오실로스코프 프로브를 사용하는 방법: 오실로스코프 프로브 사용 정보

패시브 오실로스코프 프로브 보정

패시브 프로브 보정은 오실로스코프의 정확성과 신뢰성을 보장하는 데 있어 매우 중요합니다. 적절히 보정하지 않은 패시브 프로브에 오실로스코프를 연결하면 파형 표현이 왜곡되거나 정확하지 않을 수 있습니다. 이러한 왜곡은 특히 높은 주파수에서 나타나 측정된 신호의 충실도에 영향을 미칩니다. 보정을 통해 프로브의 커패시턴스를 정밀 조정함으로써 특히 오실로스코프의 전체 대역에서 편평하고 정확한 주파수 응답을 달성할 수 있습니다.

보정 프로세스에서는 패시브 프로브 내 가변 커패시턴스를 조정하여 오실로스코프 고유의 입력 커패시턴스의 균형을 조절합니다. 대부분의 오실로스코프에는 프로브 보정을 위한 1000 Hz 구형파 발생기가 탑재되어 있습니다.

• 1단계:프로브 팁을 신호 소스에 연결합니다.
• 2단계:프로브 접지 리드를 접지에 연결합니다.
• 3단계:프로브 보정 입력을 표시할 수 있도록 오실로스코프를 구성합니다.
• 4단계:프로브 보정 박스의 작은 구멍에 비전도성 툴을 삽입합니다.
• 5단계:표시된 구형파가 최대한 직사각형으로 표시될 때까지 이 공구를 돌려 프로브의 커패시턴스를 조정합니다.

표시된 보정 신호의 상단이 거의 수평이 되면 프로브가 올바르게 보정된 것입니다. 과도 보정된 프로브는 신호의 앞 가장자리에 오버슈트가 발생하며, 반대로 과소 보정된 프로브는 앞 가장자리에서 언더슈트가 발생합니다. 이 문제를 해결하려면 파형 가장자리가 분명한 직사각형이 될 때까지 보정 커패시터를 조절해야 합니다. 일반적으로 이와 같은 정밀 조정은 극소의 회전만 필요합니다.

패시브 오실로스코프 프로브에 최대한 짧은 접지 리드 사용

패시브 프로브를 사용할 때 또 다른 중요 사항은 접지 연결의 길이를 최소화하는 것입니다. 패시브 프로브는 "싱글 엔드" 방식으로 작동합니다. 즉, 전압을 접지에 상대적으로 측정하며 견고한 접지 연결이 필요합니다. 이 연결은 일반적으로 악어 클립이 있는 접지 리드를 통해 체결하며 이렇게 하는 것은 이 리드선을 가능한 짧게유지하는 데 중요합니다. 접지 리드가 길 경우 측정 신호에 인덕턴스를 유도해 높은 주파수 성분에 영향을 미치며 구형파 신호에서 링잉, 오버슈트 또는 언더슈트를 일으킬 수 있습니다. 측정 위치 근처에서 접지 지점을 사용할 수 있을 경우 슬립온 스프링 방식의 접지 리드를 사용하면 접지 연결의 길이를 더 줄일 수 있습니다.

올바른 입력 임피던스 선택

이제 채널 입력 임피던스 구성에 대해 자세히 알아보겠습니다. 특정 오실로스코프에서는 사용자가 50옴 ~ 1메가옴사이에서 입력 임피던스를 유연하게 선택할 수 있습니다. 신호 소스의 임피던스 또는 프로빙 셋업에 맞게 입력 임피던스를 선택하는 것을 "터미네이션"이라고 합니다. 터미네이션은 스코프 인터페이스를 통해 채널별로 수행합니다. 오실로스코프 입력에 대한 "표준" 임피던스는 패시브 프로브로 작업할 때 적절한 1 메가옴으로 설정하는 것이 일반적입니다.

하지만 액티브 프로브를 사용하거나 BNC 케이블을 이용해 직접 연결하는 경우에는 50옴 터미네이션을 선택할 수 있습니다. 많은 테스트 및 계측 기기와 RF 기기는 표준 터미네이션으로 50옴을 사용합니다. 잘못된 입력 임피던스를 설정할 경우 측정된 신호 진폭에 영향을 미치므로 올바른 입력 임피던스를 선택하는 것이 매우 중요합니다. 예를 들어, 터미네이션을 50옴이 아닌 1메가옴에 설정할 경우 예상 전압의 두 배가 관찰될 수 있습니다.

마지막으로, 최대 안전 입력 전압은 두 터미네이션 간 크게 다를 수 있음을 감안해야 합니다. 터미네이션을 1메가옴이 아닌 50옴에 설정할 경우 최대 안전 입력 전압의 임계값이 낮아지는 경우가 많습니다. 일부 오실로스코프는 기본적으로 50옴 터미네이션을 지원하지 않을 수 있지만, 그럴 경우 특수 피드스루 어댑터를 사용하면 필요에 따라 50옴 터미네이션을 제공할 수 있습니다.

전류 프로브 디가우징 및 영점 조정

이제 전류 프로브에 대해 살펴보겠습니다. 전류 프로브의 강자성 프로브는 전류가 없을 때에도 자성 또는 "자속"을 유지할 수 있습니다. 이와 같은 현상은 일반적으로 프로브를 계속 사용해 켜졌다 꺼진 전류를 측정한 다음에 빈번히 발생합니다. 자성이 사라지지 않을 경우 오프셋이 발생할 수 있으며 측정 정확도에 영향을 미칩니다. 이 문제를 해결해기 위해 대부분의 전류 프로브에는 자기 소거 또는 "디가우스" 기능이 탑재되어 있으며, 프로브에서 직접 활성화하거나 오실로스코프의 사용자 인터페이스를 통해 활성화할 수 있습니다.

디가우스 기능을 시작하면 특수 파형이 발생하면서 프로브에 잔류한 자성을 모두 "없애는" 임의의 자기장이 생깁니다. 이 과정은 일반적으로 매우 빠르게 일어나며단 몇초만 소요됩니다. 따라서 영점 조정 전과 측정을 수행하기 전 전류 프로브를 디가우징하는 것이 좋습니다.

감도 개선을 위해 복수의 권선 사용

전류 프로브를 사용할 때 프로브를 통해 도체를 여러 번 감아 보십시오. 그러면 측정 감도가 증가합니다. 프로브의 감도는 루프 수에 따라 선형적으로 증가합니다. 예를 들어, 도체를 네 번 감을 경우 감도가 네 배 증가합니다. 오실로스코프는 루프 수를 자동으로 판단하지 못하므로 적절한 배수를 수동으로 입력해야 합니다.

이와 같이 감을 경우 삽입 임피던스는 루프 수의 제곱만큼 크게 증가하지만 낮은 전류 수치에서는 측정에 거의 영향을 미치지 않습니다. 증가된 삽입 임피던스는 비교적 작게유지되며 측정 정확도에 큰 영향을 미치지 않습니다.

전력 측정 시 프로브 디스큐

전력 측정 시에는 전류 프로브와 전압 프로브를 함께 사용하는 경우가 많습니다. 정확한 전력 평가를 위해서는 전압과 전류를 모두 측정해야 하기 때문입니다. 하지만 프로브를 통한 전파 시간에 차이가 있을 경우 시간 오프셋, 즉, 측정된 전압과 전류 파형 사이 "스큐"가 발생해 전력 판독값이 정확하지 않을 수 있습니다.

해결 방법은 특스 디스큐 장치를 사용해 시간을 일치시킨 전압 및 전류 펄스를 발생하여 스큐를 탐지 및 보정하는 것입니다. 이와 같이 동기화된 펄스는 전류 및 전압 프로브를 연결하여 동시에 측정합니다. 테스트 파형에 스큐가 나타날 경우 적절한 디스큐 또는 시간 오프셋 값을 오실로스코프에 입력하면 됩니다. 그러면 전류 및 전압 파형이 일치하며 측정 정확도가 개선됩니다.

부동 측정 시 디퍼런셜 프로브 사용

오실로스코프 프로브는 일반적으로 접지를 기준으로 전압을 측정하며, 이를 "싱글 엔드 측정"이라고 합니다. 하지만 접지에 연결하지 않은 구성요소에 대해 전압을 측정해야 하는 경우에는 "디퍼런셜 측정" 이 필요합니다.

디퍼런셜 측정을 수행하는 한 가지 방법은 두 개의 싱글 엔드 프로브를 사용해 두 지점의 접지를 기준으로 측정한 다음 스코프 내에서 해당 전압을 차감하는 것입니다. 이를 "쿼지-디퍼런셜" 측정이라고 합니다.

더 효과적인 방법은 내부 디퍼런셜 증폭기가 탑재된 전용 디퍼런셜 프로브를 사용하는 것입니다. 이 프로브는 두 연결 지점에서의 전압 간 차이에 해당하는 전압을 발생합니다. 디퍼런셜 프로브는 몇 가지 이유로 부동 측정에 우수합니다.

• 두 지점 간 전압을 측정할 수 있습니다.
• 공통 모드 노이즈, 즉 두 입력에 공통적인 노이즈를 거부하여 더 높은 정확도를 제공합니다.
• 사고 또는 부주의한 접지 연결로 인한 고전류로부터 기기와 운용자를 보호하는 데 중요한 역할을 합니다.

고난이도 측정 작업에서 액티브 프로브 사용

마지막 사항은 고난이도 측정 작업에 액티브 프로브를 사용하는 것입니다. 앞에서 설명한 것과 같이, 액티브 프로브에는 전원이 공급되는 구성요소가 있으며, 일반적으로 프로브 팁에 FET(Field-effect Transistor)가 있습니다. 액티브 프로브는 패시브 프로브에 비해 입력 터패시턴스가 매우 낮게설계되어 있습니다. 이와 같이 커패시턴스가 감소된 경우 두 가지 주목할 만한 이점이 있습니다.

• 회로 부하를 최소화하여 오실로스코프에서 측정된 신호를 더욱 충실히 재현하고 회로 작동에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다.
• 구형파, 펄스파와 같은 고주파 성분에서 특히 현저한 고속 신호를 정확히 측정하는 데 중요한 높은 대역폭을 제공합니다.

또한, 특정 액티브 브로브는 신호에 상당한 오프셋을 적용합니다. 이 기능은 전원공급장치의 리플과 같이 더 큰 DC 신호에 중첩된 작은 AC 신호를 측정할 때 중요합니다.