NETES MÜHENDİSLİK
Profesyonel Üye
Diyelim ki, osiloskobunuz aralıklı olarak sorunlar oluşturuyor. Osiloskopa bir süredir sahipseniz ve ölçümler probu nasıl tuttuğunuza bağlıysa, arızanın en olası nedeni probun kendisidir. Örneğin, probu doğru tuttuğunuzda ölçüm mükemmeldir, ancak çok keskin çevirirseniz sinyali kaybedersiniz. Her iki durumda da, probun açısını değiştirdikçe sinyalin değiştiğini gördüğünüzde, tüm ölçümlerinizin doğruluğunu sorgulamaya başlarsınız.
Bu noktada yeni problar satın alma zamanı gelmiştir. Satın alma işlemi gecikme eğilimi gösterir, ancak osiloskobunuzun kalitesi yalnızca probların kalitesi kadar iyidir. Aynısı, onlarsız gelen yeni bir osiloskop için prob arıyorsanız da geçerlidir. Gerçek prob seçimi, onları ne için kullandığınıza bağlı olarak değişir, ancak kullanıcıların orijinal osiloskop üreticisi tarafından sunulan pahalı probları satın almak zorunda olmasına gerek yoktur. Yüksek kaliteli problar, Pomona gibi satıcılardan düşük maliyetle temin edilebilir. Onlar işi orijinaller kadar iyi yapabilir.
Elektronik endüstrisindeki çok sayıda uygulama (çok sayıda osiloskop türüyle birlikte), birçok prob türünü açıklamaya yardımcı olur. Pomona gibi şirketler, belirli modellere uygun problar satar, ancak doğru ölçümler için (özellikle genel olmayan osiloskoplarda), bir probun özelliklerini anlamak önemlidir. En önemlisi, giriş kapasitansı ve devre yüklemesi, bant genişliği ve frekans yanıtı ve gürültü davranışı bilgisidir. Son olarak, gerilim dışındaki parametrelerin ölçülmesi gerektiğinde, gerilim probları dışındaki problar devreye girebilir - buna bazı örnekler de verilmektedir.
İdeal prob
Probların dört temel gereksinimi vardır. Önünüzdeki devreye kolay bağlanabilmeli, sinyal kaynağına yüklenmemeli, sinyali doğru iletmeli ve gürültüden etkilenmemelidir. Pratikte, osiloskopun akımı algılayıp bir miktar çekmesi gerektiğinden, her zaman bir miktar yükleme olacaktır. Kaçak kapasitanslar ve endüktanslar nedeniyle her zaman bir miktar bozulma ve bir miktar gürültü olacaktır.
Bu etkiler, standart prob setleri kullanılarak, kablo uzunlukları kısa tutularak ve test edilen cihaza doğru boyutta problar ve doğru adaptör kullanılarak en aza indirilebilir.
İdeal olarak, bir prob sonsuz giriş direncine, sıfır giriş kapasitansına ve sonsuz gürültü reddine sahip olacaktır. Bu ideal gereksinimler ve prob maliyetleri arasındaki ödünler, üç geniş prob kategorisine yol açmıştır: genel amaçlı pasif problar, yüksek frekanslı ölçümler için aktif problar ve istenmeyen ortak mod sinyallerini ortadan kaldırmak için diferansiyel problar. Bu üç ana kategori bu makalede ele alınmaktadır.
Genel amaçlı problar
Genel amaçlı, pasif 1:1 problar (x1 probları olarak da adlandırılır, Şekil 1) her şeyden önce, test edilen bir devrenin osiloskop girişine kolay bağlanmasına yönelik temel talebi karşılamak üzere tasarlanmıştır. Başlangıçta bunlar, ergonomik olarak tasarlanmış bir devre tarayıcısı olan korumalı bir test kablosundan veya test edilen devreye bağlantı yapmak için bir dizi küçük timsah klipsinden biraz daha fazlasını içeriyordu.
Şekil 1: Pomona'nın genel amaçlı pasif probları için ana prob parametrelerini gösteren teknik prob özellikleri.
Bu problar (Şekil 2) osiloskobun giriş kanalının 1:1 uzantısını verir ve test edilen gerilim doğrudan osiloskopun girişine uygulanır. 1:1 probun uç kısmında, bağlı cihazın giriş direncini görüyoruz. Bu tip probun dezavantajı, prob ucunda sadece giriş direncinin görülmesi değil, buna paralel olarak kullanılan osiloskobun orijinal giriş kapasitansının yanı sıra tam kablo kapasitansını da görmemizdir.
Test frekansı artırılırsa, bu daha yüksek bir devre yüküne neden olur. Pratik tasarımlarda, 1:1 prob, çınlamayı azaltmak için yerleşik bazı seri dirence sahiptir ve bu, devrenin çıkış empedansı ile birlikte 1:1 probların kullanışlı bant genişliğini birkaç Mhz’den fazla olmayacak şekilde düşürür. 1:1 probla çalışırken, kullanıcının devresini yaklaşık 50 ila 150 pF'nin yüklediğini anlaması gerekir. Bu yük empedansı bağlandıktan sonra tüm devreler düzgün şekilde çalışmaya devam etmeyecektir.
Devre yükünün azaltılması
Büyük prob ucu kapasitansı nedeniyle devre yüklemesinin etkilerini azaltmak için, problar genellikle, prob ucunda prob kablosu kapasitansının sadece yaklaşık onda birini sunan 10:1 problar olarak yapılır. Bu amaçla, prob ucuna bir gerilim bölücü eklenir. Bu bölücü, kablo kapasitansını gerilim bölme oranıyla yaklaşık olarak aynı faktörle 'maskeler'. Bu nedenle 10:1 gerilim azalması, aynı kablo ve osiloskop girişi kullanılarak neredeyse 10 kat daha düşük prob ucu kapasitansı sağlar. Bu daha sonra çok daha geniş bir kullanışlı bant genişliğine izin verir ve çok daha düşük devre yüklemesi ile sonuçlanır. Ek bir fayda da, 10:1 probların, kullanılan bileşenlerin tam değerlerini hafifçe manipüle ederek, geniş bir bant genişliği ve düz frekans yanıtı ile sonuçlanan ayar ve düzeltmelere izin vermesidir.
Bölücü ağın etkisi ve gerçek gerilim bölümü, probun bağlı olduğu osiloskopun giriş empedansına da bağlıdır. Genel olarak, osiloskoplar 1 megohm giriş direnci gösterecek şekilde yapılmıştır ve 10 ila 25 pF'lik bir paralel kapasitans kaçınılmazdır. Problar daha sonra bu empedansla çalışacak ve 10:1 azaltma oranı sağlayacak şekilde tasarlanır.
Azaltma faktörleri arasında geçiş yapma
1 MHz' in altında, devre yüklemesini belirleyen probun giriş direncidir. Bunun üzerinde, giriş kapasitansı devreye girmeye başlar. Azaltma faktörleri arasında geçiş yapmak ayrıca giriş direncini ve kapasitansı ve dolayısıyla bant genişliğini ve ilgili yükselme süresini de değiştirir. 10:1 veya 100:1 prob, düz bir frekans/azaltma oranı vermek için bir osiloskobun giriş kapasitans aralığını telafi edecektir.
Prob reaktansı sistem bant genişliğini etkiler
Bir probun reaktansı, osşloskop/prob sisteminin bant genişliğini (maksimum –3dB frekansı) belirlemede en önemli katkı faktörüdür. Bant genişliği daha sonra gerçek sinyal genliğinden 3 dB'den daha düşük olmayan bir genlikle görüntülenebilen en yüksek frekans olarak tanımlanır. Doğrulama, yüksek frekans yanıtı ile düşük frekans yanıtı karşılaştırılarak yapılır.
Osiloskop üreticileri 'faydalı sistem bant genişliğini' belirtir. Bu, probun genel sistem bant genişliğini azaltmadan kullanılabileceği osiloskopun bant genişliğidir. 100 MHz' lik bir osiloskop ile kullanım için sunulan bir osiloskop probu, yine 100 MHz'lik bir sistem bant genişliği ile sonuçlanmalıdır. Bunu belirlemenin pek bir yolu olmadığı ve bundan yararlanmanın hiçbir yolu olmadığı için, probun yalnızca bant genişliğini nadiren bulursunuz. Problar, osiloskobun bant genişliğiyle eşleşmeli veya aşmalıdır - eğer bir prob 100 MHz'lik bir yalnızca prob bant genişliğine sahip olacaksa ve 100 MHz kapsamında kullanılacaksa, ekrandaki genlik, nominal frekansta 3 dB aşağı olacaktır. Ve bu 3 dB, yaklaşık %30'luk bir genlik azalmasına (hata) eşittir! Bu size büyük bir hata gibi geliyorsa, çoğu osiloskobun DC doğruluğunun %2 ile %3, bazen daha fazla olduğunu unutmayın. Birkaç kilohertz'in üzerindeki frekanslarda, frekans düşüşünün etkileri devreye girmeye başlar ve belirtilen bant genişliğinde genlik yanıtı 3 dB azalır. Bant genişliğinin dörtte birinde bile bu, %10 gibi kolaylıkla genlik hatalarına yol açabilir.
Yükselme sürelerini ölçmek
Bant genişliğine karşılık gelen bir darbe yükselme süresi vardır (anlık bir darbeye yanıt verme süresi). Kullanıcı bir sinyalin yükselme süresini ölçmek istediğinde, sinyalde bulunan en yüksek frekans bileşenleriyle başa çıkmak için yeterince geniş bir bant genişliğine sahip bir osiloskop artı prob kombinasyonu kullanması gerekir. Bu nedenle, osiloskop artı probun yükselme süresinin, incelenen sinyalinkinden önemli ölçüde daha kısa olması gerekir. Aksi takdirde, ölçüme, incelenen sinyale değil, osiloskop artı prob hakim olacaktır. Osiloskop ekranında ortaya çıkan yükselme süresinin yaklaşık %3 dahilinde olması için, osiloskop artı probların yükselme süresi, sinyal dalga formunun dörtte birinden az olmalıdır.
Darbe yükselme süresi ölçümlerinde giriş kapasitansı dirençten daha önemlidir, darbe genlik ölçümlerinde ise direnç daha önemlidir. Genel bir kural olarak, en düşük devre yükleme etkisi için en yüksek toplam giriş empedansına (en yüksek giriş direnci ve en düşük giriş kapasitansı) sahip bir prob seçin. Hızlı yükselme süresi, yüksek bant genişliği ile yakından ilişkili olduğundan, en iyi sonuçlar için en düşük kapasitansa sahip bir prob seçin. Aynı sinyali taşıyan birden fazla test noktası mevcutsa, en düşük devre empedansına sahip noktayı seçin, çünkü burada sinyal bağlanan probdan en az etkilenecektir. Pomona probları, tüm derecelendirilmiş prob bant genişliği boyunca tam, doğru bir gerilim ölçümü verecek şekilde tasarlanmıştır. Bu problar, günümüzün osiloskoplarının yüksek performans taleplerini karşılamak için düşük giriş kapasitansı ve yüksek bant genişliği gibi önemli özellikleri içerir.
Her osiloskobun kendi giriş direnci ve giriş kapasitansı vardır ve bir osiloskobun yanıtını etkilemekten kaçınmak için dikkatli prob tasarımı gereklidir. Kapasitif yüklemeyi önlemek için kablo uzunlukları kısa tutulmalıdır.
Yazının devamı için Tıklayınız.
Bu noktada yeni problar satın alma zamanı gelmiştir. Satın alma işlemi gecikme eğilimi gösterir, ancak osiloskobunuzun kalitesi yalnızca probların kalitesi kadar iyidir. Aynısı, onlarsız gelen yeni bir osiloskop için prob arıyorsanız da geçerlidir. Gerçek prob seçimi, onları ne için kullandığınıza bağlı olarak değişir, ancak kullanıcıların orijinal osiloskop üreticisi tarafından sunulan pahalı probları satın almak zorunda olmasına gerek yoktur. Yüksek kaliteli problar, Pomona gibi satıcılardan düşük maliyetle temin edilebilir. Onlar işi orijinaller kadar iyi yapabilir.
Elektronik endüstrisindeki çok sayıda uygulama (çok sayıda osiloskop türüyle birlikte), birçok prob türünü açıklamaya yardımcı olur. Pomona gibi şirketler, belirli modellere uygun problar satar, ancak doğru ölçümler için (özellikle genel olmayan osiloskoplarda), bir probun özelliklerini anlamak önemlidir. En önemlisi, giriş kapasitansı ve devre yüklemesi, bant genişliği ve frekans yanıtı ve gürültü davranışı bilgisidir. Son olarak, gerilim dışındaki parametrelerin ölçülmesi gerektiğinde, gerilim probları dışındaki problar devreye girebilir - buna bazı örnekler de verilmektedir.
İdeal prob
Probların dört temel gereksinimi vardır. Önünüzdeki devreye kolay bağlanabilmeli, sinyal kaynağına yüklenmemeli, sinyali doğru iletmeli ve gürültüden etkilenmemelidir. Pratikte, osiloskopun akımı algılayıp bir miktar çekmesi gerektiğinden, her zaman bir miktar yükleme olacaktır. Kaçak kapasitanslar ve endüktanslar nedeniyle her zaman bir miktar bozulma ve bir miktar gürültü olacaktır.
Bu etkiler, standart prob setleri kullanılarak, kablo uzunlukları kısa tutularak ve test edilen cihaza doğru boyutta problar ve doğru adaptör kullanılarak en aza indirilebilir.
İdeal olarak, bir prob sonsuz giriş direncine, sıfır giriş kapasitansına ve sonsuz gürültü reddine sahip olacaktır. Bu ideal gereksinimler ve prob maliyetleri arasındaki ödünler, üç geniş prob kategorisine yol açmıştır: genel amaçlı pasif problar, yüksek frekanslı ölçümler için aktif problar ve istenmeyen ortak mod sinyallerini ortadan kaldırmak için diferansiyel problar. Bu üç ana kategori bu makalede ele alınmaktadır.
Genel amaçlı problar
Genel amaçlı, pasif 1:1 problar (x1 probları olarak da adlandırılır, Şekil 1) her şeyden önce, test edilen bir devrenin osiloskop girişine kolay bağlanmasına yönelik temel talebi karşılamak üzere tasarlanmıştır. Başlangıçta bunlar, ergonomik olarak tasarlanmış bir devre tarayıcısı olan korumalı bir test kablosundan veya test edilen devreye bağlantı yapmak için bir dizi küçük timsah klipsinden biraz daha fazlasını içeriyordu.
Şekil 1: Pomona'nın genel amaçlı pasif probları için ana prob parametrelerini gösteren teknik prob özellikleri.
Bu problar (Şekil 2) osiloskobun giriş kanalının 1:1 uzantısını verir ve test edilen gerilim doğrudan osiloskopun girişine uygulanır. 1:1 probun uç kısmında, bağlı cihazın giriş direncini görüyoruz. Bu tip probun dezavantajı, prob ucunda sadece giriş direncinin görülmesi değil, buna paralel olarak kullanılan osiloskobun orijinal giriş kapasitansının yanı sıra tam kablo kapasitansını da görmemizdir.
Test frekansı artırılırsa, bu daha yüksek bir devre yüküne neden olur. Pratik tasarımlarda, 1:1 prob, çınlamayı azaltmak için yerleşik bazı seri dirence sahiptir ve bu, devrenin çıkış empedansı ile birlikte 1:1 probların kullanışlı bant genişliğini birkaç Mhz’den fazla olmayacak şekilde düşürür. 1:1 probla çalışırken, kullanıcının devresini yaklaşık 50 ila 150 pF'nin yüklediğini anlaması gerekir. Bu yük empedansı bağlandıktan sonra tüm devreler düzgün şekilde çalışmaya devam etmeyecektir.
Devre yükünün azaltılması
Büyük prob ucu kapasitansı nedeniyle devre yüklemesinin etkilerini azaltmak için, problar genellikle, prob ucunda prob kablosu kapasitansının sadece yaklaşık onda birini sunan 10:1 problar olarak yapılır. Bu amaçla, prob ucuna bir gerilim bölücü eklenir. Bu bölücü, kablo kapasitansını gerilim bölme oranıyla yaklaşık olarak aynı faktörle 'maskeler'. Bu nedenle 10:1 gerilim azalması, aynı kablo ve osiloskop girişi kullanılarak neredeyse 10 kat daha düşük prob ucu kapasitansı sağlar. Bu daha sonra çok daha geniş bir kullanışlı bant genişliğine izin verir ve çok daha düşük devre yüklemesi ile sonuçlanır. Ek bir fayda da, 10:1 probların, kullanılan bileşenlerin tam değerlerini hafifçe manipüle ederek, geniş bir bant genişliği ve düz frekans yanıtı ile sonuçlanan ayar ve düzeltmelere izin vermesidir.
Bölücü ağın etkisi ve gerçek gerilim bölümü, probun bağlı olduğu osiloskopun giriş empedansına da bağlıdır. Genel olarak, osiloskoplar 1 megohm giriş direnci gösterecek şekilde yapılmıştır ve 10 ila 25 pF'lik bir paralel kapasitans kaçınılmazdır. Problar daha sonra bu empedansla çalışacak ve 10:1 azaltma oranı sağlayacak şekilde tasarlanır.
Azaltma faktörleri arasında geçiş yapma
1 MHz' in altında, devre yüklemesini belirleyen probun giriş direncidir. Bunun üzerinde, giriş kapasitansı devreye girmeye başlar. Azaltma faktörleri arasında geçiş yapmak ayrıca giriş direncini ve kapasitansı ve dolayısıyla bant genişliğini ve ilgili yükselme süresini de değiştirir. 10:1 veya 100:1 prob, düz bir frekans/azaltma oranı vermek için bir osiloskobun giriş kapasitans aralığını telafi edecektir.
Prob reaktansı sistem bant genişliğini etkiler
Bir probun reaktansı, osşloskop/prob sisteminin bant genişliğini (maksimum –3dB frekansı) belirlemede en önemli katkı faktörüdür. Bant genişliği daha sonra gerçek sinyal genliğinden 3 dB'den daha düşük olmayan bir genlikle görüntülenebilen en yüksek frekans olarak tanımlanır. Doğrulama, yüksek frekans yanıtı ile düşük frekans yanıtı karşılaştırılarak yapılır.
Osiloskop üreticileri 'faydalı sistem bant genişliğini' belirtir. Bu, probun genel sistem bant genişliğini azaltmadan kullanılabileceği osiloskopun bant genişliğidir. 100 MHz' lik bir osiloskop ile kullanım için sunulan bir osiloskop probu, yine 100 MHz'lik bir sistem bant genişliği ile sonuçlanmalıdır. Bunu belirlemenin pek bir yolu olmadığı ve bundan yararlanmanın hiçbir yolu olmadığı için, probun yalnızca bant genişliğini nadiren bulursunuz. Problar, osiloskobun bant genişliğiyle eşleşmeli veya aşmalıdır - eğer bir prob 100 MHz'lik bir yalnızca prob bant genişliğine sahip olacaksa ve 100 MHz kapsamında kullanılacaksa, ekrandaki genlik, nominal frekansta 3 dB aşağı olacaktır. Ve bu 3 dB, yaklaşık %30'luk bir genlik azalmasına (hata) eşittir! Bu size büyük bir hata gibi geliyorsa, çoğu osiloskobun DC doğruluğunun %2 ile %3, bazen daha fazla olduğunu unutmayın. Birkaç kilohertz'in üzerindeki frekanslarda, frekans düşüşünün etkileri devreye girmeye başlar ve belirtilen bant genişliğinde genlik yanıtı 3 dB azalır. Bant genişliğinin dörtte birinde bile bu, %10 gibi kolaylıkla genlik hatalarına yol açabilir.
Yükselme sürelerini ölçmek
Bant genişliğine karşılık gelen bir darbe yükselme süresi vardır (anlık bir darbeye yanıt verme süresi). Kullanıcı bir sinyalin yükselme süresini ölçmek istediğinde, sinyalde bulunan en yüksek frekans bileşenleriyle başa çıkmak için yeterince geniş bir bant genişliğine sahip bir osiloskop artı prob kombinasyonu kullanması gerekir. Bu nedenle, osiloskop artı probun yükselme süresinin, incelenen sinyalinkinden önemli ölçüde daha kısa olması gerekir. Aksi takdirde, ölçüme, incelenen sinyale değil, osiloskop artı prob hakim olacaktır. Osiloskop ekranında ortaya çıkan yükselme süresinin yaklaşık %3 dahilinde olması için, osiloskop artı probların yükselme süresi, sinyal dalga formunun dörtte birinden az olmalıdır.
Darbe yükselme süresi ölçümlerinde giriş kapasitansı dirençten daha önemlidir, darbe genlik ölçümlerinde ise direnç daha önemlidir. Genel bir kural olarak, en düşük devre yükleme etkisi için en yüksek toplam giriş empedansına (en yüksek giriş direnci ve en düşük giriş kapasitansı) sahip bir prob seçin. Hızlı yükselme süresi, yüksek bant genişliği ile yakından ilişkili olduğundan, en iyi sonuçlar için en düşük kapasitansa sahip bir prob seçin. Aynı sinyali taşıyan birden fazla test noktası mevcutsa, en düşük devre empedansına sahip noktayı seçin, çünkü burada sinyal bağlanan probdan en az etkilenecektir. Pomona probları, tüm derecelendirilmiş prob bant genişliği boyunca tam, doğru bir gerilim ölçümü verecek şekilde tasarlanmıştır. Bu problar, günümüzün osiloskoplarının yüksek performans taleplerini karşılamak için düşük giriş kapasitansı ve yüksek bant genişliği gibi önemli özellikleri içerir.
Her osiloskobun kendi giriş direnci ve giriş kapasitansı vardır ve bir osiloskobun yanıtını etkilemekten kaçınmak için dikkatli prob tasarımı gereklidir. Kapasitif yüklemeyi önlemek için kablo uzunlukları kısa tutulmalıdır.
Yazının devamı için Tıklayınız.