Osiloskop ile yüksek frekanslı sinyal ölçümü

[taydin]

Birçok osiloskop ile standart olarak gelen ve GND için uzun krokodilli bir bağlantı kullanan problarla yüksek frekanslı sinyal ölçümü yaptığımızda neler oluyor görelim:

Frekans ve genlik hassasiyeti yüksek olan bir sinyal jeneratörü ile 50 MHz, 3 Vpp bir kare dalga üretiyoruz ve bu kare dalga sinyali, standart krokodilli osiloskop probu ile ölçüyoruz:

 

[taydin]

Ve ölçüm sonucu. Görüntülenen sinyal kare dalga olmaktan uzak, ve oluşan overshoot yüzünden genlik değerleri de olması gereken değerde değil.

 

[taydin]

50 MHz lik bir kare dalganın doğru bir şekilde görüntülenebilmesi için, aşağıdaki şartların sağlanması lazım:

- Kullanılan probun bant genişliği, kare dalganın temel frekansının beşinci harmoniğini geçirebilecek seviyede olmalı. Bunun anlamı, probun en az 250 MHz lik bant genişliğine sahip olması. Kullandığım prob, bu şartı sağlıyor.

- GND hattının çok kısa tutulması lazım. Yani o 12 cm boyunda krokodilli kabloyu kullanamayız. Onun yerine, probun ucundaki GND yüzüğünü kullanmalıyız. Bu da iki şekilde yapılabilir. Ya probu biraz yan tutup, probun sinyal ucu sinyale değerken, GND yüzüğünün de GND'ye aynı anda değmesini sağlamak. Bunu yapmak kolay değil, o yüzden diğer çözüm, probun ucuna takılan ve çok kısa GND bağlantısı temin eden aksesuarlardan kullanmak. Aşağıda benim prob ile gelen iki çeşit aksesuar görülmektedir

 

[taydin]

Bunlardan soldaki, probun ucuna takılıyor ve probun bir BNC soketine takılmasını sağlıyor. Bu şekilde sinyal ucu, BNC'nin sinyal ucuna bağlanıyor, dış gövde de en kısa yoldan GND olan BNC'nin dış gövdesine bağlanıyor

Sağdaki yay da gene probun ucuna geçiriliyor. sonra da yayın ucunu devredeki en yakın GND'ye değdiriyorken, sinyal ucu ile ölçümü yapıyoruz. Yayın esnekliği sayesinde, yayın ucu GND'ye değerken, prob ucunu belli bir mesafeda hareket ettirebiliyoruz.

 

[taydin]

Evet şimdi bu aksesuarlarla ölçümü tekrarlıyoruz. Neticede genlik ölçümünde çok daha yakın bir sonuç alıyoruz. Ayrıca rise time'ın yarı yarıya azaldığını görüyoruz. Sinyal de kare dalgaya daha çok benziyor.

Oldukça hassas genlikte 3 Vpp sinyal üreten sinyal jeneratöründen neden 3'e daha yakın bir değer ölçemiyoruz? Çünkü kullandığımız prob 10:1, yani sinyalimiz osiloskop girişine 300 mVpp olarak varıyor. Ortam gürültüsü de bu zayıflamış sinyalin üzerine binince, bir de genel olarak düşük seviyeli sinyallerde ölçüm doğruluğunun azaldığını düşünürsek, gördüğümüz 180 mVpp lik farkı açıklıyor. Bunun dışında, probun da bu frekanslarda yarattığı bir hata var. Eğer sinyalin 8 kez ortalamasını aldırarak ölçüm yaparsak, gürültünün yarattığı olumsuz etkiyi bir nebze azaltabiliyoruz:

 

[taydin]

Son olarak da, sinyal jeneratörünün çıkışını hiç prob kullanmadan, kaliteli 50 Ω luk koaksiyel kablo ile direkt olarak osiloskoba bağlayalım. Hem sinyal jeneratörünün çıkışını, hem de osiloskobun girişini 50 Ω empedans için yapılandıralım.

Sonra da aynı sinyali osiloskoba uygulayalım:

Görüldüğü üzere, genlik hatası epey azalıyor. Bunun dışında rise time daha da azalıyor. Aynı şekilde bu durumda da 8 kez ortalama alarak ölçüm yaparsak, genlik hatasının iyice azaldığını görüyoruz.

 

[taydin]

Neticede şunu söylemek mümkün: Eğer yüksek frekanslı sinyallerle uğraşıyorsak, osiloskop ile yaptığımız ölçümlerde kullandığımız probun önemi çok artmaktadır.

Bunu daha genel ifade etmek lazım. Mesele aslında yüksek frekans da değil. Eğer rise time değeri çok düşük olan (çok hızlı yükselen) sinyallerle uğraşıyorsak, osiloskop ile yaptığımız ölçümlerde kullandığımız probun önemi çok artmaktadır. Yukarıda kullandığımız 50 MHz lik kare dalga sinyalin rise time'ı 3 ns mertebesinde, bu oldukça hızlı bir sinyal. Ama 1 MHz lik bir sinyalin de rise time'ı yüksek olabilir. Mesela 1 ns lik rise time'a sahip 1 MHz lik bir sinyali ölçerken de benzer sorunlar yaşayabiliriz.

 

[naschibo]

Timur bey,

Ben de sonradan uydurmali bir düzenek yaptim.

Print üzerindeki sinyalleri bununla ölcüyorum.

Sizin ilk etapta kare dalga uyguladiktan sonra hafif ücgene ve sinüs karisimi sinyal görmeniz muhtemelen probn kapasitif etkisinin olmasindan kaynaklaniyor. Zira karenin integrali ücgen, ücgnin integrali sinus, sinüsün integrali ise eksi cosinüs.

 

[taydin]

@taydin abi bir de probun ground bağlantısını osiloskop tarafından keserek ölçüm yapabilirmisin.
Bu metod için tüm cihazların ortak bir ground hattında birleşmesi şartı bulunmaktadır.
Tüm cihazların şebeke toprak hattına bağlı olduğu varsayılmıştır.

Osiloskop tarafında BNC bağlantı var, oradan GND yi kesmek mümkün değil. Prob tarafında GND yi ayırabilirim. Bu durumda, oluşacak genlik hatasına ilave olarak, şebekenin 50 Hz'i sinyalin üzerine binecektir.