Активные и пассивные осциллографические пробники - какой выбрать

Rohde & Schwarz и Hameg предлагают профессиональное измерительное оборудование, среди которого осциллографы и высококачественные пробники к ним. Более детально с осциллографами серии RTO, RTE, RTM, HMO вы можете ознакомиться по ссылкам и подобрать себе подходящий вариант.

В этой статье мы расскажем об активных и пассивных пробниках к осциллографам, какая между ними разница и для каких задач они будут использоваться.  

Многие пользователи обычно выбирают осциллограф, ориентируясь в первую очередь на ширину полосы пропускания, частоту дискретизации и количество каналов. И только потом они начинают думать о том, как подать сигнал на вход осциллографа. Выбор подходящего пробника для конкретного приложения и правильное его использование является лишь первым шагом к точным и надежным измерениям с помощью осциллографа.

Выбор подходящего пробника для решения конкретной прикладной задачи является лишь первым шагом к точным и надежным измерениям с помощью осциллографа. Существует несколько различных видов осциллографических пробников, которые подразделяются на два основных класса—активные и пассивные. Основное различие между этими двумя классами состоит в том, что активным пробникам требуется внешний источник для питания активных компонентов устройства, например транзисторов или усилителей. Активные пробники обеспечивают более широкую полосу пропускания, чем пассивные, для которых не требуется внешний источник питания. Каждый тип активных и пассивных пробников предназначен для использования в определенной области, в которой его качества проявляются наилучшим образом.

Пассивные пробники

Сейчас наиболее распространенным типом осциллографических пробников являются пассивные пробники напряжения. Этот тип пробников, в свою очередь, подразделяется на высокоомные пассивные пробники (с высоким входным импедансом) и низкоомные пассивные пробники (с низким входным импедансом) с резисторным делителем напряжения. Чаще всего на практике используются высокоомные пассивные пробники с коэффициентом деления 10:1. Такие пробники входят в комплект поставки большинства современных бюджетных осциллографов и осциллографов среднего ценового диапазона. Входное сопротивление пробника составляет, как правило, 9 МОм, что, при подключении к входу осциллографа с импедансом 1 МОм, позволяет получить коэффициент деления (или коэффициент ослабления) равный 10:1. Общее входное сопротивление, таким образом, составит 10 МОм. Напряжение на входе осциллографа в 10 раз меньше напряжения на входе пробника и может быть описано следующим уравнением: По сравнению с активными пассивные пробники являются более прочным, надежным и недорогим решением. Они имеют широкий динамический диапазон (обычно более 300 В для пробника 10:1) и высокое входное сопротивление для согласования с входным импедансом осциллографа. Вместе с тем по сравнению с активными пробниками или низкоомными (z0) пассивными пробниками с резисторным делителем они имеют более узкую полосу пропускания, а из-за высокой входной емкости могут создавать значительную нагрузку на исследуемую цепь. Рассмотрим низкоомные пассивные пробники с резисторным делителем. Эти пробники имеют входное сопротивление 450 или 950 Ом, что позволяет обеспечить ослабление 10:1 или 20:1 при входном сопротивлении осциллографа 50 Ом. За входным резистором пробника расположен кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, согласованный с 50-омным входом осциллографа. Следует помнить, что для использования этого типа пробников осциллограф обязательнодолжен иметь входное сопротивление 50 Ом. Важнейшее преимущество низкоомных  пассивных пробников — небольшая емкостная нагрузка и широкая полоса пропускания (порядка нескольких гигагерц), что позволяет выполнять точные измерения временных характеристик. Кроме того, такие пробники имеют относительно невысокую стоимость по сравнению с активными пробниками с такой же полосой пропускания. Низкоомные пробники используются при проведении измерений в ЭСЛ-схемах (логические схемы с эмиттерными связями), СВЧ-приложениях, а также в линиях передачи с волновым сопротивлением 50 Ом. Единственным недостатком пробников является относительно высокая резистивная нагрузка, что может сказаться на точности измерений амплитуды сигнала.

Пассивные пробники хорошо подходят для обычных измерений низкочастотных сигналов с менее строгими требованиями к точности. Пассивный пробник для каждого канала осциллографа входит в стандартную комплектацию прибора.

Пассивные пробники — надежное и недорогое решение для большинства задач общего назначения, тогда как для высокочастотных приложений активные пробники обеспечивают более точные измерения быстрых сигналов. И хотя для многих активных пробников в спецификации указана широкая полоса пропускания, следует помнить, что на характеристики активного пробника в реальных условиях существенным образом влияет способ подключения к исследуемой схеме. Пользователям необходимо запомнить простое практическое правило: если требуется обеспечить высокую точность измерений, для подключения пробника нужно использовать как можно более короткие проводники.

Активные пробники

При работе с осциллографом, имеющим полосу пропускания более 500 МГц, зачастую возникает необходимость использования активных пробников.  Активные пробники наилучшим образом подходят для измерений, для которых требуется широкая полоса пропускания. Как правило, такие пробники дороже пассивных и имеют более узкий диапазон входных напряжений, однако благодаря значительно меньшей емкостной нагрузке они обеспечивают более точные измерения быстрых сигналов. Как уже упоминалось, для работы активного пробника необходим источник питания. Для подключения большинства современных активных пробников используется интеллектуальный интерфейс, который обеспечивает питание пробника и служит каналом связи между пробником и осциллографом. Как правило, интерфейс пробника способен определить тип подключенного пробника, установить нужное значение входного импеданса, коэффициента ослабления и диапазона смещения, а при необходимости — обеспечить питание пробника.

Активные пробники требуются в тех случаях, когда нагрузка на испытываемое устройство должна быть малой или если измеряемый сигнал содержит высокочастотные компоненты, которые не должны быть искажены. Даже сигналы в килогерцовом диапазоне могут содержать на своих фронтах высокочастотные компоненты намного выше 100 МГц. Rohde & Schwarz предлагает полный ассортимент высококачественных активных пробников.

Сравнения активного и пасивного пробников

Немного о полосе пропускания 

Более широкая полоса пропускания является реальным преимуществом активных пробников. Зачастую пользователи не обращают внимания на влияние эффекта подключения пробника к точке измерения, который условно можно назвать «полосой пропускания при подключении». И если в характеристиках конкретного активного пробника приводится высокое значение полосы пропускания, то, скорее всего, оно соответствует идеальным (или близким к идеальным) условиям измерений. В реальных условиях, с учетом возможности подключения к наконечнику пробника различных аксессуаров, характеристики пробника могут быть значительно хуже паспортных показателей. На производительность активного пробника в реальных условиях влияет главным образом «система подключения».

• RT-ZS10- активный пробник 1ГГц
• RT-ZS20 – активный пробник 1.5ГГц
• RT-ZS30 – активный пробник 3 ГГц