобрать как устроен щуп(пробник) осциллографа на самом деле. Этот материал основан на статье Doug Ford «The secret world of oscilloscope probes» с некоторыми изменениями и дополнениями. В статье будут рассматриваться только пассивные щупы. Исследование работы будем проводить в популярном симуляторе электронных схем LTSpice. Разберем последовательно назначение и особенности каждого элемента, моделируя эквивалентные схемы начиная от простых вариантов и переходя к более реалистичным. Узнаем кто изобрёл и запатентовал первый прототип этого устройства в том виде в котором он используется сейчас. А также в конце рассмотрим как устроен реальный щуп фирмы Keysight(бывший Agilent) 10073C, вышедший из строя и давший согласие предоставить свои останки на благо научного прогресса.
Все кто работает в области электроники хоть раз сталкивался с измерением с помощью осциллографа. Существует много разновидностей пробников, в основном они делятся на активные и пассивные. Активные пробники могут быть самого разного устройства и назначения, и в этой статье не рассматриваются. Мы обратим внимание на наверное самый распространенный вариант пассивного пробника с коэффициентом деления равным 10 (либо с переключателем режимов 1 или 10) и входным сопротивлением 10 МОм с учетом входного сопротивления осциллографа 1 МОм. В комплекте осциллографа как правило имеется два таких щупа.
Рассмотрим его устройство. Если поискать в интернете как устроен щуп осциллографа, то чаще всего приводится схема представленная на рисунке 1. Входное сопротивление осциллографа равно 1 МОм. Емкость входа осциллографа как правило составляет от 10 до 30 пФ (мы возьмем 20пФ). Источником сигнала будет генератор с 50-омным выходом нагруженный на резистор
50 Ом. Эквивалентное выходное сопротивление такой схемы будет параллельное сопротивление (Rgen || Rload) = 25 Ом, такой выбор не случаен, о чем еще пойдет речь ниже. Эквивалентная схема щупа представлена как емкость кабеля в виде конденсатора на 100 пФ, наконечника с резистором делителя Rdiv и компенсирующего подстроечного конденсатора Ccomp. Делитель составленный из резисторов Rdiv и Rin образуют коэффициент пробника
Задача конденсатора Ccomp выровнять частотную характеристику тракта. Для того, чтобы коэффициент оставался 1/10 на всех частотах необходимо, чтобы конденсатор Ccomp равнялся 1/9 суммарной емкости кабеля и входа осц., и таким образом получаем значение
Рисунок 1 
Рисунок 2
Другой возможный вариант когда параллельно резистору Rdiv стоит постоянный конденсатор, а подстроечный ставится параллельно входу осциллографа как показано на рисунке 2. Для переключения в режим с коэффициентом 1 резистор Rdiv просто закорачивают. Еще одна возможная конфигурация, показанная на рисунке 3, когда цепь подстройки находится в основании щупа, а не в наконечнике. Такой вариант и будем рассматривать в дальнейшем. Входная емкость такой системы будет определятся как последовательное соединение емкости Cdiv и суммы емкостей Ccable, Ccomp и Cin и равняется 13,5 пФ. Именно входная емкость определяет полосу пропускания щупа, точнее она определяется RC цепочкой, составленной из входной емкости и внутреннего сопротивления той части схемы куда приложен щуп. В документации на пробник обычно указывается полоса пропускания, которая нормирована на эквивалентной внутреннее сопротивление источника равное 25 Ом, то есть, если щуп с полосой пропускания в 500 МГц, имеющий входную емкость в районе 12 пФ приложен к высокоомной цепи, например 1МОм, то полоса пропускания уменьшится до 12,5 кГц. В нашем же случае как видно из рисунка 4 штатная полоса пропускания оказалась равной 470 МГц.
Рисунок 3 
Рисунок 4
Посмотрим как влияет изменение ёмкости компенсационного конденсатора Сcomp на частотный отклик. На рисунке 5 показан результат моделирования при изменении емкости от 4 пФ до 24 пФ с шагом 2 пФ. Видно, что искажения начинаются уже с нескольких сотен герц. Правильно подобранная компенсация должна обеспечить ровную частотную характеристику.
Рисунок 5
На рисунке 6 влияние емкости Сcomp на форму измеряемого сигнала в виде прямоугольных импульсов. Последняя картинка знакома любому, кто хоть раз сталкивался с калибровкой щупа осциллографа. Осциллографы как правило оснащены внутренним генератором прямоугольных сигналов, который питает «калибровочный» терминал на передней панели. Частота калибровочного сигнала обычно составляет 1 кГц с амплитудой 1 В. Изменяя емкость подстроечного конденсатора в основании можно добиться максимальной «прямоугольности» импульсов, и тем самым максимальной ровности частотного отклика.
Рисунок 6
Как правило объяснение работы пассивного пробника на этом заканчивается. Но мы попробуем пойти немного дальше. Основное отличие приведенной схемы от реальной ситуации заключается в том, что кабель аппроксимируется сосредоточенной емкостью только на низких частотах. Для полной картины необходимо изменить модель кабеля с емкости на линию передачи, как показано на рисунке 7. Типичная длинна кабеля щупа равна 1,2 м. Определим погонную емкость из соображения сохранения общей емкости 100 пф, таким образом погонная емкость будет равна 100 / 1,2 = 83,3 пФ/м. Погонную индуктивность найдем из формулы
где Zo – волновое сопротивление кабеля – 50 Ом. Таким образом L=2500*83,3 = 208,3 нГн. Вставим полученные значения в нашу модель и построим АЧХ.
Рисунок 7 
Рисунок 8 
Рисунок 9
Как видно результат оказался чудовищный. На рисунке 8 и 9 представлены частотные характеристики на входе и выходе щупа. Видно, что кроме того, что искажения частотного отклика приняли неприемлемый вид, но и в результате переотражений происходит влияние на измеряемую схему на частотах выше 40 МГц, чем вообще говоря можно повредить устройство. Так происходим из-за несогласованности нагрузки и сопротивления источника с кабелем. Для тех кто не очень знаком с основами передачи сигналов в линиях передачи можно начать ознакомление с этой статьи. А мы пойдем дальше. Так что же делают разработчики пробников осциллографов для решения этой проблемы?
Если вы измерите сопротивление щупа в режиме 1х то увидите, что сопротивление не будет равно нулю. Измеренное сопротивление будет в районе 150-300 Ом. Можно предположить, что в щуп вставлены какие-то последовательные резисторы. Может в этом весь секрет. Давайте вставим в нашу симуляцию пару резисторов. Добавим на входе кабеля резистор 150 Ом, а также на выходе в отсеке регулировки добавим резистор 50 Ом. Результат моделирования показан на рисунке 11.
Рисунок 10 
Рисунок 11
Очевидно, что характеристика стала более плавной, хотя идеальной её по-прежнему трудно назвать. Полезная пропускная способность такой системы не превышает 40МГц. Настройка компенсационного конденсатора мало влияет на частотную характеристику или резонансные эффекты линии передачи. Таким образом, очевидно, что характеристики линии передачи зондирующего кабеля потенциально ответственны за некоторые серьезные ограничения полосы пропускания и частотной характеристики. Итак, в чем секрет дизайна высокочастотных щупов. Как производителям зондов удается добиться максимальной ширины полосы пропускания от зондов? Над этим вопросом думал молодой сотрудник компании Tektronix по имени John Kobbe в 50-е годы 20 века. Пытаясь подобрать размер и положение резисторов для получения гладкой характеристики, он в какой-то момент пришел к выводу, что требуется поставить резистор по середине кабеля. Впрочем, скоро ему пришла идея получше.
Если вы разберете ваш пробник и удалите из него все последовательные резисторы, а потом измерите сопротивление кабеля, то оно про прежнему будет далеко от короткого замыкания. Это происходим от того, что сама центральная жила имеет высокое сопротивление. Именно так поступил John Kobbe. Купив в магазине высокоомную проволоку, он вытащил центральную жилу, заменив ее на проволоку. На рисунке 12 показан кабель щупа в разрезе, видно, что центральная жила гораздо тоньше чем для обычного коаксиального кабеля и смята, что придает в свою очередь больше гибкости пробнику.
Рисунок 12
Так, что же это нам даёт? Вернемся к нашей модели и заменим последовательные резисторы на сопротивление потерь в линии передачи (рисунок 13).
Рисунок 13 
Рисунок 14
На рисунке 14 показан волшебный результат: плавный и монотонный отклик без неприятных отражений или аномалий– просто плавный, полезный отклик! Давайте посмотрим, чего мы еще сможем добиться используя этот подход. Рассмотрим как влияет изменение сопротивление центральной жилы на частотный отклик, будем изменять сопротивление от 100 до 200 Ом с шагом 10 Ом.
Рисунок 15 
Рисунок 16
Отсюда подбираем оптимальное сопротивление – примерно 140 Ом и получаем пробник с полосой пропускания более 230 МГц (рисунок 17) , что уже можно назвать неплохим результатом.
Рисунок 17
Этим нехитрым изобретением производители пробников пользуются и по сей день. Историю Джона Коббе можно почитать здесь. Подробнее про основы пассивных пробников можно почитать в книжке «Oscilloscope Probe Circuits» JOE WEBER 1969 г. А мы двинемся дальше.
Попробуем ещё немного улучшить нашу модель. Практические конструкции компенсационных схем могут быть самые разные и зависят от производителя. Мы же рассмотрим еще один часто встречающийся приём, а именно последовательно с кондесатором Ccomp поставим дополнительный резистор и будем менять его от 50 до 250 Ом с шагом 10 Ом.
Рисунок 18 
Рисунок 19
На рисунке 19 показан результат моделирования. Как видно можно подобрать оптимальное значение резистора для получения ровной характеристики. В нашем случае это значение получается равным 160 Ом (часто в примерах на этом месте встречается значение 68 Ом). Построим окончательный вариант схемы (рисунок 20).
Рисунок 20 
Рисунок 21
Внедрение правильной схемы компенсации позволило увеличить полосу пропускания до значения 450 МГц! Почти удалось добиться результата моделирования идеальной схемы из рисунка 3. Теперь мы знаем секрет создания пробника. Но, как уже говорилось выше, в реальности все гораздо сложнее и приходится учитывать паразитные составляющие всех элементов схемы.
Далее давайте посмотрим некоторые характеристики нашего новоиспечённого щупа. Рассмотрим время нарастания фронта и задержку распространения. Будем для наглядности сравнивать со схемой из рисунка 10 и схемой из рисунка 16.
Рисунок 22
На рисунке 22 показан отклик на прямоугольный импульс 10 В для трех схем, и исходный импульс в уменьшенном масштабе (голубой). Задержка всех моделей оказалась равной примерно 5 нсек. Последний вариант схемы с полосой пропускания 450 МГц (зеленый) показал время нарастания фронта менее 1 нсек, тогда как схема с полосой 230 МГц (красный) показала результат 1,7 нсек. Модель же с последовательными резисторами (коричневый) по длительности фронта не уступает последнему варианту щупа, но создает значительные искажения формы. Наносекундные различия во времени нарастания несущественны, если вы наблюдаете прямоугольный отклик звуковых операционных усилителей с микросекундным временем нарастания, но они становятся жизненно важными, если вы исследуете проблемы в высокоскоростных цифровых схемах.
Полезно также рассмотреть частотную зависимость входного сопротивления (импеданса) пробника. Как говорилось выше для постоянного напряжения и низких частот пробник x10 имеет входное сопротивление 10 МОм. На следующем рисунке 23, показана зависимость входного сопротивления от частоты. По оси Y указано входное сопротивление в дБ (140 дБ соответствует 10МОм). Видно, что емкость начинает оказывать определяющее воздействие на входной импеданс на высоких частотах, и выше 150 МГц падает до значения менее 100 Ом (40 дБ на графике).
Рисунок 23
Рассмотрим также как влияет заземляющая клемма на частотную характеристику. Типичный провод заземления пробника с зажимом составляет около 150 мм в длину. Типичная индуктивность провода составляет около 1 нГн /мм, поэтому заземляющий провод соответствует индуктивности 150 нГн. Так как место крепления заземляющего провода находится на некотором расстоянии от наконечника добавим еще 50 нГн. Вставим эту индуктивность в нашу модель щупа и посмотрим, как это повлияет на частотную характеристику.
Рисунок 24 
Рисунок 25 
Рисунок 26
На рисунке 25 и 26 частотная характеристика и фронт отклика во временной области щупа с индуктивностью (зеленый) показана в сравнении с предыдущим вариантом без индуктивности (красный). Характеристика значительно испортилась и стала демонстрировать немонотонность.
Рисунок 27
Для измерения сигналов выше десятков МГц в комплекте щупа всегда идут специальные насадки (рисунок 27) для заземления пробника максимально близко к наконечнику щупа во избежание возникновения индуктивных искажений.
Напоследок рассмотрим реально существующий вариант щупа фирмы Agilent (нынешний Keysight) 10073C, который пришел в негодность у меня на работе и был разобран. На рисунке 28 представлено основание щупа.
Рисунок 28
На рисунке 29 воссозданная схема в LTSpice. Сопротивление кабеля отличается от рассмотренных выше и равняется 2,2 МОм. Значения потенциометров, расположенных по бокам могут принимать значения до 500 Ом (R7-R10). Полоса пропускания по спецификации 500 МГц. Значения регулируемых емкостей неизвестно. Параметры используемого кабеля и емкости Сdiv также неизвестно. Со значениями используемыми в этой статье получилось только 426 МГц (рисунок 30).
Рисунок 29 
Рисунок 30
Пробники с высокой пропускной способностью спроектированы с использованием тщательно подобранного кабеля линии передачи и с минимизации воздействия сквозных отражений линии передачи.
Использование правильной схемы компенсации позволяет в разы увеличить полосу пропускания.
Пробник 10х имеет входное сопротивление 10 MОм только на низких частотах. На более высоких частотах в основном определяется входной ёмкостью.
Индуктивность заземляющего провода может разрушить точность формы сигнала и пропускную способность. Используйте комплект насадок из комплекта пробника, чтобы обеспечить низкую индуктивность.