Warum führt das Einfügen eines Widerstands in das gemeinsame Ende meiner Oszilloskopsonde dazu, dass Wechselstromrauschen so viel schlimmer aufgenommen wird?

Ich stochere im Inneren eines USB-Oszilloskops herum, in der Hoffnung, es so zu modifizieren, dass die Gemeinsamkeiten der Oszilloskopsonde auf unterschiedliche Spannungen bezogen werden können.

Wenn ich mein USB-Oszilloskop verwende, um ein 24-V-DC-Signal mit einer 10-fachen Sonde zu messen, erhalte ich vernünftige Ergebnisse.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nach meiner Berechnung ist diese 10x-Sonde ein 9-MOhm-Widerstand in Reihe mit dem 1-MOhm-Innenwiderstand des Oszilloskops. Also ein 10:1 Teiler.

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Indem ich der Sonde 10 MOhm hinzufüge, sollte ich sie in einen 20: 1-Teiler verwandeln. Wenn ich 10 MOhm in den positiven Signalpfad einfüge, erhalte ich einen groben 20:1-Effekt, aber ich beginne, Wechselstromrauschen mit 60 Hz zu sehen.

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Wenn ich stattdessen den Widerstand in den gemeinsamen Pfad zwischen dem gemeinsamen Signal und dem gemeinsamen Messfühler des Oszilloskops stecke, sehe ich wesentlich mehr Wechselstromrauschen.

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Mein USB-Oszilloskop ist mit einem handelsüblichen USB-Isolator von meinem PC isoliert. Kann mir jemand sagen was da schief läuft und wie man es beheben kann? Ich dachte, dies könnte nur eine Folge davon sein, dass all dies auf meinem Schreibtisch verstreut ist, anstatt mit minimalen Signalwegen angenehm zusammengelötet zu sein. Aber ich hätte erwartet, dass das Rauschen viel geringer ist und viel stärker auf physikalische Umlagerungen reagiert. Das Verschieben von Leitungen und Teilen hat keinen beobachtbaren Effekt. Und es würde immer noch nicht den Unterschied zwischen dem Einfügen des Widerstands in den positiven und den negativen Pfad erklären.

Warum passiert das und wie kann ich es beheben?

Schaltplan bitte? Vorzugsweise die mutmaßlichen Widerstände der Sonde plus Ihre und den ADC-Abgriffspunkt.
Ist das nur eine Folge davon, dass all das auf meinem Schreibtisch verstreut ist – sehr wahrscheinlich, ja
@ pjc50 Warum also die Asymmetrie zwischen den positiven und negativen Beinen?
Was genau erzeugt das 24-V-DC-Signal und welchen USB-Isolator verwenden Sie?
@BruceAbbott das 24-V-Signal ist ein Phoenix Uno-Netzteil und der USB-Isolator ist ein B & B UH401.

Antworten (1)

Sehen Sie sich den Fall an, der durch Ihre ersten Schaltpläne dargestellt wird. Nehmen wir an, es gibt eine Rauschquelle, die mit der Verbindung zwischen der Sonde und der 24-V-Versorgung koppelt. Beispielsweise ist die Kopplung schwach und entspricht einer Impedanz von vielen Megaohm. Da die 24V relativ niederohmig sind, würde die Störeinkopplung bei der Messung gar nicht erfasst werden.

Plündern Sie den Fall, der durch den zweiten Schaltplan dargestellt wird. Nehmen wir an, dieselbe Rauschquelle koppelt an die Verbindung zwischen der Sonde und dem 10-MOhm-Widerstand. Die Impedanz dieses Punktes zur Bezugsmasse beträgt etwa 5 MOhm. So wird sogar eine schwache Kopplung in vielen Megaohm Impedanz von der Rauschquelle in der Messung angezeigt.

Ich vermute, dass die Situation verbessert werden kann, indem der 10-Mohm-Widerstand so nah und direkt wie möglich an der Sonde angebracht wird. Verlängern Sie dann die Masse um die Sondenspitze herum mit Metallfolie, um den Anschluss und den Widerstand vollständig abzudecken.

Sehen Sie sich den Fall an, der durch das dritte Schema dargestellt wird. Wenn es zwischen dem Oszilloskop und der 24-V-Versorgung einen Erdschleifenstrom gibt, würde das Hinzufügen von 10 MOhm dazu führen, dass dieser angezeigt wird. Theoretisch würden 1 uA Masseschleifenstrom mit dem 10-MOhm-Widerstand als 10 V angezeigt.

Es ist asymmetrisch zu Fall 2, da jeder externe Strom, der mit dem gesamten 24-V-Gerät gekoppelt ist, über den 10-MOhm-Widerstand hinausgehen würde.

Die Lösung könnte darin bestehen, jede Erdschleifenkopplung aufzuspüren und zu eliminieren. Beispielsweise ist es nicht ungewöhnlich, dass die Funktionserde von Netzteilen und Geräten (direkt oder indirekt) über einen Megaohm-Widerstand und/oder einen kleinen Kondensator parallel mit der Gehäuseerde verbunden ist.

Entscheiden Sie in diesem Fall jedoch vielleicht, ob dies tatsächlich ein Problem ist, möglicherweise unterstützt durch eine Schätzung des Erdschleifenstroms (nehmen Sie beispielsweise Ihre Oszilloskopmessung vor und teilen Sie diese durch 10 MOhm). Wenn entschieden wird, dass es sich nicht um ein echtes Problem handelt, tolerieren Sie es bei der Verwendung des Oszilloskops und verwenden Sie nicht die Einrichtung wie in Schema 3.

Leider ist mein ganzes Ziel, zwei Oszilloskopsonden auf verschiedene Commons referenzieren zu können, was Schema 3 mir ermöglichen würde. Wenn es nicht möglich ist, brauche ich ein anderes Mittel, um das zu erreichen.
Das Hinzufügen von Widerständen zur Sondenmasse führt nicht zu dem, was Sie möchten (selbst wenn das Rauschproblem stark reduziert ist).
Warum nicht? Es scheint, wie es sollte.
Wenn Sie keine isolierten Sonden haben (dann würden Sie den Kludge überhaupt nicht brauchen), sind die Gründe für Ihre Sonden ein und dieselbe. Wenn Sie eine Masse über einen 10-M-Widerstand mit einer Spannung und eine andere über einen 10-M-Widerstand mit einer anderen Spannung verbinden. Der Strom fließt durch die beiden 10-M-Widerstände in Reihe und die Erdung der Sonde würde in der Mitte liegen.
Warum führt das Einfügen eines Widerstands in das gemeinsame Ende meiner Oszilloskopsonde dazu, dass Wechselstromrauschen so viel schlimmer aufgenommen wird?
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