Sondas dos Osciloscópios

Uma visão geral ou tutorial sobre os vários tipos de pontas de prova de osciloscópio disponíveis para uso com osciloscópios.

Os osciloscópios são amplamente utilizados para testes e reparos de equipamentos eletrônicos de todos os tipos. Porém é necessário ter um método para conectar a entrada do osciloscópio ao ponto do equipamento em teste que necessita de monitoramento.

Para conectar o osciloscópio ao ponto a ser monitorado é necessário utilizar cabo blindado para evitar qualquer captação de sinais indesejados e além disso as entradas da maioria dos osciloscópios utilizam conectores BNC coaxiais. Embora seja possível usar um comprimento ímpar de cabo coaxial com um conector BNC em uma extremidade e fios abertos com pinças de crocodilo/jacaré na outra, isso não é o ideal e as pontas de prova do osciloscópio feitas sob medida fornecem uma solução muito mais satisfatória.

Sondas osciloscópios

As pontas de prova do osciloscópio normalmente compreendem um conector BNC, o cabo coaxial (normalmente com cerca de um metro de comprimento) e o que pode ser chamado de ponta de prova em si. Isto compreende um arranjo de clipe mecânico para que a ponta de prova possa ser conectada ao ponto de teste apropriado, e um clipe de aterramento ou aterramento a ser conectado ao ponto de aterramento apropriado no circuito em teste.

Deve-se ter cuidado ao usar pontas de prova do osciloscópio, pois elas podem quebrar. Embora sejam fabricados de forma robusta, qualquer laboratório de eletrônica considerará as pontas de prova do osciloscópio quase como itens “vivos” que podem ser descartados depois de um tempo, quando quebrados. Infelizmente, o facto de estarem presos aos cabos do equipamento coloca uma pressão tremenda na disposição mecânica dos clipes. Em última análise, esta é a parte que quebra.

Pontas de prova do osciloscópio X1 e X10

Existem dois tipos principais de pontas de prova de osciloscópio de tensão passiva. Eles são normalmente designados como X1 e X10, embora às vezes sejam vistos 1X e 10X. A designação refere-se ao fator pelo qual a impedância do próprio osciloscópio é multiplicada pela ponta de prova.

As sondas X1 são adequadas para muitas aplicações de baixa frequência. Eles oferecem a mesma impedância de entrada do osciloscópio que normalmente é de 1 MΩ. No entanto, para aplicações onde é necessária melhor precisão e à medida que as frequências começam a aumentar, são necessárias outras pontas de prova.

Para permitir que uma melhor precisão seja alcançada, são necessários níveis mais elevados de impedância. Para conseguir isso, atenuadores são incorporados na extremidade da ponta de prova que se conecta ao circuito em teste. O tipo mais comum de ponta de prova com um atenuador integrado oferece uma atenuação de dez e é conhecida como ponta de prova de osciloscópio X10. A atenuação permite que a impedância apresentada ao circuito em teste seja aumentada em um fator de dez, e isso permite que medições mais precisas sejam feitas.

Como a ponta de prova X10 atenua o sinal por um fator de dez, o sinal que entra no próprio osciloscópio será reduzido. Isto tem que ser levado em conta. Alguns osciloscópios ajustam automaticamente as escalas de acordo com a ponta de prova presente, embora nem todos sejam capazes de fazer isso. Vale a pena conferir antes de fazer uma leitura.

A ponta de prova do osciloscópio 10X usa um resistor em série (9 M Ohms) para fornecer uma atenuação de 10:1 quando usada com a impedância de entrada de 1 M Ohm do próprio osciloscópio. Uma impedância de 1 M Ohm é a impedância padrão usada para entradas de osciloscópios e, portanto, permite que as pontas de prova do osciloscópio sejam trocadas entre osciloscópios de diferentes fabricantes.

O circuito de sonda do osciloscópio mostrado é típico que pode ser visto – outras variantes com o capacitor de compensação variável na ponta são igualmente comuns.

Além das sondas de osciloscópio X1 e X10, também estão disponíveis sondas X100. Essas pontas de prova do osciloscópio tendem a ser usadas onde são necessários níveis muito baixos de carga do circuito e onde altas frequências estão presentes. A dificuldade de usar o é o fato do sinal ser atenuado por um fator de 100.

Compensação da ponta de prova do osciloscópio X10

A ponta de prova do osciloscópio X10 é efetivamente um atenuador e isso permite carregar muito menos o circuito em teste. Isso é feito diminuindo a carga resistiva e capacitiva no circuito. Ele também possui uma largura de banda muito maior do que uma sonda de osciloscópio X1 tradicional.

A ponta de prova de osciloscópio x10 obtém uma melhor resposta de alta frequência do que uma ponta de prova X1 normal por vários motivos. Isso é feito diminuindo a carga resistiva e capacitiva na ponta de prova X10 muitas vezes pode ser ajustada ou compensada para melhorar a resposta de frequência.

Para muitas pontas de prova do osciloscópio há um único ajuste para fornecer a compensação da ponta de prova, embora possa haver dois em algumas pontas de prova, um para a compensação LF e outro para a compensação HF.

Sondas que possuem apenas um ajuste, é a compensação LF que é ajustada, algumas vezes a compensação HF pode vir ajustada de fábrica.

Para obter a compensação correta, a ponta de prova é conectada a um gerador de onda quadrada no osciloscópio e o trimmer de compensação é ajustado para a resposta necessária – uma onda quadrada.

Como pode ser visto, o ajuste é bastante óbvio e rápido e fácil de realizar. Isso deve ser feito sempre que a sonda for movida de uma entrada para outra ou de um osciloscópio para outro. Não custa nada verificá-lo de vez em quando, mesmo que permaneça na mesma entrada. Como na maioria dos laboratórios, as coisas são emprestadas e uma sonda diferente pode ser devolvida, etc. .

Uma nota de cautela: muitas pontas de prova do osciloscópio incluem uma chave X1/X10. Isto é conveniente, mas deve ser entendido que a carga resistiva e capacitiva no circuito aumenta significativamente na posição X1. Deve-se lembrar também que o capacitor de compensação não tem efeito quando utilizado nesta posição.

Como exemplo do tipo de níveis de carga apresentados, uma ponta de prova típica do osciloscópio pode apresentar uma resistência de carga de 10MΩ juntamente com uma capacitância de carga de 15pF para o circuito na posição X10. Para a posição X1 a ponta de prova pode ter uma capacitância de possivelmente 50pF mais a capacitância de entrada do osciloscópio. Isso pode acabar sendo da ordem de 70 a 80pF.

Leia mais sobre . . . . Compensação da sonda dos osciloscópios.

Outros tipos de sonda

Além das pontas de prova de tensão padrão 1X e 10X, vários outros tipos de pontas de prova de osciloscópio estão disponíveis.

• Pontas de prova de corrente:   Às vezes é necessário medir formas de onda de corrente em um osciloscópio. Isto pode ser conseguido usando uma sonda de corrente. Ele possui uma sonda que se prende ao fio e permite que a corrente seja detectada. Às vezes, usando as funções matemáticas em um osciloscópio junto com uma medição de tensão em outro canal, é possível medir a potência, bem como observar as diferenças de fase. Leia mais sobre . . . . Sondas de corrente do osciloscópio.
• Sondas ativas:   À medida que as frequências aumentam, as sondas passivas padrão tornam-se menos eficazes. O efeito da capacitância aumenta e a largura de banda é limitada. Para superar essas dificuldades podem ser utilizadas sondas ativas. Possuem um amplificador logo na ponta da sonda permitindo fazer medições com níveis de capacitância muito baixos. Frequências de vários GHz são alcançáveis ​​usando sondas de osciloscópio ativo.

• Sonda diferencial:   Em alguns casos, pode ser necessário medir sinais diferenciais. Áudio de baixo nível, sinais de unidade de disco e muitos outros casos usam sinais diferenciais e estes precisam ser medidos como tal. Uma maneira de conseguir isso é sondar ambas as linhas do sinal diferencial usando uma sonda em cada linha como se houvesse dois sinais de terminação única e, em seguida, usar o osciloscópio para somar diferencialmente (ou seja, subtrair um do outro) para fornecer a diferença.
  
  Usar duas sondas de osciloscópio dessa maneira pode dar origem a vários problemas. A principal delas é que medições de terminação única desta natureza não proporcionam a rejeição necessária de quaisquer sinais de modo comum (isto é, Taxa de Rejeição de Modo Comum, CMMR) e é provável que haja ruído adicional. Pode haver um comprimento de cabo diferente em cada sonda, o que pode levar a diferenças de tempo e a uma ligeira distorção entre os sinais.
  
  Para superar isso, uma sonda diferencial pode ser usada. Isso usa um amplificador diferencial no ponto de sondagem para fornecer o sinal diferencial necessário que é então passado ao longo do cabo da ponta de prova do osciloscópio até o próprio osciloscópio. Essa abordagem fornece um nível de desempenho muito mais alto.
• Pontas de prova de alta tensão:   A maioria das pontas de prova de tensão de osciloscópios padrão, como o X1 ou X10, são especificadas apenas para operação em tensões de algumas centenas de volts, no máximo. Para operações acima disso, é necessária uma sonda de alta tensão adequada com sonda especialmente isolada. Ele também reduzirá a tensão de entrada do osciloscópio para que o instrumento de teste não seja danificado pela alta tensão. Freqüentemente, as pontas de prova de tensão podem ser X50 ou X100.

Resumo

As pontas de prova do osciloscópio são um complemento essencial para qualquer osciloscópio. Na maioria dos casos, sondas de osciloscópio passivo 10X podem ser usadas, mas outros tipos de sondas de teste precisam ser considerados, dependendo das aplicações previstas.

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Tutorial do Osciloscópio Inclui:

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