응용 분야에 적합한 오실로스코프 프로브를 선택하는 방법

개요

오실로스코프 프로브는 아날로그 측정 시스템의 기본적인 부품입니다. 적절한 프로브를 사용하지 않으면 최고의 오실로스코프라도 무용지물이 됩니다. 따라서 테스트 회로를 오실로스코프에 연결하는 올바른 프로브를 선택하는 것이 중요합니다. 프로브를 선택하기 전에 프로브의 작동 방식과 지정 방법을 이해해야 합니다. 감쇠 비율, 대역폭, 임피던스, 커패시턴스는 오실로스코프를 사용하기 전에 모든 사용자가 알아야 할 스펙입니다.

내용

오실로스코프 프로브란 무엇입니까?

오실로스코프 프로브는 테스트 포인트와 물리적으로 접촉하고 테스트 회로의 전기적 신호 데이터를 오실로스코프에 전달합니다. 오실로스코프 프로브에는 패시브, 액티브, 차동, 전류 프로브 등 다양한 테스트 및 측정 요구사항을 충족하는 여러 유형이 있습니다. 기본 레벨에서 오실로스코프 프로브는 전도성 프로브 팁, 수동 조정용 프로브 헤드, 오실로스코프에 연결하는 케이블로 구성됩니다.

액티브 및 패시브 프로브

그림 1: 액티브 프로브와 패시브 프로브는 서로 다른 응용 분야에 적합하며 서로 다른 측정 기준을 충족합니다. 자세한 내용을 보려면 계속 읽으십시오.

패시브 프로브

패시브 프로브는 가장 널리 사용되며 수동 회로 소자만으로 구성되어 있습니다. 이러한 프로브는 테스트 포인트에서 오실로스코프 입력 단자까지 1:1로 직접 연결되거나 분압기나 다른 회로를 사용하여 특정한 값을 감쇠할 수 있습니다. 패시브 프로브는 일반적으로 저렴하지만 견고하며 유연합니다. 전압 측정에 사용되며 대역폭이 상대적으로 낮습니다. 표 1에 포함된 각 스펙에 대해 자세히 알아보려면 계속 읽으십시오.

패시브 프로브SP500XSP500CCP500XCP400X
대역폭500 MHz500 MHz500 MHz400 MHz
감쇠비10:1100:110:110:1
입력 저항10 MΩ100 MΩ10 MΩ10 MΩ
입력 커패시턴스11 pF4.6 pF10 pF13 pF
용량 보상 범위10~25 pF10~25 pF7~25 pF10~40 pF
상승 시간0.9 ns0.9 ns0.7 ns0.9 ns
최대 입력 전압300 V
(DC + 피크 AC)
300 V
(DC + 피크 AC)
60 V
(DC + 피크 AC)
60 V
(DC + 피크 AC)
오실로스코프 입력 임피던스1 MΩ1 MΩ1 MΩ1 MΩ
커넥터BNC-프로브 팁BNC-프로브 팁BNC-BNCBNC-BNC
케이블 길이1.2미터1.2미터1.2미터2미터

 

표 1: NI에서는 NI 오실로스코프의 성능을 최적화하기 위해 선택한 패시브 프로브를 제공합니다.

NI 오실로스코프와의 패시브 프로브의 호환성

모든 PXI 오실로스코프가 모든 프로브와 호환되는 것은 아닙니다. 패시브 프로브의 1 MΩ 입력 커패시턴스 범위는 특정 오실로스코프의 1 MΩ 입력 커패시턴스와 맞지 않을 수 있습니다. NI의 모든 오실로스코프 프로브에는 BNC 연결이 있어서 아래 표에 나타난 것처럼 SMA 또는 SMB 프런트패널 커넥터가 장착된 PXI 오실로스코프에는 어댑터가 필요합니다.

NI 오실로스코프SP500XSP500CCP500XCP400X
PXIe-5105
PXIe-5110
PXIe-5111
PXIe-5113
PXIe-5114
PXIe-5122
PXI-5124
PXI-5142
PXI-5152
PXI-5153
PXI-5154
PXIe-5160
PXIe-5162
PXIe-5163
PXIe-5164
PXIe-5170
PXIe-5171
PXIe-51721111
PXI-5922

 

1 SMB-BNC 어댑터가 필요합니다.

표 2: PXI 오실로스코프는 다양한 패시브 프로브를 사용할 수 있습니다.

로드 효과

오실로스코프 프로브는 여러 가지 방법으로 신호에 영향을 미칠 수 있습니다. 프로브의 입력 저항, 커패시턴스, 대역폭 모두는 프로브가 오실로스코프로 전송하는 신호에 변화를 불러옵니다. 이 섹션에서는 이러한 변화를 일으키는 물리적인 현상을 설명합니다. 이러한 효과의 실제 적용은 로드 효과의 예 섹션을 참조하십시오.

회로의 임피던스와 오실로스코프의 입력 임피던스는 함께 저역 통과 필터를 생성합니다. 매우 낮은 주파수의 경우 커패시터는 개방 회로로 작동하며 측정에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않습니다. 높은 주파수의 경우 커패시터의 임피던스가 상당히 커지고 오실로스코프에서 측정되는 전압이 낮아집니다. 그림 2는 주파수 영역에서 이러한 효과를 보여줍니다. 입력이 사인파이면 진폭은 주파수가 증가함에 따라 감소하는 경향이 있으며 위상은 이동합니다.

패시브 프로브의 주파수 응답

그림 2: 측정된 신호의 주파수가 높아지면 패시브 프로브의 주파수 응답이 떨어집니다.

또한 로드는 전압의 계단식 변화에 대한 오실로스코프의 반응에 영향을 미칩니다. 오실로스코프의 입력 임피던스 (및 프로브 커패시턴스)로 인한 로드는 저항성 로드와 용량성 로드라는 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 그림 3은 저항성 로드와 용량성 로드로 구분되는 프로브 및 오실로스코프 입력 단자의 로드를 보여주며, 이러한 로드는 독립적으로 분석할 수 있습니다. 저항성 로드는 전적으로 오실로스코프의 입력 저항에 의해 발생하지만 용량성 로드는 오실로스코프 입력 커패시턴스와 결합된 프로브 커패시턴스가 원인입니다.

회로의 로드는 (a) 저항성 로드와 (b) 용량성 로드로 나눌 수 있습니다.

그림 3: 회로의 로드는 (a) 저항성 로드와 (b) 용량성 로드로 나눌 수 있습니다.

그림 3의 저항성 로드 회로는 분압기 회로의 또 다른 예입니다. 따라서 오실로스코프 입력 단자 (VININ)에 전달되는 전압은 진폭이 감소된 Vs의 복제본입니다. 식 1은 VMAX가 주어졌을 때 시간에 따른 전압의 곱을 구하는 수식을 보여줍니다.

이 수식은 저항성 로드가 있는 분압기 회로의 동작을 보여줍니다.

식 1: 이 수식은 저항성 로드가 있는 분압기 회로의 동작을 보여줍니다.

용량성 로드의 효과는 더욱 복잡하며 전압의 지수적인 응답으로 이어집니다. 식 2에서처럼 VIN은 시간에 따라 0 볼트에서 VMAX 볼트로 바뀌는 VS 스텝 전압의 곱입니다.

용량성 로드의 효과는 시간에 따른 로그함수적 동작으로 이어집니다.

식 2: 용량성 로드의 효과는 시간에 따른 로그함수적 동작으로 이어집니다.

그림 4는 두 가지 로드 효과로 인한 스텝 응답을 보여줍니다. 저항성 로드에 따라 전압 스텝의 크기가 달라지지만, 웨이브폼의 모양은 바뀌지 않습니다. 용량성 로드는 단계의 상승 시간이 느려지지만 결국 이상적인 응답과 동일한 최종 값으로 안정됩니다. 시스템의 대역폭과 상승 시간은 반비례 관계입니다. 인스트루먼트의 대역폭이 효과적으로 감소되기 때문에 펄스 입력의 상승 시간과 하강 시간이 증가합니다.

이 분석에 사용된 회로 모델은 일부 실제 회로 유형에는 정확하지 않을 수 있습니다. 디지털 회로의 출력 저항 (드라이브 용량)은 출력 전압에 따라 달라지므로 로드 효과가 달라질 수 있습니다. 이 모델은 이러한 회로에 대해 100% 정확하지는 않지만 저항성 로드와 용량성 로드의 기본 원리는 여전히 적용됩니다. 즉, 로드 커패시턴스가 신호의 상승 시간을 늘리는 반면, 저항성 로드는 출력 진폭을 바꾸는 경향이 있습니다. 신호가 다음 로직 게이트에 도달하면 디지털 회로에서 상승 시간 증가는 지연이 늘어나는 것으로 반영됩니다. 이는 신호가 로직 임계점까지 상승하는 데 더 오래 걸리므로 다음 게이트가 나중에 전환되기 때문입니다. 일반적인 오실로스코프의 1 MW 입력 임피던스는 대부분의 디지털 회로 저항성 로드를 방지하기에 충분하지만, 1:1 프로브의 용량성 로드로 인해 신호에 상당한 지연이 발생합니다.

저항성 로드 (a)는 1 스텝의 전압 레벨을 변경하고, 용량성 로드 (b)는 지수적인 변경을 일으킵니다.

그림 4: 저항성 로드 (a)는 1 스텝의 전압 레벨을 변경하고, 용량성 로드 (b)는 지수적인 변경을 일으킵니다.

로드 효과의 예

이 섹션에서는 프로브 회로에서 발생하는 로드 효과의 두 가지 예를 보여줍니다. 각 예에서 회로 프로브의 결과로 발생하는 효과는 디바이스의 동작을 근본적으로 변경하거나 디바이스 작동을 완전히 중단시킬 수 있습니다.

용량성 로드

탱크 회로라고도 하는 LC 회로에는 인덕터와 커패시터가 병렬로 연결되어 있습니다. 이 회로의 단부 효과는 인덕터 코일이 인덕터와 커패시터에 따라 결정된 주어진 값에서 공명 주파수를 방출한다는 것입니다. 주파수는 식 3에 따라 지정됩니다.

LC 회로의 공명 주파수 수식

식 3: 이 식은 LC 회로의 공명 주파수를 지정합니다.

이 회로는 상업용 RFID 태그에서 사용되므로 로드 효과를 보여주는 예입니다. 그림 5는 RFID 칩의 매우 일반적인 LC 회로를 보여줍니다.

일반적인 RFID LC 회로

그림 5: LC 회로는 RFID 태그에서 사용됩니다. 이는 매우 일반적인 RFID LC 회로입니다.

이 회로를 설계하거나 테스트하는 엔지니어는 커패시터를 포함하는 라인을 프로빙하는 것이 좋습니다. 엔지니어가 이 회로의 전위가 높은 지점에 SP500X 프로브를 부착하면 그림 6과 같이 프로브의 커패시턴스는 높은 전위와 접지 사이에 C1과 병렬로 추가됩니다.

이 회로의 전위가 높은 지점에 부착된 SP500X 프로브. 그림 6과 같이 프로브의 커패시턴스는 높은 전위와 접지 사이에 C1과 병렬로 추가됩니다.

그림 6: 프로브의 입력 커패시턴스는 전류 흐름을 방지하는 방식으로 프로빙되지 않는다면 회로에 추가됩니다.

프로브의 커패시턴스가 추가되면 LC 회로의 공명 주파수가 식 4에 따라 변경됩니다.

SP500X 프로브에서 도입한 추가 커패시턴스는 LC 회로의 공명 주파수를 원래 주파수의 0.93배로 변경합니다.

식 4: SP500X 프로브에서 도입한 추가 커패시턴스는 LC 회로의 공명 주파수를 원래 주파수의 0.93배로 변경합니다.

이러한 주파수 변화로 인해 RFID 태그는 원래의 트랜스미터 주파수와 크게 다른 주파수를 방출합니다. 따라서 센서가 감지하거나 올바른 작동을 위해 기능적으로 특성화할 수 있는 충분한 에너지가 생성되지 않습니다.

저항성 로드

그림 7의 발진기 회로는 CMOS 인버터와 병렬로 연결되어 10 MΩ 값을 갖는 저항을 포함합니다. 프로브는 10 MΩ의 입력 저항을 가져 프로브를 통과하는 과도한 전류의 흐름을 방지해 테스트 회로에 영향을 주지 않습니다. 이 경우, 테스트 회로에는 저항이 높은 소자가 포함되어 있습니다.

시계 발진기 회로를 기능적으로 단순화하여 저항성 로드가 작동에 미치는 영향을 보여줄 수 있습니다.     

그림 7: 시계 발진기 회로를 기능적으로 단순화하여 저항성 로드가 작동에 미치는 영향을 보여줄 수 있습니다.

그림 8과 같이 엔지니어는 CTRA In의 접점에 있는 전위, 10 MΩ 저항, 크리스탈 발진기의 전원 공급에 관심이 있을 수도 있습니다. 이 프로브 포인트는 프로브의 10 MΩ 입력 저항을 10 MΩ 저항과 병렬로 놓아 분압기를 생성합니다. 이 회로의 크리스탈 발진기는 주어진 전압에서 작동해야 합니다. 예상되는 전압의 절반을 수신하면 발진기는 간헐적으로 작동하거나 전혀 작동하지 않을 수 있습니다.

크리스탈 발진기 회로에서 10 MΩ 저항과 병렬로 프로빙하면 회로 작동이 멈출 수 있습니다.

그림 8: 크리스탈 발진기 회로에서 10 MΩ 저항과 병렬로 프로빙하면 회로 작동이 멈출 수 있습니다.

1:1 프로브

1x 프로브라고도 하는 1:1 (일대일) 프로브는 오실로스코프의 1 MΩ 임피던스 입력을 측정 중인 회로에 연결합니다. 이러한 프로브는 손실을 최소화하고 쉽게 연결하도록 설계되었지만, 그렇지 않은 경우에는 케이블을 사용하여 오실로스코프를 연결해야 합니다. 그림 4는 테스트 회로에 연결된 임피던스가 높은 오실로스코프 입력 단자의 회로 다이어그램을 보여줍니다. 테스트 회로는 직렬 저항이 있는 전압 소스로 모델링됩니다. 1:1 프로브 (또는 케이블)는 상당한 양의 커패시턴스를 불러오고 이러한 커패시턴스는 오실로스코프 입력에 병렬로 나타납니다. 1:1 프로브는 대략 40~60 pF의 커패시턴스를 가질 수 있으며, 이는 일반적으로 오실로스코프 입력 커패시턴스보다 큽니다.

10:1 프로브 섹션의 설명대로 1:1 프로브를 구성하면 감쇠 프로브에서 기대하는 것과 같은 수준의 성능을 제공할 수 없습니다.

10:1 프로브

10:1 프로브 (10x 프로브, 분할 프로브 또는 감쇠 프로브라고도 함)에는 저항과 커패시터가 병렬로 프로브에 내장되어 있습니다. 그림 8은 오실로스코프의 높은 임피던스 입력 단자에 연결된 10:1 프로브의 회로를 보여줍니다. R1C1 = R2C2이면 이 회로는 두 커패시터의 효과가 정확히 무효화되는 놀라운 결과를 갖습니다. 실제로 이 조건은 정확히 충족되기 어렵지만 비슷하게 충족될 수는 있습니다. 일반적으로 커패시터는 조절 가능하며 거의 완벽하게 일치하도록 변경할 수 있습니다. 식 5는 이러한 조건에서 Vs와 VIN의 관계를 보여줍니다.

Vs와 VIN의 관계

식 5: 10X 프로브와 같은 감쇠 프로브는 이 식에서 설명하는 분압기 원리를 사용합니다.

이 식은 전압 분압기 식과 유사합니다. R2는 오실로스코프의 높은 입력 임피던스 (1 MW)의 입력 저항이며 R1 = 9R2입니다. 식 6은 10X 프로브를 사용한 식 5의 결과를 보여줍니다.

식 6: 10X 프로브의 전압은 오실로스코프 입력 단자 전압의 1/10입니다.

최종적으로 1:1 프로브보다 훨씬 넓은 대역폭을 갖는 프로브와 오실로스코프 입력 단자의 조합이 나타나는데, 이는 두 커패시터의 효과적인 취소 덕분입니다. 발생하는 문제는 전압 손실입니다. 이제 오실로스코프에서는 원래 전압의 1/10만 나타납니다 (이 때문에 이름이 10:1 프로브임). 또한 측정 중인 회로에 R1 + R2 = 10 MW의 로드 임피던스가 있는데, 이는 1:1 프로브보다 훨씬 높은 것입니다. 일부 프로브는 1:1과 10:1 작동 간에 편리하게 전환되도록 설계되었습니다.

C1이 적절히 조정되면 패시브 프로브의 커패시터의 효과가 무효화됩니다.

그림 9: C1이 적절히 조정되면 패시브 프로브의 커패시터의 효과가 무효화됩니다.

10:1 프로브의 경우 저항성 로드와 용량성 로드 효과는 1:1 프로브에 비해 줄어듭니다. 오실로스코프의 입력 커패시턴스는 이상적으로 무효화되지만 프로브 CPROBE로 인해 커패시턴스가 남아 있습니다. 제조업체에서 지정한 이 커패시턴스는 테스트 회로를 로드합니다.

측정되는 전압을 10으로 나눈 값이 오실로스코프에서 판독할 수 없을 정도로 작지 않다면 전압 손실 계수 10은 문제가 되지 않습니다. 이는 오실로스코프의 민감도와 신호 전압이 10:1 프로브를 사용할지 결정하는 요인이 될 수 있음을 의미합니다. 대부분의 오실로스코프에서 사용자는 10:1 프로브가 사용 중임을 기억해야 하며, 측정 결과값에 계수 10을 곱해야 한다는 점을 명심해야 합니다. 이는 성가시기 때문에 일부 오실로스코프에는 두 가지 크기 표시가 있습니다. 하나는 1:1 프로브에 유효하고 다른 하나는 10:1 프로브에 유효합니다. 다른 오실로스코프에서는 한 걸음 더 나아가 감쇠 프로브가 사용될 때 판독값을 올바른 값으로 자동 조정할 수 있습니다.

일부 10:1 프로브의 경우 프로브 입력 단자 전반에 저항이 있어서 저항성 로드는 1 MΩ입니다. 이러한 프로브는 1:1 프로브보다 저항성 로드가 개선되지는 않지만, 용량성 로드가 적습니다.

기타 감쇠 프로브

감쇠 프로브는 50: 1 및 100: 1 프로브와 같은 값으로 제공됩니다. 이러한 프로브의 일반적인 원리는 10:1 분할 프로브와 같아, 전압 레벨과 대역폭이 상쇄되어 더 넓은 대역폭을 얻는 대신 프로브에서 더 많은 손실이 발생하며 오실로스코프 입력 단자에 더 적은 전압이 공급됩니다. 이 경우 하위 레벨 측정에는 더 민감한 오실로스코프가 필요할 수 있습니다. 또한 대역폭이 넓지만 사용 분야가 제한적인 50 Ω 임피던스 패시브 프로브도 있습니다.

프로브 보정

감쇠 프로브의 대역폭을 최대화하려면 프로브 커패시터를 정밀하게 조정하여 오실로스코프의 입력 커패시턴스를 무효화해야 합니다. 이는 보상이라는 절차를 통해 이루어집니다.

오실로스코프 프로브는 오실로스코프에 내장된 교정기라고 하는 사각파 소스에 연결됩니다. 그런 다음 사각파가 꼭대기는 최대한 평평하고 사각형에 가깝도록 프로브가 조정됩니다.

프로브 보정

그림 10: 프로브 보정을 수행하려면 참조 신호가 필요합니다. NI 오실로스코프의 PFI 라인을 사용하여 사각파 참조를 생성할 수 있습니다.

1. 프로브의 BNC 끝을 오실로스코프의 CH0에 연결합니다. 프로브에 감쇠 셋팅이 여러 개이면 커패시턴스를 보정할 수 있는 셋팅을 선택합니다.

2. 연결 어댑터를 프로브의 끝에 연결하여 교정기와 접속할 수 있도록 합니다.

3. 프로브 팁을 교정기 소스에 연결합니다. NI PXI 오실로스코프의 경우 교정기는 PFI1입니다.

4. 전송 케이블에서 분리된 프로브 팁을 사용하는 경우 이 시점에서 프로브 팁과 전송 케이블을 연결해 측정 회로를 완성합니다. 이러한 방식으로 작동하는 프로브 팁은 일반적으로 BNC 또는 SMB 커넥터에 연결합니다.

5a. Scope Soft Front Panel (시작 메뉴->프로그램->National Instruments->NI-SCOPE->NI-SCOPE Soft Front Panel)을 엽니다. PXI 시스템에 오실로스코프 또는 디지타이저가 여러 개 있으면 프로브 보정을 위해 적절한 오실로스코프를 선택합니다. Scope Soft Front Panel 도구 모음의 유틸리티 메뉴에서 프로브 보상 신호를 활성화합니다. 프로브 보상 신호는 NI-SCOPE 인스트루먼트 드라이버를 사용하여 프로그램적으로 활성화할 수도 있습니다.


NI-SCOPE Soft Front Panel에는 프로브 보상 유틸리티가 내장되어 있습니다.

그림 11: NI-SCOPE Soft Front Panel에는 프로브 보상 유틸리티가 내장되어 있습니다.

5b. 기존의 박스 또는 벤치탑 오실로스코프를 사용하는 경우 인스트루먼트의 프런트패널은 교정 신호를 표시해야 합니다.

6. 튜닝 가능 커패시터를 조정하여 웨이브폼을 최대한 정사각형으로 만듭니다. 그림 12a 및 12b는 과다 보상 및 과소 보상된 프로브로 보상되는 동안 오실로스코프 표시를 보여줍니다. 그림 12c는 프로브가 적절히 보정되는 경우의 표시를 보여줍니다.

과다 보상 (a) 및 과소 보상 (b) 프로브는 신호를 잘못 나타내고 잘못된 측정으로 이어집니다. 적절하게 보상된 프로브 (c)는 신호의 진정한 특성을 나타냅니다.

그림 12: 과다 보상(a) 및 과소 보상(b) 프로브는 신호를 잘못 나타내고 측정값이 올바르지 않습니다. 적절히 보정된 프로브(c)는 신호의 실제 특성을 나타냅니다.

7. 추가 채널과 프로브에 대해 1-6 단계를 반복합니다. 오실로스코프 채널은 매우 유사하도록 설계되었지만, 구성요소를 조금 변경하면 입력 커패시턴스가 약간 달라질 수 있습니다. 또한 프로브의 공칭 커패시턴스에 작은 차이가 발생합니다. 이러한 이유로 각 오실로스코프 채널과 프로브 조합은 개별적으로 보정해야 합니다.

액티브 프로브

지금까지 살펴본 모든 프로브는 트랜지스터 및 증폭기와 같은 활성 구성요소가 없는 단순한 패시브 회로였습니다. 액티브 프로브는 높은 주파수 측정에 매우 낮은 커패시턴스가 필요하거나 측정에 주어진 접지 참조로부터 절연이 필요한 경우에 이상적입니다. 액티브 프로브는 입력 단자의 커패시턴스가 매우 작도록 설계된 증폭기를 사용합니다. 증폭기의 출력은 일반적으로 오실로스코프의 50 Ω 입력을 구동하도록 조정됩니다. 이렇게 하면 프로브와 오실로스코프 사이에서 추가적인 용량성 로드 효과 없이 50 Ω 케이블을 사용할 수 있습니다.

표 3은 여기서 살펴본 다양한 유형의 액티브 전압 오실로스코프 프로브의 일반적인 스펙을 요약하여 보여줍니다. 실제 특성은 제조업체 및 모델에 따라 다릅니다.

액티브 프로브SA1000X1SA1500X1SA2500X1DA200025X1
대역폭1000 MHz1500 MHz2500 MHz2 GHz
터미널 설정단일 종단형단일 종단형단일 종단형차동
감쇠비10:110:110:125:1
최대 입력 전압20 V20 V20 V± 60 V (DC + 피크 AC)
공통 모드 입력 전압± 8 V± 8 V± 8 V± 60 V (DC + 피크 AC)
차동 입력 전압±​ 20 V (DC + 피크 AC)
입력 저항1 MΩ1 MΩ1 MΩ500 kΩ
입력 커패시턴스0.9 pF0.9 pF0.9 pF1.2 pF
오실로스코프 입력 임피던스50 Ω50 Ω50 Ω50 Ω
커넥터BNC-프로브 팁BNC-프로브 팁BNC-프로브 팁BNC-프로브 팁

 

1 포함된 보조 전원 공급 장치를 사용해야 합니다. 

표 3: NI는 PXI 오실로스코프의 측정 기능을 확장하는 액티브 프로브를 제공합니다.

NI 오실로스코프와의 액티브 프로브 호환성

로드 효과가 낮은 모든 NI 액티브 전압 프로브는 모든 PXI 오실로스코프와 호환되며, 다음과 같은 추가적인 고려사항이 있습니다.

  • 인접한 BNC 오실로스코프 채널에서 SA1000X, SA1500X, SA2500X 또는 DA200025X를 사용하려면 가깝기 때문에 짧은 BNC-BNC 어댑터를 사용해야 할 수 있습니다.
  • PXIe-5105 및 PXIe-5172에는 SMB-BNC 어댑터가 필요합니다.
  • PXIe-5170 및 PXIe-5171에는 SMA-BNC 어댑터가 필요합니다.

차동 프로브

일부 오실로스코프에는 입력의 양쪽 리드를 접지로부터 떨어져 연결할 수 있는 플로팅 또는 차동 입력이 있습니다. 이러한 경우 접지 문제를 피할 수 있습니다.

채널 1-2 (두 채널 간의 차이)를 표시할 수 있는 2 채널 오실로스코프를 1 채널 부동 입력 오실로스코프로 사용할 수 있습니다. 오실로스코프는 1-2를 표시하도록 설정되어 있습니다. 채널 1은 회로에서 더 높은 양의 전압으로 간주되는 지점에 연결됩니다. 채널 2는 다른 전압 지점에 연결되고 오실로스코프 접지는 회로 접지에 연결됩니다. 따라서 오실로스코프는 두 전압 지점 사이의 차이를 표시하며 두 전압 지점 중 어느 하나도 접지에 있어야 할 필요가 없습니다.

차동 프로브는 오실로스코프 접지에 대해 부유 상태일 수 있는 오실로스코프 프로브 입력을 두 개 제공하여 이 문제를 해결합니다. 프로브의 출력 전압은 두 입력 터미널의 전압 차이로, 오실로스코프의 접지 참조 입력을 구동할 수 있습니다. 차동 증폭이 완벽하지 않으며 오차는 공통 모드 제거율 (CMRR)로 지정됩니다. CMRR을 측정하기 위해 두 입력 모두 같은 신호로 구동됩니다. 이상적으로, 출력 (두 입력 사이의 차이)은 항상 0입니다. 그러나 실제 프로브에서는 출력 전압이 작습니다.

CMRR 수식

식 7. 차동 프로브는 활성 채널과 참조 채널 사이에 오차가 발생하며 프로브의 입력과 출력 전압 차이를 관찰하여 측정할 수 있습니다.

일반적으로 차동 프로브의 CMRR은 낮은 주파수에서 최적화되고 높은 주파수에서 저하됩니다. CMRR은 종종 dB로 표시됩니다.

고전압 프로브

고전압 액티브 프로브는 높은 DC 오프셋, 일반 모드 또는 큰 전압 범위를 포함하는 측정에 사용됩니다. 일부 높은 전압 프로브는 매우 높은 일반 모드가 있는 신호의 작은 변화를 관찰하는 데 사용됩니다. 송전 라인에서 작은 신호 변동 측정을 예로 들 수 있습니다. 고전압 액티브 프로브의 다른 용도는 매우 큰 전압 범위를 얻는 것입니다. 일부 액티브 프로브는 최대 여러 킬로볼트까지 신호를 전송할 수 있습니다.

전류 프로브

전류 프로브는 일반적으로 두 가지 기술 중 하나를 사용합니다. 가장 간단한 방법은 변압기의 권선 하나가 측정되는 와이어인 변압기의 원리를 사용합니다. 변압기는 AC 전압과 전류만 사용하여 작동하기 때문에 이러한 유형의 전류 프로브는 직류를 측정하지 않습니다.

다른 유형의 전류 프로브 (NI에서 판매하는 유형)는 홀 효과의 원리를 사용합니다. 홀 효과는 적용된 자기장에 존재하는 전류에 반응하여 전기장을 생성합니다. 이 기법은 외부 전원 공급 장치를 사용해야 하지만, 교류와 직류(AC, DC)를 둘 다 측정합니다.

전류 프로브는 측정집게(jaw)로 둘러싸인 전류를 측정하기 때문에 전류 프로브에만 해당되는 몇 가지 기법을 사용할 수 있습니다. 프로브와 오실로스코프 조합의 민감도가 특정한 측정을 수행하기에 너무 낮으면 전류 전달 와이어를 측정 집게 안쪽에 여러 번 감을 수 있습니다. 그러면 프로브는 측정할 전류가 더 커지게 됩니다 (원래 전류에 감은 횟수를 곱함). 비슷한 방법으로 와이어를 두 개 집어넣었는데 전류가 반대 방향으로 흐르면 두 전류 사이의 차이를 측정할 수 있습니다 (전류가 같은 방향으로 흐르면 전류의 합이 측정됨). 당연히 와이어와 전류 프로브의 물리적 크기는 집어넣을 수 있는 와이어 수를 결정하는 요인이 됩니다. 전류는 직접 전기 연결이 필요하지 않지만, 테스트 회로에서 에너지를 제거합니다. 일반적으로, 이러한 작은 양의 에너지 손실은 회로를 방해하지 않지만 영향을 미칠 수 있는 경우도 있습니다.

전류 프로브1CC0550XCC05120XCC3050XCC30100XCC15010XCC5002X
최대 연속 전류5 ARMS5 ARMS30 ARMS30 ARMS150 A500 A
출력 전압 속도 (암페어당 볼트)1 V/A1 V/A0.1 V/A0.1 V/A0.01 V/A0.01 V/A
대역폭50 MHz120 MHz50 MHz100 MHz10 MHz2 MHz
상승 시간7 ns2.9 ns7 ns3.5 ns35 ns175 ns
오실로스코프 입력 임피던스1 MΩ1 MΩ1 MΩ1 MΩ1 MΩ1 MΩ
커넥터BNC-프로브 팁BNC-프로브 팁BNC-프로브 팁BNC-프로브 팁BNC-프로브 팁BNC-프로브 팁

 

1 2 채널 PS-OP01 전원 공급 장치 또는 4 채널 PS-OP02 전원 공급 장치를 사용해야 합니다.

표 4: NI는 여러 Hioki 전류 프로브를 재판매하며 이러한 프로브가 작동하려면 각각 Hioki 전원 공급 장치가 필요합니다.

 4 채널 전원 공급 장치에 연결된 Hioki 전류 프로브

그림 13. 4 채널 전원 공급 장치에 연결된 Hioki 전류 프로브

NI 오실로스코프와 전류 프로브의 호환성

모든 PXI 오실로스코프에 사용할 수 없는 프로브가 있습니다. Hioki 전류 프로브는 1 MΩ 입력을 가진 PXI 오실로스코프에만 사용할 수 있습니다. 인접한 BNC 오실로스코프 채널에서 전류 프로브를 사용하려면 가까운 거리 때문에 짧은 BNC-BNC 어댑터를 사용해야 할 수도 있습니다.

NI 오실로스코프Hioki 전류 프로브의 모든 모델
PXIe-51051
PXIe-5110
PXIe-5111
PXIe-5113
PXIe-5114
PXIe-5122
PXI-5124
PXI-5142
PXI-5152
PXI-5153
PXI-5154
PXIe-5160
PXIe-5162
PXIe-5163
PXIe-5164
PXIe-5170
PXIe-5171
PXIe-51721
PXI-5922

 

1 SMB-BNC 어댑터가 필요합니다.

표 5: PXI 오실로스코프는 다양한 전류 프로브를 사용할 수 있습니다.

Hioki 전류 프로브는 매우 가까이 있는 오실로스코프 채널에 사용할 때 짧은 BNC 어댑터가 필요할 수 있습니다.

그림 14: Hioki 전류 프로브는 매우 가까이 있는 오실로스코프 채널에 사용할 때 짧은 BNC 어댑터가 필요할 수 있습니다.

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