Соединение нижней стороны осциллографа

Все эти точки, отмеченные красными стрелками, соединены между собой физически металлом и проводами:

Например, «нижняя сторона» осциллографа представляет собой внешний металлический экран гнездового разъема BNC на передней панели устройства, который через корпус и кабель питания осциллографа подключается непосредственно к заземлению сети.

Зажим заземления пробника подключается непосредственно к экрану его собственного штекерного разъема BNC, который при подключении к осциллографу также подключается к заземлению сети через шасси осциллографа.

Отрицательная клемма настольного источника питания может быть или не быть соединена внутри с заземлением сети. Я предполагаю, что это на этой картинке, потому что я не вижу отдельной клеммы зеленого заземления.

Предположим, вы построили следующую схему, питаемую от настольного источника питания, и хотите измерить напряжение на светодиоде с помощью осциллографа:

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Вам сказали, что напряжение на зеленом светодиоде составляет около 2 В, верно? Вы просто хотите увидеть это сами. Это выглядит достаточно невинно, пока вы не нарисуете «скрытые» соединения с землей:

^{смоделируйте эту схему}

Если вы посмотрите внимательно, то увидите, что полностью замкнули резистор. С тем же успехом через него может быть прямой провод, потому что это именно то, что происходит, если вы подключаете «нижнюю сторону» осциллографа к нижней части светодиода.

По сути, мы подаем все 12 В источника питания прямо на светодиод, который «выпускает волшебный дым» и умирает действительно ужасной смертью. Если вы не проявите большую осторожность, вы также можете серьезно повредить осциллограф. Представьте себе огромный ток, который протекал бы через контур заземления через осциллограф, если бы вы случайно прикоснулись зажимом нижней стороны пробника непосредственно к положительной клемме источника питания.

«Вывод» заключается в том, что вы действительно не можете использовать осциллограф с питанием от сети для измерения напряжения на «любой старой вещи», как это можно сделать с помощью мультиметра с батарейным питанием. Вы всегда должны знать, что нижняя сторона пробника постоянно подключена к заземлению сети, и если какая-либо часть тестируемой цепи также подключена к земле сети, у вас есть «потенциал» для аварии (каламбур).

Оборудование с батарейным питанием не имеет «скрытых» соединений с заземлением сети и, следовательно, не может вызвать/пострадать от такого катастрофического разрушения. Конечно, есть и другие отличные способы уничтожить прекрасное и дорогое оборудование.

Да, ваш профессор дает вам хороший совет: убедитесь, что вы никогда не подключаете заземление прицела к чему-либо, кроме чего-то еще, что также заземлено. Многие системы умирают преждевременной смертью от несчастного случая, когда это правило не соблюдается, например, когда сбившийся с пути прицел задевает за землю какой-либо сильноточный компонент и замыкает его. Не будь таким человеком, будь очень осторожен.

Куда уходит земля прицела? К заземленному корпусу прибора, который подключен к защитному заземлению на входе питания. Этот тракт имеет очень низкий импеданс: вы измерили 2,6 Ом; это в основном от проводов вашего измерителя, а не от пути заземления прицела, который будет ниже этого.

Если вы собираетесь проводить дифференциальные измерения, используйте 2 датчика в «дифференциальном режиме» (инвертируйте один, суммируйте каналы). Многоканальные осциллографы поддерживают это. Каждый зонд по-прежнему заземлен сам по себе.

Вы также можете использовать дифференциальный пробник (больше $$$, но лучше).

Я не уверен, почему вы сделали это измерение, но это привело вас к тому, чтобы задать хороший вопрос. Обычно сторона низкого напряжения или общий провод зонда подключается к земле через третий контакт вилки шнура питания осциллографа. Прикосновение этого к цепи под напряжением, одна сторона которой заземлена, вызовет ток через заземление прицела, и, если вам повезет, он что-то взорвет в пробнике. Ток, вероятно, будет ограничен проводкой в ​​зонде и осциллографе, большинство из которых не предназначены для работы от сети. Ваш прицел имеет чувствительные электронные компоненты, и если на провод попал статический разряд, он может повредить некоторые части прицела, чувствительные к статическому электричеству. Такое заземление используется во многих настольных приборах, но не в портативных приборах с батарейным питанием. Будьте осторожны при использовании настольных приборов.

Я [...] измерил сопротивление между нижней стороной осциллографа и заземлением источника питания и увидел сопротивление 2,6 Ом.

Я не уверен, что можно извлечь из этого с точки зрения того, к чему внутренне подключена нижняя сторона осциллографа.

Он соединен с землей через импеданс с реальной частью = 2,6 Ом. Это было бы хорошей отправной точкой и вполне разумным наблюдением. Я попробовал это на своем конкретном осциллографе и щупе, получил Re(Z)=1,8 Ом. Фактический импеданс, конечно, сложный, и мнимая часть может быть значительной.

Так что вам решать, насколько значительна эта воображаемая часть. Начните с предположения, что осциллограф должен измерять сигналы на любой частоте в пределах своей полосы пропускания. Таким образом, у вас есть два ограничивающих сценария: f=0и f=BW. Исследуйте оба.

Тогда вы, надеюсь, также поймете, что импеданс может быть аппроксимирован только сопротивлением до определенной пороговой частоты. Вы начинаете с выбора некоторого порога, выше которого вы бы сказали, что мнимая часть импеданса является значимой. Эта пороговая частота позволит вам разделить полосу пропускания на две части: одна, где поведение будет таким, как если бы присутствовал только резистивный импеданс, и другая, где импеданс сложный (можете ли вы угадать, является ли он более емкостным или более индуктивным?).

Что касается того, какие физические компоненты отвечают за "составление" этого импеданса - их может быть довольно много, и многие из них могут находиться вне осциллографа, внутри строительной проводки. Напомним, что между нейтральным и заземляющим проводами на выходе, к которому подключен прицел, подключена индуктивность. Эта индуктивность возникает из-за соединения нейтрали с землей. Затем вспомните, что осциллограф имеет вход линии питания, который, вероятно, помещает конденсатор между нейтралью и землей. Затем вы могли бы исследовать их независимо, помня, конечно, об электробезопасности. Не ожидайте, что напряжение между нейтралью и землей будет равно нулю, и не подключайте никакие LCR-метры между этими клеммами!