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Este artigo apresentará os tipos e usos de várias sondas. O que é uma sonda?: O osciloscópio é o instrumento de medição mais comumente usado pelos engenheiros eletrônicos, e a ponta de prova do osciloscópio é, sem dúvida, o acessório mais comumente usado do osciloscópio. Uma ponta de prova do osciloscópio é um componente eletrônico que conecta o circuito em teste à entrada do osciloscópio. Sem a ponta de prova, o osciloscópio se torna apenas um ornamento e só pode ser usado como decoração. Antes de escolher uma ponta de prova do osciloscópio, é melhor ler o manual de instruções do osciloscópio para entender que tipo de ponta de prova é adequada para o osciloscópio que estamos usando. Os seguintes pontos que achamos que deveriam ser mais importantes na escolha de uma sonda:: Certifique-se de que o conector da ponta de prova corresponda ao conector do nosso osciloscópio. A interface da ponta de prova da maioria dos osciloscópios é uma interface BNC. Alguns osciloscópios podem ter interface SMA. Observe se a impedância e capacitância de entrada da ponta de prova selecionada correspondem à impedância e capacitância de entrada do osciloscópio. Porque todos queremos minimizar o impacto da ponta de prova no circuito em teste. Quão bem a impedância e a capacitância da ponta de prova correspondem ao osciloscópio * * Afeta a precisão do sinal de medição. https://pic3.zhimg.com/80/v2-5bcc1dd26e801a485478a93e375933d6_720w.jpgBNC interface https://pic2.zhimg.com/80/v2-9b2be07c20c56635b4b4f44e105f3bd9_720w.jpgSMA Alguns osciloscópios com interfaces suportam comutação de impedância de entrada de 50 Ω ou 1 MΩ. Mas para a maioria das medições, 1 MΩ é o mais comum. Uma impedância de entrada de 50 Ω é frequentemente usada para medir sinais de alta velocidade, como microondas. Existem também atrasos na transmissão de sinais em circuitos lógicos e medições de impedância de placas de circuito. A impedância de entrada de um osciloscópio muitas vezes pode ser avaliada em 1 MΩ ou 50 Ω, mas a capacitância de entrada do osciloscópio é afetada pela largura de banda e outros fatores de projeto. Normalmente, uma capacitância de entrada comum para um osciloscópio de impedância de 1 MΩ é 14pF. Este valor também pode estar entre 5pF e 100pF. Portanto, para fazer com que a ponta de prova corresponda à capacitância de entrada do osciloscópio, é necessário entender a faixa de capacitância da ponta de prova antes de selecionar a ponta de prova e, em seguida, ajustar a capacitância da ponta de prova através da haste de calibração. Esta é a compensação da sonda e também é o primeiro passo ao qual devemos prestar atenção ao usar a sonda. https://pic3.zhimg.com/80/v2-14b29ac4ba9de82d2878ffa2b6715896_720w.jpg Então, de quantas sondas e de quais sondas precisamos? Dependendo das nossas necessidades de medição, o número e o tipo de sondas necessárias também são diferentes. É um pouco como uma pessoa que joga SLR. Talvez ele tenha apenas uma câmera, mas geralmente possui muitas lentes. Por exemplo, se você estiver simplesmente medindo tensão CC, uma ponta de prova passiva de 1 MΩ é basicamente suficiente. No entanto, se for a diferença de tensão relativa entre o fio energizado e o fio energizado na fonte de alimentação trifásica que muitas vezes precisa ser medida em testes do sistema de energia, ou o fio energizado e o fio zero (neutro), então precisaremos usar uma ponta de prova diferencial. https://pic1.zhimg.com/80/v2-ab82fabf5b83f636af4748700653c0d0_720w.jpg Sonda diferencial sonda passiva A sonda passiva é a sonda mais comum. Geralmente, ao comprar um osciloscópio, o fabricante fornece vários como padrão. As pontas de prova passivas comuns consistem em uma cabeça de ponta de prova, um cabo de ponta de prova, um dispositivo de compensação ou outra rede de condicionamento de sinal e um conector de ponta de prova. Nenhum componente ativo, como transistores ou amplificadores, é usado nesses tipos de pontas de prova, portanto, nenhuma energia é necessária para alimentar a ponta de prova. No geral, as sondas passivas são mais comuns, mais fáceis de usar e mais baratas. Pontas de prova passivas comuns com taxas de atenuação ajustáveis incluem: 1×: Sem atenuação 10×: 10 vezes atenuação 100×: 100 vezes atenuação 1000×: 1000 vezes atenuação As pontas de prova de tensão passivas fornecem vários coeficientes de atenuação para diferentes faixas de tensão. Entre essas pontas de prova passivas, a ponta de prova de tensão passiva 10× é a ponta de prova mais comumente usada. Para aplicações onde a amplitude do sinal é de 1 V pico a pico ou menos, uma sonda 1× pode ser adequada ou até mesmo essencial. Em aplicações onde sinais de baixa e média amplitude são misturados (dezenas de milivolts a dezenas de volts), uma ponta de prova comutável 1×/10× é muito mais conveniente. No entanto, uma ponta de prova comutável 1×/10× é essencialmente duas pontas de prova diferentes dentro de uma ponta de prova, com não apenas coeficientes de atenuação diferentes, mas também largura de banda, tempo de subida e características de impedância (R e C) diferentes. Portanto, essas pontas de prova não podem corresponder perfeitamente à entrada do osciloscópio e fornecer o desempenho ideal alcançado com pontas de prova 10× padrão. A atenuação da ponta de prova é usada para estender a faixa de medição de tensão do osciloscópio através de um resistor interno que, quando usado com a resistência de entrada do osciloscópio, cria um divisor de tensão. Por exemplo, uma ponta de prova 10x típica equipada com um resistor interno de 9MΩ, quando usada em conexão com um osciloscópio com impedância de entrada de 1MΩ, produzirá um resistor de 10MΩ no canal de entrada do osciloscópio.: Razão de atenuação de 1. Isso significa que o sinal exibido no osciloscópio será 1/10 da amplitude real do sinal medido, portanto, muitas vezes precisamos ir às configurações do canal do osciloscópio para ajustar a taxa de atenuação para 10X. https://pic1.zhimg.com/80/v2-b1c2775303d05ff02ac85cd6ae76e714_720w.jpg Este recurso de atenuação nos permite medir sinais além dos limites de tensão do osciloscópio. E o circuito de atenuação resulta em maior resistência (geralmente uma coisa boa) e menor capacitância, o que é importante para medições de alta frequência. https://pic1.zhimg.com/80/v2-84e3eaf69fc42a325ca52b2120dacee8_720w.jpg10X Diagrama esquemático da ponta de prova passiva Ponta de prova ativa Como as pontas de prova ativas contêm componentes ativos como transistores e amplificadores e requerem suporte de fonte de alimentação, elas são chamadas de pontas de prova ativas. Mais comumente, o dispositivo ativo é um transistor de efeito de campo (PET), que fornece capacitância de entrada muito baixa. Baixa capacitância resulta em alta impedância de entrada em uma banda de frequência mais ampla. A largura de banda especificada das sondas FET ativas está geralmente entre 500 MHz e 4 GHz. Além da maior largura de banda, a alta impedância de entrada das sondas FET ativas permite que medições sejam feitas em pontos de teste de impedância desconhecida com risco muito menor de efeitos de carga. Além disso, fios terra mais longos podem ser usados porque a baixa capacitância reduz os efeitos do fio terra. As pontas de prova FET ativas não possuem a faixa de tensão das pontas de prova passivas. A faixa dinâmica linear das pontas de prova ativas está geralmente entre ±0,6V e ±10V. https://pic2.zhimg.com/80/v2-e96bb886ab825fb325891a67bd2763dd_720w.jpg Sondas Ativas Sondas Diferenciais As sondas diferenciais medem sinais diferenciais. Os sinais diferenciais são referenciados entre si e não com o terra. A sonda diferencial pode medir o sinal do dispositivo flutuante. Em essência, é composto por duas pontas de prova de tensão simétricas, que possuem bom isolamento e alta impedância ao terra. As pontas de prova diferenciais fornecem alta taxa de rejeição de modo comum (CMRR) em uma faixa de frequência mais ampla. Em comparação com a fiação de sinal comum de terminação única, as vantagens mais óbvias dos sinais diferenciais são refletidas nos três aspectos a seguir:: A capacidade anti-interferência é forte porque o acoplamento entre os dois traços diferenciais é muito bom. Quando há interferência de ruído externo, ele é acoplado às duas linhas quase ao mesmo tempo. A extremidade receptora se preocupa apenas com a diferença entre os dois sinais, de modo que o ruído externo do modo comum pode ser compensado ao máximo. Ele pode suprimir efetivamente a EMI. Da mesma forma, como a polaridade dos dois sinais é oposta, os campos eletromagnéticos por eles irradiados podem se anular. Quanto mais próximo o acoplamento, menos energia eletromagnética será liberada para o mundo exterior. O posicionamento de temporização é preciso porque a mudança de comutação do sinal diferencial está localizada na interseção dos dois sinais, ao contrário dos sinais comuns de terminação única que dependem de tensões de limite alto e baixo para julgar. Portanto, é menos afetado pelo processo e pela temperatura, pode reduzir erros de temporização e também é mais adequado para circuitos com sinais de baixa amplitude. O LVDS atualmente popular refere-se a esta tecnologia de sinalização diferencial de pequena amplitude. O princípio da amplificação diferencial significa que um par de sinais é inserido no circuito de amplificação ao mesmo tempo e depois subtraído para obter o sinal original. Um amplificador diferencial é um amplificador composto por dois transistores com os mesmos parâmetros e características usando acoplamento direto. Se sinais da mesma magnitude e fase forem recebidos nos dois terminais de entrada, a saída será zero, superando assim o desvio do ponto zero. https://pic2.zhimg.com/80/v2-5a7ee42e83fcb4fb943faa210f13ca5d_720w.jpg Diagrama esquemático da ponta de prova diferencial Ponta de prova de corrente Você pode estar pensando que se usar uma ponta de prova de tensão para medir o valor da tensão e dividi-lo pelo valor de impedância medido, você poderá facilmente obter o valor da corrente. Por que você precisa de uma sonda de corrente especial para medi-la? Como na verdade o erro introduzido por este tipo de medição é muito grande, geralmente não utilizamos o método de conversão de tensão em corrente. A sonda de corrente pode medir com precisão a forma de onda da corrente usando um transformador de corrente como entrada. O fluxo de corrente do sinal é convertido em tensão pelo transformador de indutância mútua, que é então amplificado pelo amplificador na ponta de prova e enviado ao osciloscópio. As sondas de corrente são basicamente divididas em duas categorias, sondas de corrente CA e sondas de corrente CA e CC. As pontas de prova de corrente CA são geralmente pontas de prova passivas e não requerem fonte de alimentação externa, enquanto as pontas de prova de corrente CA e CC são geralmente pontas de prova ativas. As sondas de corrente tradicionais só podem medir sinais CA porque a corrente CC estável não pode induzir corrente no transformador. A corrente alternada no transformador produz mudanças no campo elétrico e induz tensão conforme a direção da corrente muda. No entanto, usando o efeito Hall, um dispositivo semicondutor polarizado por corrente gerará uma tensão correspondente a um campo elétrico CC. Portanto, a ponta de prova de corrente CC é um dispositivo ativo e requer uma fonte de alimentação externa. https://pic1.zhimg.com/80/v2-e2c5d62db7fcb382c6c0dad241da0a4c_720w.jpg Sondas de corrente CA e CC Finalmente, vejamos algumas sugestões relacionadas às pontas de prova: Compensar adequadamente as pontas de prova: Osciloscópios diferentes podem ter capacitâncias de entrada diferentes e até mesmo canais diferentes do mesmo osciloscópio podem ter capacitâncias ligeiramente diferentes. Para resolver este problema, aprender a compensar e ajustar a sonda é a habilidade mais básica que os engenheiros devem dominar. Quando a ponta de prova estiver conectada ao circuito em teste, a extremidade terra da ponta de prova deve ser conectada ao fio terra do circuito em teste. Caso contrário, no estado suspenso, a diferença de potencial entre o osciloscópio e outros equipamentos ou o aterramento poderá causar choque elétrico ou danos ao osciloscópio, ponta de prova ou outro equipamento. Tente manter o fio terra da sonda o mais próximo possível do ponto que está sendo medido. Se o fio terra for muito longo, poderá causar distorção da forma de onda, como toque ou ultrapassagem. Quando os dois pontos de teste não estão no potencial de terra, uma medição "flutuante", também chamada de medição diferencial, deve ser realizada e uma ponta de prova diferencial profissional deve ser usada. As pontas de prova são cruciais para medições do osciloscópio. Em primeiro lugar, o impacto da sonda no circuito detectado deve ser mínimo e espera-se que a fidelidade do sinal suficiente possa ser mantida para os valores medidos. Se a ponta de prova alterar o sinal de alguma forma ou alterar a forma como o circuito opera, o sinal real visto pelo osciloscópio será severamente distorcido, o que pode levar a resultados de medição errôneos ou enganosos. Da introdução acima, pode-se concluir que há muitas coisas que merecem nossa atenção na seleção e uso correto das sondas.