오실로스코프 프로브 적절한 선택 기준 및 사용법

오실로스코프 프로브 적절한 선택 기준 및 사용법 

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■ 프로브란?

오실로스코프 프로브

- 테스트 지점 또는 시그널 소스와 오실로스코프 사이에 물리적, 전기적 연결을 만들어주는 장치.

■ 이상적인 프로브

- 이상적인 프로브의 핵심적인 특성

이상적인 프로브의 핵심적인 특성

■ 오실로스코프 프로브 종류

프로브 종류

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■ 프로브 선택 시 고려 사항

- Signal Source에 대한 프로브의 영향 최소화

- 측정하고자 하는 신호의 손실 최소화

10X Passive Probe 내부 구조

(1) 측정 신호 전압 (다이내믹 레인지)

• 감쇠 계수 - 1X, 10X, 100X, 1000X

측정 신호 전압 (다이내믹 레인지)

(2) 대역폭 & 상승시간

1. 모든 프로브에는 대역폭 한계 존재

- 대역폭이 신호에 미치는 영향

 : 진폭 감소 → 부정확한 측정 결과

 : 상승 시간 증가

신호를 손실 없이 전달하기 위한 조건

신호를 손실 없이 전달하기 위한 조건

- 충분한 대역폭의 프로브를 사용. → 신호 주파수 보다 3~5배 큰 대역폭의 프로브 선택 

∴ 측정 신호 주파수 ≪ 오실로스코프 대역폭 ≤ 프로브 대역폭

2. 상승시간

tr = 2.2 x Rsource x Cprobe

: 펄스의 10% ~ 90% 진폭 값에서 R을 통해 C가 충전되는 데 필요한 RC 시간 상수의 수치

상승시간 tr = 2.2 x Rsource x Cprobe

RC 시간 상수의 수치

→ 프로브 팁 커패시턴스가 낮아야 상승시간이 빨라진다.

- 프로브 팁 커패시턴스가 낮아야 상승시간이 빨라진다.

- 전체 측정 시스템 대역폭은 오실로스코프와 프로브의 대역폭에 의해 제한

 : 프로브를 오실로스코프에 연결하면 대역폭 저하

프로브를 오실로스코프에 연결하면 대역폭 저하

- 측정 신호 주파수 ≪ 오실로스코프 대역폭 ≤ 프로브 대역폭

3. 신호부하

부하 저항 100kΩ인 AC 회로에 프로브를 연결 한 등가 회로

- 테스트 지점에 연결되는 프로브는 시그널 소스에 추가적인 부하로 작용

 : 고주파수에서 부하의 영향이 커짐

 : 용량성 부하

  - 대역폭 감소

  - 상승 시간 증가

고주파수에서 부하의 영향이 커짐

- 『프로브팁 저항』이 크고 커패시턴스 값이 낮은 프로브를 선택하여 용량성 부하 최소화

■ 프로브 보상

프로브 보상

- 프로브 ↔ 오실로스코프 임피던스 매칭 

- 정확한 측정을 위해 보상용 C를 조절하여 주파수응답에 따른 C의 영향 최소화 : DC ~ 고주파수에 걸쳐 감쇠율 (10:1, 100:1)을 유지하는 것이 목적

프로브 ↔ 오실로스코프 임피던스 매칭

프로브 보상

고주파수 응답에 따라 Ccomp를 조정

9 * Ctip = 1 * (Ccomp + Ccable + Cscope) : 적절한 보상

9 * Ctip > 1 * (Ccomp + Ccable + Cscope) : 과 보상

9 * Ctip < 1 * (Ccomp + Ccable + Cscope) : 보상 부족

즉, 고주파수 응답에 따라 Ccomp를 조정하여 적절한 감쇠 비율을 유지해줘야 한다.

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■ 결론

- 목표 : 신호를 오실로스코프에 손실 없이 가장 잘 전달할 수 있는 프로브를 선택.

1. 측정하는 신호의 진폭 고려.
2. 프로브 팁의 대역폭과 상승 시간 고려.
3. 프로브에서 발생할 수 있는 신호 부하 작용 고려.
4. Signal Source Impedence

프로브 Impedence  ≫  Signal Source Impedence

→ 신호 진폭에 대한 프로브의 영향 무시

5. 프로브 보상상태 확인

신호를 오실로스코프에 손실 없이 가장 잘 전달할 수 있는 프로브를 선택

 오실로스코프 프로브 적절한 선택 기준 및 사용법