7 рекомендаций инженерам по измерению сигналов встроенных источников

Рис. 3. Сигнал напряжения Vds импульсного источника питания, захваченный в режиме высокого

разрешения.

3 совет. Использование связи по переменному току (закрытый вход) для исключения постоянной составляющей

При  исследовании  пульсаций  сигнала  постоянная  составляющая  интереса  не  представляет.  Обычно

уровень  шумов  и  пульсаций  существенно  ниже  по  сравнению  с  напряжением  источника  питания.  Если

динамический  диапазон  осциллографа  используется  для  определения  величины  смещения,  то  вряд  ли

удастся  тщательно  изучить  мелкие  подробности  сигнала.  Использование  осциллографа  с  закрытым

входом  (режим  «AC»)  позволяет  устранить  влияние  постоянной  составляющей  на  измерения,  повышая

линейность и расширяя динамический диапазон измерений.

4 совет. Ограничение полосы пропускания осциллографа и пробников

Ограничение  полосы  пропускания  —  это  простой,  но  зачастую  недооцениваемый  способ  уменьшения

уровня  шумов  и  расширения  динамического  диапазона.  Частота  сигнала  мощности  намного  меньше  (от

килогерц до десятков мегагерц), чем номинальная полоса пропускания осциллографа. Излишне широкая

полоса  пропускания  не  способствует  получению  дополнительной  информации  о  сигнале,  но  вносит

искажения в результаты измерений.

Именно  для  этой  цели  —  ограничение  полосы  пропускания  —  большинство  осциллографов  имеют

специальные  аппаратные  фильтры  нижних  частот  с  полосой  20-25  МГц.  Преимущество  аппаратных

фильтров  по  сравнению  с  программными  состоит  в  том,  что  они  не  оказывают  влияния  на  скорость

обновления сигналов.

Другой  подход  заключается  в  использовании  пробников  для  ограничения  полосы  пропускания.  Как

известно,  полоса  пропускания  измерительной  системы  равна  полосе  пропускания  «самого  слабого

звена». Осциллограф с полосой 500 МГц при использовании совместно с пробником, имеющим полосу 10

МГц, будет иметь полосу пропускания 10 МГц. Компания Keysight предлагает широкий набор пассивных,

активных  несимметричных,  активных  дифференциальных  и  токовых  пробников,  полосы  пропускания

которых позволяют проводить любые специфические виды измерений.

5 совет. Использование дифференциальных пробников для безопасного и точного измерения плавающего

напряжения без заземления

Заземляющий проводник пробника осциллографа подключается к шасси через корпус соединителя BNC.

В  целях  безопасности  корпус  осциллографа  подключается  к  системе  заземления  через  провод

заземления  кабеля  питания.  Заземление  осциллографа  может  не  соответствовать  способу  заземления

источника  питания.  Потенциал  многих  исследуемых  сигналов  измеряется  не  относительно  «земли»,  а

относительно  другой  точки  (является  «плавающим»).  Для  преодоления  этого  ограничения  разработчики

источников питания используют несколько методов.

Самым  распространенным  способом  является  изолирование  осциллографа  либо  путем  отключения

провода  защитного  заземления  кабеля  питания,  либо  путем  использования  развязывающего

трансформатора в линии питания. Однако следует иметь в виду, что этот прием может быть опасным из-

за  возможного  наличия  высокого  напряжения  на  корпусе  осциллографа.  Кроме  того,  результаты

измерений при изолированном корпусе могут быть неточными.

Другой  метод  измерения  «плавающих»  сигналов  источника  питания  заключается  в  вычитании  значения

сигнала  по  каналу  A  из  сигнала  по  каналу  B  с  использованием  двух  несимметричных  пробников

напряжения.  Для  измерения  интересующего  сигнала  применяются  два  входных  канала  и  два  пробника.

Затем с помощью функции математических операций осциллографа осуществляется вычитание сигналов

двух каналов с отображением результирующей осциллограммы.

Этот способ является относительно безопасным, так как осциллограф остается заземленным. Однако из-

за  рассогласования  коэффициентов  усиления  применяемых  пробников  использование  этого  метода

ограничено  в  случаях,  когда  синфазный  сигнал  сравнительно  мал,  а  коэффициент  ослабления

синфазного сигнала имеет величину менее 20 дБ (10:1).

Лучшим 

решением 

для 

измерения 

«плавающего» 

напряжения 

является 

использование

дифференциального  пробника  или  дифференциального  усилителя.  Дифференциальные  пробники

обеспечивают высокое значение коэффициента ослабления синфазного сигнала (обычно не менее 80 дБ

или  10  000:1),  что  позволяет  проводить  измерение  малых  величин  разностных  сигналов  с  высокой

чувствительностью  и  точностью.  Для  выполнения  безопасных  и  точных  измерений  «плавающего»

напряжения  рекомендуется  использовать  дифференциальные  пробники  с  подходящим  для  данного

приложения динамическим диапазоном и соответствующей полосой пропускания.

6 совет. Не рекомендуется использовать пробники и принадлежности, которые взаимодействуют с излучаемой

мощностью

Следует быть очень внимательным при выборе осциллографических пробников и принадлежностей. Дело

в  том,  что  15-сантиметровый  провод  заземления  и  наконечник  в  виде  крючка,  входящие  в  стандартный

комплект  поставки  пассивных  пробников  общего  назначения,  способны  воспринимать  наводки  помех,

излучаемых  в  эфир  источником  питания  или  другими  устройствами.  Кроме  того,  индуктивная  нагрузка,

обусловленная длинным проводом заземления, добавляет «звон» (затухающие колебания) в измеряемый

сигнал.

С другой стороны, более тонкий наконечник пробника и более короткий провод заземления — такие, какие

используются  в  BNC  адаптере  или  заземляющей  насадке  байонетного  типа  —  позволяют  существенно

снизить  уровень  шумов.  Это  достигается  путем  минимизации  контура  подключения  и  уменьшения

индуктивной нагрузки.

7 совет. Выбор пробников, которые позволяют не использовать настройки осциллографа с максимальной

чувствительностью

При  измерении  амплитуды  шумов  и  пульсаций  источника  питания  может  возникнуть  необходимость

использования  осциллографа  с  настройками,  обеспечивающими  максимальную  чувствительность  по

вертикали (В/дел.). В этом случае усилитель будет работать на пределе своих возможностей. Даже если

параметры функционирования прибора находятся в рамках спецификации, то все равно не всегда удается

добиться его оптимальных характеристик.

Вместо стандартных пассивных пробников с коэффициентом деления 10:1, поставляемых в комплекте с

осциллографами, рекомендуется применять пробники с коэффициентом деления 1:1. При использовании

пробника 10:1 не только в 10 раз увеличивается базовый уровень собственных шумов осциллографа, но и

минимальные  значения  настроек  коэффициента  вертикального  отклонения  (В/дел.)  также  в  10  раз

больше, чем с пробником 1:1.

Уменьшение величины отношения сигнал/шум приводит к сужению динамического диапазона измерений.

Использование  пробника  с  меньшим  коэффициентом  ослабления,  при  условии,  что  при  этом  не

превышается  максимальный  уровень  входного  напряжения,  позволяет  достичь  исключительно  высокой

целостности сигнала.

Для  получения  более  подробной  информации  свяжитесь  с  техническими  специалистами  компании

«Диполь».