1

A k c e s o r i a

HAMEG Akcesoria pomiarowe

Znaczenie sond w dostarczaniu wiernego obrazu mierzo-nego sygnału przy pomiarach oscyloskopowych jest często niedoceniane. Dotyczy to szczególnie sond pasywnych, które są standardowym wyposażeniem oscyloskopów. Wszystkie sondy mają swoje wady i zalety, a wiedza na ten temat jest niezbędna do osiągnięcia optymalnej integralności sygna-łu. Każda sonda obciąża badany sygnał w mniejszym lub większym stopniu i w konsekwencji go zniekształca. Ściślej mówiąc, przebieg wyświetlany na ekranie oscyloskopu nie odzwierciedla wiernie rzeczywistości.

W celu minimalizacji tych oddziaływań użytkownik powi-nien zrozumieć przeważające uwarunkowania związane z testowanym urządzeniem. Dla większości pomiarów standardowa sonda jest więcej niż wystarczająca, jednak-że w pewnych przypadkach powinno się rozważyć dobór sondy bardziej odpowiedniej dla danego zastosowania. Przykładowo, przy pomiarach napięcia sieci elektroenerge-tycznej pasmo i pojemność wejściowa sondy nie są szcze-gólnie istotne. Z drugiej strony, jeżeli analizowane mają być podzespoły CMOS o czasach narastania rzędu kilku nanosekund, to standardowa sonda bardzo szybko ujawnia swoje ograniczenia.

W komplecie z większością oscyloskopów o paśmie do 500MHz dostarczane są standardowe sondy pasywne o poniższych parametrach:

q Pasmo zgodne z pasmem przenoszenia oscyloskopu q Tłumienie 10:1 q Rezystancja wejściowa 10MΩ q Pojemność wejściowa 10 do 20pF

Takie sondy są tanie i niezawodne, charakteryzują się akceptowalną impedancją i umiarkowanie obciążają bada-ny obwód. Dotyczy to jednak tylko sygnałów o częstotli-wościach od niskiej aż do dolnego zakresu megaherco-wego. W zakresie wysokich częstotliwości znaczącą wadą sond pasywnych jest ich pojemność wejściowa obciążająca badany obwód. Pojemność ta wynosi zwykle od 10 do 20pF, gdy tymczasem maksymalne obciążenie pojemnościowe obwodów standardu TTL jest określane na 100pF, zatem sama sonda już stanowi 10% do 20% dopuszczalnego obciążenia takich układów.

Ogólnie biorąc, sonda z jej pojemnością wejściową i stan-dardowym połączeniem z masą tworzy obwód rezonan-sowy, który jest pobudzany przez mierzony sygnał. Aby przesunąć częstotliwość rezonansową tego obwodu poza częstotliwość badaną, należy zredukować pojemność lub

indukcyjność. Nie jest możliwa redukcja pojemności, ale indukcyjność można zminimalizować przez skrócenie połą-czenia z masą obwodu. To wyjaśnia dlaczego we wszystkich instrukcjach obsługi zaleca się stosowanie możliwie jak najkrótszych przewodów masowych.

Część sond, jak np. HZ355 (rysunek 1) jest dostarczanych z szerokim zestawem akcesoriów zawierających m.in. małą sprężynkę uziemiającą. Sprężynka ma mniej niż 1cm dłu-gości, dzięki czemu ma znacznie mniejszą induktancję niż 10cm przewód masowy z końcówką krokodylkową.

Dodatkowo sonda ta jest wyposażona w akcesoria, które umożliwiają pomiary podzespołów o bardzo małym rastrze wyprowadzeń bez ryzyka spowodowania zwarcia. Jak poka-zano na rysunku 2 zielona nasadka na końcówkę sondy ma dwie plastykowe boczne osłony, przez które wysuwana jest

Sonda – łącznik między sygnałem i oscyloskopem

Rys. 1: Sonda pasywna HZ355 z krótką sprężynką uziemiającą

Rys. 2: Sonda HZ355 z wyposażeniem do pomiaru elementów o małym rozstawie wyprowadzeń

2

sprężynowa końcówka pomiarowa. Osłony boczne chronią końcówkę stykową przed zsunięciem się z testowanego wyprowadzenia i spowodowaniem zwarcia. Do układu sca-lonego można przykleić kawałek folii miedzianej zapewnia-jący najkrótsze możliwe połączenie z masą układu. Krótki sprężynowy styk masowy sondy zapewnia teraz połączenie z tą uziemioną folią. W ten prosty sposób, bez wielkiego wysił-ku, można wykonywać precyzyjne i bezpieczne pomiary.

Gdy takie akcesoria nie są dostępne w przypadku pod-stawowych sond, sprężynkę z rysunku 1 można zrobić samemu z odpowiedniego kawałka miedzianego drutu, który należy przylutować do punktu masy blisko badanego obwodu. Po zrobieniu tego można osiągnąć imponująca poprawę jakości sygnału.

Jeżeli impedancja punktu pomiarowego jest zbyt duża i punkt pomiarowy nie może być obciążony pojemnością 10 do 20pF, zalecanym wyborem jest sonda aktywna. Sondy takie charakteryzują się typowo pojemnością rzędu 1pF, rezystancją wejściową 10MΩ i szerszym pasmem. Sonda HZO30 jest dostarczana również z zestawem akcesoriów, które pozwalają na spełnienie prawie wszystkich wymagań w zakresie zapewnienia pewnego styku.

W dzisiejszych czasach powszechną cechą konstrukcji wielu obwodów są sygnały różnicowe. Przykładami mogą tu być niskonapięciowe wyjścia różnicowe przetworników analogowo-cyfrowych czy popularna magistrala danych CAN. Do prawidłowego wyświetlania takich sygnałów na ekranie oscyloskopu wymagane są sondy różnicowe. Ta trzecia grupa sond pomiarowych charakteryzuje się także niskimi pojemnościami wejściowymi (od 1 do 3pF) i wysoki-mi rezystancjami wejściowymi (od 200kΩ do 1MΩ). Wejścia dodatnie i ujemne podawane są na wzmacniacz różnicowy. Wyjście sondy jest niesymetryczne i podłączane jest do 50Ω wejścia oscyloskopu kablem koncentrycznym. Na ekranie wyświetlany jest zatem sygnał różnicowy. W ten sposób

eliminowane są zakłócające sygnał efekty sprzężeń zwrot-nych powstających np. w pętlach masy. Sonda różnicowa pozwala również na pomiary w systemach uziemiających, ponieważ sonda taka nie wymaga podłączenia do wspólnej masy badanego urządzenia i przyrządu pomiarowego.

Ujemne wejście sondy różnicowej może oczywiście zawsze być podłączone do wspólnej masy, gdy wejście dodatnie jest połączone z mierzonym sygnałem. W takim przypadku sonda różnicowa pracuje podobnie do zwykłej sondy nie-symetrycznej, takiej jak HZO30. Z tego powodu do aplikacji wymagającej zastosowania sondy aktywnej lepszym wybo-rem może być droższa, ale bardziej uniwersalna sonda HZO40.

Podsumowanie:Wpływ standardowych sond pasywnych na mierzony sygnał można zmniejszyć prostymi metodami, jak krótką sprężyn-ką masową Obwody, które są czułe na obciążenia pojem-nościowe wymagają zastosowania sond aktywnych. Sonda różnicowa powinna być używana, gdy są problemy z połą-czeniem z masą lub mierzone mają być sygnały różnicowe. Nie ma jednej sondy do wszystkich aplikacji. Aby osiągnąć możliwie najlepsze wyniki pomiarów, należy dobrać sondę odpowiednią do danego zastosowania.

Rys. 3: 1GHz sonda aktywna HZO30 z szerokim zestawem akcesoriów

Rys. 4: 200MHz aktywna sonda różnicowa HZO40