Измерения в схемах с плавающим потенциалом с помощью дифференциальных пробников

Что такое измерение с плавающим потенциалом?

Измерение с плавающим потенциалом – это измерение напряжения, не привязанное к уровню общей «земли». Другими словами, при таких измерениях ни одна из сигнальных линий гальванически не связана с линией «земли».

При проведении измерений осциллографом в схемах с плавающим потенциалом с использованием обычных пассивных пробников существует опасность возникновения так называемого эффекта петли заземления, т.е. возникновения разности потенциалов между разнесенными и подчас не соединенными друг с другом «землей» осциллографа и «землей» измеряемой цепи.

Разность потенциалов между незаземлёнными корпусами приборов и схем, запитанных от разных обмоток трансформаторов, может достигать сотен вольт. В этом случае пользователь, который рукой касается металлической части осциллографа, а ногами стоит на земле, может попасть под опасное напряжение. В результате – короткое замыкание, порча оборудования и даже поражение пользователя электрическим током.

Какие приборы нужны для измерений с плавающим потенциалом?

Идеальным средством для проведения измерений в схемах с плавающим потенциалом являются осциллографы с изолированными каналами (с гальванической развязкой входов), например АКТАКОМ ADS-2029 или Rohde & Schwarz RTH1002 Plus.

Но что делать, если осциллограф уже есть в наличии, а приобрести осциллографы с гальванической развязкой входов не позволяет бюджет (а такие приборы стоят гораздо дороже обычных осциллографов)? В этом случае на помощь придут дифференциальные пробники.

Применение дифференциальных пробников для проведения измерений в схемах с плавающим потенциалом устраняет эффект петли заземления, а при подключении нескольких пробников – на каждый канал осциллографа – обеспечивает и дополнительную гальваническую развязку между каналами. При этом, стоимость дифференциального пробника, как правило, ниже стоимости нового осциллографа с гальванической развязкой.

Как эффект петли заземления устраняется в дифференциальном пробнике?

У такого пробника есть два разъема для подключения к сигнальным линиям, между которыми и проводят измерения.

Внутри пробника имеется дифференциальный усилитель, который преобразует напряжения между этими измеряемыми линиями в сигнал напряжения относительно линии «земли» для подачи на вход осциллографа, т.е. фактически создается своя «земля».

Выход дифференциального пробника подключается на вход осциллографа через разъем BNC.

Обратите внимание, что соединительный кабель BNC имеет разъемы с изоляционным покрытием, исключающим касание «земли» пробника пользователем, тем самым обеспечивая дополнительную защиту пользователя.

Как проводить измерения с помощью дифференциального пробника?

Для примера возьмем популярную модель DP-50 с полосой пропускания 50 МГц. На каждом пробнике указаны максимальные значения основных параметров.

Напротив входов пробника схематически отображено максимальное дифференциальное напряжение с постоянной составляющей (±3,5 кВ), а также максимальное напряжение каждого вывода относительно «земли» (6,5 кВ).

В нижней части корпуса приводится таблица, в которой указано максимальное напряжение для каждого значения коэффициента ослабления сигнала, которое можно выбрать поворотом ручки. Так, при выборе ослабления 1 к 1000 максимальное значение постоянного напряжения составляет 7 кВ в размахе и 2,3 кВ среднеквадратического значения для переменного напряжения.

Напротив выхода пробника, который соединяется со входом осциллографа, указано максимальное значение выходного напряжения пробника – ±8 В.

Так как пробник DP-50 является активным, то для питания его активных элементов, например, дифференциального усилителя, требуется отдельный внешний источник питания. Его вход расположен около выхода пробника.

После подключения внешнего источника питания загорается индикатор, сообщающий, что на пробник подано питающее напряжение.

Проведем измерение в обычной электрической розетке. Мы знаем, что среднеквадратическое значение напряжения там составляет 220 В. Выберем коэффициент ослабления дифференциального пробника с некоторым запасом – 1 к 200. Из таблицы на его корпусе видно, что максимальное переменное напряжение при этом ослаблении составляет 460 В.

Для измерения параметров сигнала будем использовать цифровой осциллограф АКТАКОМ ADS-6122. Этот прибор не имеет гальванической развязки каналов. Подключим выходной разъем BNC дифференциального пробника к входному разъему осциллографа.

Так как на пробнике выбран коэффициент ослабления 1 к 200, для правильного отображения значений на экране осциллографа, если есть такая возможность, надо выбрать аналогичное значение коэффициента ослабления в осциллографе. Нажимаем кнопку CH1, далее функциональную кнопку Probe, затем пункт меню Attenu и выбираем нужный коэффициент в меню, т.е. 200х.

Теперь подключаем измерительные провода с входов пробника к розетке и смотрим результат на экране осциллографа.

На нашем сайте представлен широкий ассортимент дифференциальных пробников.

Выбрать дифференциальные пробники Tektronix

Выбрать дифференциальные пробники Rigol