Oscilloscoop-probe

Een oscilloscoop-probe is de verbinding tussen de ingang van een oscilloscoop en het te testen circuit, voor het meten van spanningen. De oscilloscoop-probe is ontworpen om het te meten signaal zo nauwkeurig mogelijk door te geven, het te testen circuit zo min mogelijk te beïnvloeden en een eenvoudige manier te bieden om verbinding met het te testen circuit te maken.

Oscilloscoop-probes zijn verkrijgbaar in drie typen:

  • niet-verzwakkend, de spanning aan de punt wordt direct doorgegeven aan de ingang van de oscilloscoop,
  • verzwakkend, de spanning aan de punt wordt verzwakt doorgegeven aan de ingang van de oscilloscoop,
  • omschakelbaar, tussen verzwakkend en niet-verzwakkend.

Niet-verzwakkende oscilloscoop-probe

Een oscilloscoopingang heeft een zekere ingangsimpedantie, bestaande uit weerstand en capaciteit. Wanneer een niet-verzwakkende oscilloscoop-probe of een omschakelbare oscilloscoop-probe in x1-stand gebruikt wordt, blijft de ingangsweerstand gelijk, maar de (parasitaire) capaciteit van de oscilloscoop-probe-kabel wordt toegevoegd aan de ingangscapaciteit van de oscilloscoop. Als gevolg wordt de bandbreedte van het totale systeem significant verlaagd.

Blokschema van een niet-verzwakkende oscilloscoop-probe en oscilloscoopingang

Figuur 1: Blokschema van een niet-verzwakkende oscilloscoop-probe en oscilloscoopingang

Warning: Oscilloscoop-probes die omgeschakeld kunnen worden tussen verzwakkend en niet-verzwakkend hebben een significant lagere bandbreedte in hun niet-verzwakkende stand.

Verzwakkende oscilloscoop-probe

Een verzwakkende oscilloscoop-probe of een een omschakelbare oscilloscoop-probe in verzwakkende stand bevat een RC-netwerk dat samen met de ingangsimpedantie van de oscilloscoop een verzwakker vormt. Deze verzwakt het ingangssignaal, en verhoogt de totale ingangsimpedantie. Als gevolg wordt een hoge bandbreedte en een minimale belasting van het te testen circuit bereikt.

Blokschema van een verzwakkende oscilloscoop-probe en oscilloscoopingang

Figuur 2: Blokschema van een verzwakkende oscilloscoop-probe en oscilloscoopingang

Compensatie

Om een constante verzwakking over het gehele gespecificeerde frequentiebereik van de oscilloscoop-probe te garanderen, moet de RC-verzwakker afgeregeld worden om de oscilloscoop-probe af te stemmen op de oscilloscoopingang. Dit wordt probe-compensatie genoemd.

Om de oscilloscoop-probe te compenseren moet de probe-punt op een 1 kHz blokgolf worden aangesloten en de oscilloscoop-probe aangesloten op een ingang van de oscilloscoop. Een omschakelbare oscilloscoop-probe moet in de verzwakkende stand gezet worden. Gebruik een kleine schroevendraaier om de stelschroef in de probe-connector te verdraaien, tot het scoopscherm een blokgolf met vlakke toppen toont. Onderstaande afbeelding toont de signalen van een ondergecompenseerde oscilloscoop-probe, correct gecompenseerde oscilloscoop-probe en overgecompenseerde oscilloscoop-probe.

Signalen van een ondergecompenseerde, correct gecompenseerde en overgecompenseerde oscilloscoop-probe

Figuur 3: Signalen van een ondergecompenseerde, correct gecompenseerde en overgecompenseerde oscilloscoop-probe

Een onjuist gecompenseerde oscilloscoop-probe geeft onjuiste meetresultaten bij hoogfrequente metingen. Het is daarom aanbevolen de compensatie van een oscilloscoop-probe te controleren en corrigeren wanneer een oscilloscoop-probe voor het eerst op een oscilloscoop wordt aangesloten, wanneer een oscilloscoop-probe op een andere oscilloscoop wordt aangesloten of wanneer een oscilloscoop-probe op een ander kanaal wordt aangesloten.

De oscilloscoop-probe met het circuit verbinden

Om de oscilloscoop-probe met het te testen circuit te verbinden, is een oscilloscoop-probe uitgerust met een klemhaak waarmee de probe-punt met een testpunt in het circuit verbonden kan worden. Om de massa van de probe-punt met de massa van het circuit te verbinden is de oscilloscoop-probe meestal voorzien van een massadraad met krokodillenklem, die aan een massapunt in het circuit geklemd kan worden. Dit levert een acceptabele en eenvoudige oplossing bij meten van laagfrequente signalen.

Oscilloscoop-probe met klemhaak en massadraad met krokodillenklem

Figuur 4: Oscilloscoop-probe met klemhaak en massadraad met krokodillenklem

Wanneer hoogfrequente signalen of signalen met hoogfrequente componenten (bijv. blokgolven) worden gemeten, kunnen de parasitaire inducties van de lange massadraad en de klemhaak in combinatie met de ingangscapaciteit overshoot en oscillaties in het gemeten signaal veroorzaken. Om dit te voorkomen zijn oscilloscoop-probes voor hoge frequenties uitgerust met een speciaal bajonetmassaklemmetje dat op de probe-punt geklemd wordt. Dit geeft een zeer korte massaverbinding met lage inductie, waardoor veel minder overshoot en oscillaties optreden in het gemeten signaal.

Oscilloscoop-probe met bajonetmassaklem

Figuur 5: Oscilloscoop-probe met bajonetmassaklem