Keysight Technologies Знакомство со стандартным осциллографическим пробником
Для проведения испытаний тестируемого объекта с помощью осциллографа переносного или стационарного используется специальное устройство – пробник. Он предназначен для подключения испытуемого объекта к входным разъемам осциллографа для передачи сигнала и отображения его на экране измерителя.
Пробник это не просто кабель (провод), имеющий на концах заостренные наконечники (штекеры). Существует большое разнообразие типов данного аксессуара. Каждый из них обладает определенными характеристиками, параметрами, которые необходимо учитывать, чтобы получить максимально точные, корректные результаты измерений. Наибольшее распространение имеют пассивные высокоимпедансные модели, используемые с осциллографами, имеющими полосу пропускания менее 1 ГГц.
Пробник осциллографа состоит из нескольких элементов. Прежде всего, это наконечник (штекер), играющий роль резистивного делителя, имеющего коэффициент 10:1. Он позволяет ослаблять поступающий сигнал в 10 раз. Следующий элемент – высокоимпедансный кабель. Интерфейсная (компенсаторная) часть, находящаяся на другом от штекера конце провода предназначена для подключения к входной клемме осциллографа.
Входной импеданс данного устройства при постоянном токе равен 10 Мом. Однако возрастание частоты поступающего на вход сигнала, ведет к возрастанию реактивного емкостного сопротивления, в то время как импеданс снижается.
Пассивный пробник относится к наиболее востребованному типу, так как отличается высокими техническими и эксплуатационными характеристиками: гибкость, прочность, низкая ценовая категория, возможность использования для решения наиболее популярных задач – поиск неисправностей, проведение базовых измерений.
Для получения наиболее точных результатов пробник и осциллограф необходимо между собой согласовать, скомпенсировать. Для этого в конструкции устройства предусмотрено наличие специального компенсирующего конденсатора, подстраиваемого, корректируемого таким образом, чтобы обеспечить согласованность входной емкости осциллографа и коэффициента RC пробника.
Для реализации этой процедуры осциллограф имеет специальную клемму входного калибровочного сигнала прямоугольной формы. Подключив штекер к компенсационному входу, необходимо откорректировать конденсатор пробника таким образом, что график на экране осциллографа имел форму наиболее приближенную к прямоугольной. Процедуре компенсации следует подвергать всякий пробник, используемый вместе с осциллографом. Только правильно скомпенсированный кабель позволит получить удовлетворительные результаты тестирования испытуемого объекта.
Как уже говорилось, наибольшее распространение имеют стандартные пассивные пробники с коэффициентом ослабления 10:1. Однако, не менее многочисленны и устройства с двумя коэффициентами: 10:1 и 1:1. В этом случае на аксессуаре предусмотрен специальный переключатель, позволяющий отключить резистор (резистивный делитель). Имея сопротивление 9 Мом, он подключается к цепи входного сигнала последовательно и вместе с резистором осциллографа (1 Мом) ослабляет сигнал с коэффициентом 10:1. Если же резистивный делитель отключить, с помощью специального переключателя, то сопротивление наконечника и резистора осциллографа будут равны между собой (по 1 Мом).
Устройство, имеющее два ослабляющих коэффициента, кроме многофункциональности обладает и другими преимуществами. В режиме 1:1 оно может использоваться для тестирования слабых сигналов (шум, пульсация, создаваемые источником питания), поскольку обладает низким собственным шумовым эффектом. Среди недостатков режима – сокращение полосы пропускания (до 25 МГц), что объясняется наличием высокой емкостной нагрузки, подключаемой к осциллографу параллельно.
Соединение осциллографа и тестируемого объекта при помощи пробника приводит к увеличению количества элементов тестируемой цепи, а его электрические параметры оказывают влияние на процедуру диагностики. Разумеется, эта цепь отличается от той, в которой пробник отсутствует, а, следовательно, и результаты проводимых исследований будут отличаться. В некоторых случаях, особенно при исследовании высокочастотных сигналов, точность измерений, другие рабочие характеристики, могут существенно снижаться.
Любой пробник характеризуется наличием нагрузок трех типов: резистивной, индуктивной, емкостной. Каждая из них оказывает на результаты замеров определенное влияние, которое не должно выходить за границы допустимых пределов. Для высокоимпедансного пассивного пробника в случае диагностики низкоскоростных сигналов наименьшие неприятности доставляет резистивная нагрузка. При этом наиболее значительным является эффект оказываемый делителем напряжения, образующимся в результате входного сопротивления пробника и выходного сопротивления цепи.
В данной формуле Zsource обозначает импеданс источника исследуемой цепи. Чем больше этот параметр по сравнению с собственным сопротивлением пробника, тем значительнее влияние нагрузки устройства на амплитуду тестируемого сигнала в сторону ее уменьшения. Так в случае, если Zprobe=10 Мом, а Zsource=1 Мом, то полученный результат покажет значение амплитуды на 9% ниже ее истинного значения.
Если исследования проводятся при постоянном токе, то параметры пробника зависят от резистивного компонента импеданса. При этом емкостное реактивное сопротивление устройства стремится к бесконечности, поэтому оно не оказывает на данные замеров никакого влияния. Увеличение частоты ведет к снижению емкостного сопротивления и увеличению его воздействия на параметры цепи, в частности возрастает количество энергии, потребляемой из тестируемой цепи
Еще одна проблема, с которой сталкивается исследователь при использовании пробника при проведении тестирования – так называемый, «звон» или затухающие колебания, наиболее частой причиной возникновения которых, является индуктивное сопротивление. Источником их служит резонансная индуктивно-емкостная (LC) цепь, состоящая из заземляющего провода аксессуара, его внутренней емкости, индуктивности штекера. Для определения частоты колебаний, возникающих в простой LC-цепи воспользуйтесь формулой:
Форма сигнала в большинстве случаев зависит от индуктивной нагрузки, источником которой может служить заземляющий провод. Чтобы удостовериться, что именно он является источником проблемы, а не исследуемая цепь, достаточно заменить его на более короткий вариант. Изменение формы сигнала в этом случае говорит о правильности высказанного предположения.
Как видно из всего вышесказанного, точность получаемых результатов исследований во многом определяется адекватным подбором пробника и соблюдением всех требований по его использованию. Корректный подбор аксессуара и осциллографа обусловливает надежность, достоверность получаемых сведений, осциллограмм.
Подводя итоги всех изложенных теоретических основ эксплуатации пассивного пробника можно сделать вывод, что наиболее удобными в исследовательской работе являются устройства с двумя ослабляющими коэффициентами. Кроме того, необходимо четко осознавать, что электрические параметры устройства оказывают воздействие, как на работу всей полученной цепи, так и на результаты замеров.
Начав свою деятельность в качестве производителя техники HewlettPackard, компания Keysight Technologies прошла трудный путь становления. Сегодня ее деятельность состоит не только в изготовлении современных измерительных приборов, но и в разработке программного обеспечения к ним, оказании различного рода услуг по их установке, внедрению новых технологий. Знания и опыт наших сотрудников, инженеров и специалистов позволяют нам открывать для наших клиентов двери в мир технологий будущего, воплощать в жизнь инновационные идеи.
Зарегистрировавшись на нашем сайте и оформив подписку на получение новостной информации, вы всегда будете в курсе последних достижений компании, выходе новых публикаций о продукции, контрольно-измерительном оборудовании, выпуск которого только предстоит.
Центр сервиса и метрологии компании Keysight Technologies предлагает широкий спектр услуг по решению любых задач, связанных с использованием измерительного оборудования – от планирования и разработки технологических линий, до приобретения новых средств измерений, их внедрения в уже существующие линии, модернизации устаревших приборов. Кроме того, мы готовы предложить помощь в калибровке, поверке измерительных устройств, их ремонту, усовершенствованию, модификации, обучению обслуживающего их персонала. Наше содействие повысит качество ваших исследований, скорость их проведения, будет способствовать снижению затрат.
Обратившись в ЦСМ Keysight за услугами по оказанию технической поддержки, вы можете рассчитывать на точность всех проводимых вами измерений, соответствие работы оборудования заявленной производителем сертификации.
Для получения дополнительных сведений о продукции, программном обеспечении, приложениях, услугах Keysight Technologies обратитесь к сотрудникам нашей компании на сайте или по телефону.