Differentiële metingen

Spanning is gedefinieerd als het elektrische potentiaalverschil tussen twee punten. Dus als een spanning gemeten wordt, wordt deze gemeten tussen twee punten.

Single-ended oscilloscoopingangen

De meeste oscilloscoops zijn uitgerust met standaard, single-ended ingangen, die aan massa gerefereerd zijn. Dit houdt in dat een kant van de ingang altijd verbonden is met massa en de andere kant met het punt waarvan men de spanning wil weten.

Single-ended ingang

Dus, een spanning die gemeten wordt met een oscilloscoop met een standaard single-ended ingang wordt altijd gemeten tussen dat specifieke punt en massa.

Wat nu als de te meten spanning niet gerefereerd is aan massa? Een standaard single-ended oscilloscoopingang verbinden met de twee punten zou een kortsluiting tussen een van de twee punten en massa veroorzaken, waarbij mogelijk het te meten circuit en de oscilloscoop beschadigd worden.

Een veilige manier zou zijn de spanning op het ene punt, ten opzichte van massa te meten en ook op het andere punt. Daarna kan dan het spanningsverschil tussen de twee punten berekend worden. Op de meeste oscilloscoops kan dit gedaan worden door kanaal 1 met het ene punt te verbinden en kanaal 2 met het andere punt, beide kanalen te meten, kanaal 2 van kanaal 1 af te trekken via een math-functie en het verschil te tonen.

Single ended meten

Deze methode heeft enkele nadelen:

  • om een signaal te meten worden twee kanalen gebruikt.
  • door twee kanalen te gebruiken, wordt de meetfout groter. De meetfouten van beide kanalen worden gecombineerd, wat resulteert in een grotere totale meetfout.
  • De Common Mode Rejection Ratio van deze methode is relatief laag. Als beide punten een redelijk hoge spanning ten opzichte van massa hebben, maar een klein onderling verschil, kan het spanningsverschil alleen gemeten worden met een hoog ingangsbereik, wat resulteert in een lage resolutie / nauwkeurigheid.

Differentiële oscilloscoopingangen

Sommige oscilloscoops zijn uitgerust met een differentiële ingang. Een differentiële ingang is niet gerefereerd aan massa, maar beide kanten van de ingang zijn "zwevend".

Differentiële ingang

Het is daardoor mogelijk de ene kant van de ingang te verbinden met het ene punt in de schakeling en de andere kant van de ingang met het andere punt in de schakeling en de gewenste verschilspanning rechtstreeks te meten.

Differentieel meten

Voordelen van een differentiële ingang zijn:

  • Het is niet mogelijk via de oscilloscoop een kortsluiting naar massa te maken
  • Er is slechts een kanaal nodig om een signaal te meten.
  • De meting is nauwkeuriger, omdat slechts een kanaal gebruikt wordt wat een meetfout introduceert.
  • De Common Mode Rejection Ratio van een differentiële ingang is hoog. Als beide punten een hoge spanning hebben, maar de verschilspanning tussen de twee punten is klein, kan de verschilspanning in een laag bereik gemeten worden waardoor een hoge nauwkeurigheid mogelijk is.

Toepassingen

Er zijn diverse toepassingen voor oscilloscoops met differentiële ingangen.

Vermogensschakelingen

Een toepassing voor oscilloscoops met differentiële ingangen is meten in (switch mode) voedingen, motoraansturingen, frequentieregelaars. De hoge common mode-spanningen en lage spanningsverschillen maken de oscilloscoop met differentiële ingangen hier een ideaal instrument. Het gebruikt reduceert ook het gevaar van kortsluitingen, die beschadiging van circuit en instrument tot gevolg kunnen hebben.

Communicatiebussen

Oscilloscoops met differentiële ingangen kunnen ook goed gebruikt worden om te meten aan (hoge snelheid) digitale communicatiebussen als USB en CAN.

Om de signaalkwaliteit te waarborgen hebben deze bussen twee signaallijnen en een gemeenschappelijke massalijn. De twee signaallijnen voeren elk hetzelfde signaal, met het verschil dat ze elkaars inverse zijn. Dit reduceert het effect van externe stoorinvloeden, omdat de meeste externe storingen additief zijn en een gelijke spanningsverhoging (of verlaging) op beide lijnen introduceren. De verschilspanning blijft echter gelijk, dus de storing heeft geen effect op de communicatie. Om het eigenlijke signaal op de bus te meten, moet het verschilsignaal tussen de twee lijnen gemeten worden. Hierbij is een differentiële ingang zeer handig.

Audiosystemen

Een andere toepassing waar oscilloscoops met differentiële ingangen uitermate geschikt voor zijn is meten in professionele audiosystemen. Net als bij de bovengenoemde communicatiebussen gebruiken professionele audiosystemen ook twee signaallijnen en een gezamenlijke massalijn om de signaalkwaliteit te waarborgen. Dit wordt in de audiowereld "gebalanceerd" genoemd. Gebalanceerde audiosignalen kunnen met een differentiële ingang rechtstreeks gemeten worden.

Producten

TiePie engineering heeft een aantal producten voor het meten met differentiële ingangen.

Handyprobe HP3

De Handyprobe HP3 hoogspanningsoscilloscoop is een draagbare USB oscilloscoop met een differentiële hoogspanningsingang die spanningen tot 800 V DC / 566 V RMS (CAT II) kan meten.

Handyprobe HP3: 1-kanaals differentiële USB-oscilloscoop met hoogspanningsingang

De Handyprobe HP3 hoogspanningsoscilloscoop combineert een hoogspanningsingang met 10 bit resolutie, 100 MSamples/second en 1 MiSamples recordlengte.

Raadpleeg voor meer informatie en specificaties de pagina over de Handyprobe HP3.

Handyscope HS4 DIFF

De Handyscope HS4 DIFF is een krachtig computergestuurd meetinstrument met vier ingebouwde differentiële ingangskanalen.

Handyscope HS4 DIFF: 4-kanaals USB-oscilloscoop met differentiële ingangen

Verbonden via USB 2 biedt de Handyscope HS4 DIFF een instelbare ingangsresolutie van 12 bit, 14 bit of 16 bit, 200 mV tot 80 V volle schaal ingangsbereik, 128 Ksamples recordlengte per kanaal en een samplefrequentie tot 50 MHz op alle vier kanalen gelijktijdig.

Raadpleeg voor meer informatie en specificaties de pagina over de Handyscope HS4 DIFF.

Differentiële verzwakkers

Om het ingangsbereik van een differentiële ingang te vergroten, is een speciale differentiële verzwakker nodig. Om een differentieel signaal te verzwakken, moeten beide helften van het signaal verzwakt worden.

schema differentiële verzwakker

Standaard oscilloscoop-probes en verzwakkers verzwakken slechts een kant van het signaalpad. Deze zijn daardoor niet bruikbaar in combinatie met een differentiële ingang. Het gebruik van deze probes en verzwakkers op een differentiële ingang zal een negatief effect hebben op de CMRR en meetfouten introduceren.

single-ended verzwakking-mismatch

Om het ingangsbereik van de Handyscope HS4 DIFF te vergroten, wordt deze geleverd met vier differentiële 1:10 verzwakkers, de Differentiële verzwakker TP-DA10. Deze differentiële verzwakkers zijn speciaal ontworpen om met de Handyscope HS4 DIFF gebruikt te worden.

Differentiële verzwakker TP-DA10

Differentiële meetkabels

De Handyscope HS4 DIFF wordt geleverd met vier speciale meetkabels, de Meetsnoer TP-C812B, geschikt om differentiële metingen mee uit te voeren.

Meetsnoer TP-C812B: ruisarm differentieel BNC naar banaan-meetsnoer, 2 m

Deze kabels met een BNC aan een kant en twee 4 mm banaanstekers aan de andere kant waarborgen een hoge CMRR.

Differentiële probe SI-9002

Om een bestaande oscilloscoop met een differentiële ingang uit te breiden is de Differentiële probe SI-9002 de ideale oplossing.

Differentiële probe SI-9002

Deze differentiële probe biedt elke willekeurige oscilloscoop een differentiële ingang geschikt voor hoge spanningen. Zowel de positieve en de negatieve kant van de gebalanceerde ingang kunnen een spanning van 700 V verwerken en hun gevoeligheid loopt door tot 100 mV.

Raadpleeg, voor meer informatie en specificaties, de pagina over de Differentiële probe SI-9002.