5. Czy mogę podpiąć dowolną sondę aktywną do oscyloskopów ze złączem BNC?

Już w samej nazwie – „sonda aktywna” – ukryta jest informacja o tym, że w jej wnętrzu znajduje się jakiś układ elektroniczny zapewniający odpowiednie parametry. Układ taki, jako aktywny wymaga zasilania i najczęściej zapewnia komunikację cyfrową z procesorem oscyloskopu. Dzięki temu jest możliwa identyfikacja tego elementu pomiarowego, można także wprowadzać parametry uzyskiwane podczas kalibracji. Z powyższego wynika, że każda sonda aktywna musi mieć odpowiedni wtyk zapewniający zasilanie, transmisję danych, regulację offsetu oraz przekazywanie samego sygnału pomiarowego. Z oczywistych powodów zwykłe złącze BNC nie spełnia tych wymagań.

Każdy producent stosuje przy tym własne rozwiązania, teoretycznie uniemożliwiające stosowanie sond innych marek. Na rynku można jednak spotkać specjalne adaptery, które przynajmniej częściowo omijają takie ograniczenia. Dołączenie jakiejkolwiek sondy aktywnej do złącza BNC nie jest jednak możliwe. Sonda nie będzie pracowała choćby ze względu na brak zasilania umieszczonego w niej wzmacniacza pomiarowego.

6. W jaki sposób realizować pomiar różnicowy w oscyloskopie z izolowanymi kanałami?

Pomiary różnicowe są niezbędne, jeśli zachodzi konieczność zmierzenia napięcia pomiędzy dwoma punktami znajdującymi się na pływającym potencjale względem punktu odniesienia (rysunek 8a). Idealnym przyrządem do takiego pomiaru jest właśnie oscyloskop z izolowanymi kanałami, w którym wszystkie wejścia pomiarowe i ich masy są całkowicie odseparowane galwanicznie od siebie. Oscyloskopy takie są zwykle zasilane bateryjnie, dzięki czemu nie mają kontaktu z zerem ochronnym sieci. Ale nawet, jeśli przewidziano dla nich zasilanie sieciowe, to są wyposażane w zasilacze mające specjalną konstrukcję, pozwalającą na bezpieczną pracę z zachowaniem separacji galwanicznej z siecią energetyczną. Dzięki przyjętym rozwiązaniom każdy kanał pomiarowy (przewód gorący i masa) może być dołączony bezpośrednio do dwóch punktów, nawet wtedy, gdy są one na pływającym potencjale. Warunkiem jest oczywiście nie przekroczenie dopuszczalnego napięcia pomiarowego dla używanego wejścia. Wynik pomiaru będzie poprawny, na ekranie zostanie wyświetlone napięcie występujące między końcówkami sondy pomiarowej (na oporności R_x z rysunku 8a).

Rys. 8. Pomiary różnicowe z użyciem oscyloskopu 

W klasycznym oscyloskopie masy wszystkich kanałów są ze sobą połączone, a dodatkowo mają one kontakt z chassis przyrządu i zerem ochronnym sieci energetycznej. Dołączenie masy oscyloskopu do punktu A będącego na pływającym potencjale (rysunek 8b) nieuchronnie doprowadzi do zwarcia, czego skutki mogą być przykre zarówno dla układu mierzonego, jak i dla oscyloskopu. Tą metodą nie można wykonać prawidłowego pomiaru.

Często stosowana jest więc metoda nie wymagająca żadnych dodatkowych zabiegów, dla której schemat połączeń przedstawiono na rysunku 8c. Wadą jest konieczność użycia dwóch kanałów pomiarowych do zmierzenia jednego napięcia różnicowego. Obie masy oscyloskopu są dołączane do masy układu pomiarowego (zero ochronne), a gorące końcówki pomiarowe są dołączane do punktów A i B znajdujących się na pływających potencjałach. Każdy współczesny oscyloskop cyfrowy ma zaimplementowane obliczenia matematyczne, a w nich na pewno jest możliwe obliczenie różnicy kanałów. Po włączeniu tej opcji na ekranie uzyskujemy interesujący nas przebieg napięcia występującego pomiędzy punktami B i A. Uzyskiwany tą metodą współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (CMRR) jest dość niski, nawet o kilka rzędów wielkości niższy w porównaniu ze specjalnymi sondami różnicowymi, a dodatkowo nie jest możliwe mierzenie sygnałów w szerokim paśmie. Należy ponadto zadbać o idealne zrównoważenie obu kanałów i zapewnienie identycznych wzmocnień, co w przyrządach cyfrowych nie jest proste ze względu na krokową, a co najwyżej quasi ciągłą regulację czułości.

Znacznie lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie specjalnej sondy różnicowej, której konstrukcja umożliwia dołączenie końcówek pomiarowych do punktów będących na pływającym potencjale. W tym przypadku masa oscyloskopu może być bez żadnego zagrożenia dołączona do zera ochronnego sieci energetycznej. Obliczenie różnicy napięć jest w tym przypadku zrealizowane sprzętowo w samej sondzie. Przy zastosowaniu dostępnych na rynku wysokonapięciowych aktywnych sond różnicowych pomiar może być prowadzony w szerokim zakresie częstotliwości z dużą dokładnością i wysokim CMRR.

7. Czy mogę podłączyć sondę różnicową do oscyloskopu z izolowanymi kanałami?

Stosowanie sondy różnicowej jest uzasadnione wtedy, gdy zachodzi potrzeba zmierzenia różnicy napięć na pływającym potencjale, co zostało wyjaśnione w odpowiedzi na poprzednie pytanie. W oscyloskopie z izolowanymi kanałami punkt odniesienia (masa wykorzystywanego kanału) może być dołączony do dowolnego potencjału bez takich następstw, jak zwarcie czy porażenie prądem, nawet wtedy, gdy potencjał ten jest wysoki. Jest to możliwe, gdyż masa każdego kanału oscyloskopu nie ma połączenia z chassis oscyloskopu, a więc nie jest dołączana do zera ochronnego sieci energetycznej.

Dysponując zwykłym oscyloskopem cyfrowym, bez galwanicznej izolacji kanałów, pomiar takiego napięcia musi być wykonany albo z użyciem dwóch kanałów i matematycznym obliczeniem różnicy napięć, albo z zastosowaniem jednej sondy różnicowej, która to obliczenie wykonana sprzętowo (dzięki wbudowanemu wzmacniaczowi różnicowemu). Poziomem odniesienia w drugim przypadku jest masa kanału pomiarowego. Jeżeli zostanie ona połączona z masą układu mierzonego (zerem ochronnym), to mierzone przez sondę napięcie różnicowe zostanie nałożone na dużą składową stałą równą potencjałowi jednej z końcówek sondy. Izolacja kanału w niczym nie zmienia zasady takiego pomiaru, umożliwia natomiast jednoczesny pomiar dwóch napięć znajdujących się na różnych, pływających potencjałach. Oczywiście wymaga to zastosowania dwóch kanałów, do których dołączono sondy różnicowe.