Kiedy używać sprzężenia AC, a kiedy DC w oscyloskopie?
Słyszałem już ten komentarz i jest on całkowicie błędny: „Podczas oglądania sygnału AC należy używać sprzężenia AC”. Przestrzeganie tego fałszywego porzekadła o sprzężeniu AC jest łatwym sposobem na wykonanie bardzo błędnych pomiarów.
Kiedy należy używać sprzężenia AC?
Sprzężenie AC jest przeznaczone dla sygnałów AC z dużym offsetem DC. Na przykład, co jeśli chcesz przyjrzeć się tętnieniu na szynie zasilającej 12 V? Naprawdę nie obchodzi Cię widok komponentu 12V DC. To, na czym naprawdę Ci zależy, to komponent AC sygnału 12V.
Oto problem: aby zobaczyć to tętnienie, potrzebujesz czułego ustawienia volt / div i dużego offsetu. Zakres offsetu oscyloskopu jest podyktowany ustawieniem volt / div, więc uzyskanie użytecznego obrazu tętnienia jest często niemożliwe w trybie sprzężenia DC.
I tu pojawia się sprzężenie AC.
Włączanie sprzężenia AC
W menu kanałów oscyloskopu możesz włączać / wyłączać kilka różnych ustawień. Często występuje filtr pasma 20 MHz, ustawienia sondy, ustawienia impedancji wejściowej i ustawienia sprzężenia. W „menu sprzężenia” można przełączać między sprzężeniem DC i sprzężeniem AC. Sprzężenie DC pozwala zobaczyć wszystkie sygnały od 0 Hz do maksymalnej szerokości pasma twojego oscyloskopu. Sprzężenie AC filtruje komponenty DC. Kiedy włączasz sprzężenie AC na kanale oscyloskopu, włączasz filtr górnoprzepustowy na ścieżce sygnału wejściowego kanału. Odfiltrowuje on wszystkie komponenty DC.
Rysunek 1 Filtr dolnoprzepustowy
Punkt -3 dB filtra sprzężenia AC jest zwykle określony w karcie katalogowej oscyloskopu. Na przykład oscyloskopy Keysight 1000 X-Series mają filtr górnoprzepustowy 10 Hz. Tektronix TDS1000B i TDS2000B mają również filtr 10 Hz, a Rigol 1000Z ma filtr 5 Hz. Wydaje się to proste, ale jest pewien haczyk. Filtr sprzężenia AC jest rzeczywistym filtrem sprzętowym. Oznacza to, że nie będzie całkowitego 100 % wytłumienia tych częstotliwości – będzie ono jak w każdym rzeczywistym filtrze. Tak więc składowa częstotliwości 10 Hz nadal będzie pojawiać się na ekranie, ale będzie osłabiona.
Uwaga: podobnie jak w przypadku większości filtrów sprzętowych, często nie jest to idealnie gładka charakterystyka częstotliwościowa. Czasami występuje przeregulowanie lub niespójności, szczególnie w okolicach punktu -3 dB. Jest to normalne, ale oznacza, że należy ostrożnie używać sprzężenia AC.
Przyjrzyjmy się temu „zsuwaniu się” filtra sprzęgła AC. Rysunki 2 i 3 przedstawiają sygnał 10 Hz z włączonym sprzężeniem AC i wyłączonym sprzężeniem AC. Zauważ, że sygnał nadal pojawia się na ekranie, ma tylko stłumioną amplitudę. Spadł z 1,03 Vpp do 0,68 Vpp!
Rysunek 2 Sinus 10 Hz 1 V ze sprzężeniem DC
Rysunek 3 Sinus 10 Hz 1 V ze sprzężeniem AC
Dlaczego to się dzieje? Ponieważ pasmo nie jest tak proste, jak nam się czasem wydaje. Oscyloskop o częstotliwości 100 Hz nadal widzi przebieg sinusoidalny o częstotliwości 150 Hz, po prostu będzie ona tłumiona zgodnie z charakterystyką częstotliwościową oscyloskopu. Mając to na uwadze, są sytuacje gdzie sprzężenie AC bardzo pomocne, ale w innych może zaszkodzić.
Kiedy używać sprzężenia AC
Użyj sprzężenia AC, jeśli masz sygnał o wysokiej częstotliwości z przesunięciem DC. Może to być coś w rodzaju szyny zasilającej lub sygnału o bardzo niskim dryfcie częstotliwości. Celem sprzężenia AC jest usunięcie prądu stałego. Jego celem nie jest usuwanie niezerowych komponentów o niskiej częstotliwości. Widziałem jedną sytuację, w której inżynier musiał patrzeć, jak szyna zasilająca włącza się, a następnie natychmiast zobaczyć tętnienie na szynie. Problem polegał na tym, że nie mogli powiększyć sygnału i patrzeć, jak porusza się włącza. Więc zbadali podwójnie. Użyli jednego kanału oddalonego w trybie sprzężenia DC, aby obserwować, jak szyna się włącza, a drugiego kanału z bardziej czułym ustawieniem czasu / działki z trybem sprzężenia AC, aby obserwować tętnienie.
Na przykład, oto przebieg sinusoidalny 1 kHz, 50 mVpp, z przesunięciem 5 V DC. Może to być szyna zasilająca 5 V i chcemy przyjrzeć się tętnieniu (rysunek 4):
Aby zobaczyć tętnienie, musimy zmienić offset oscyloskopu znacznie poniżej ekranu (Rysunek 5):
Rysunek 4 Nie możemy powiększyć naszych tętnień w trybie sprzężenia DC! (Sinus 50 mVpp z przesunięciem 5 V)
Rysunek 5 Najlepszy widok tętnień w trybie sprzężenia DC
Ten widok nadal nie jest zbyt przydatny, ponieważ przebieg jest tak mały, że chcemy powiększyć go dalej. Kiedy przechodzimy od 500 mV / dz do 200 mV / dz, zabraknie nam możliwości przesunięcia (Rysunek 6). Tętnienia są nad ekranem, ale nie możemy przesunąć przebiegu niżej. Rysunek 5 jest najlepszym, jaki możemy uzyskać w trybie sprzężenia DC.
Rysunek 6 Jeśli powiększymy dalej, zabraknie nam dostępnego przesunięcia kanału!
Ponieważ tryb sprzężenia DC nie działał zbyt dobrze, możemy spróbować użyć sprzężenia AC. Kiedy włączymy sprzężenie AC, jak pokazano na rysunku 7, możemy go powiększyć tyle, ile chcemy! Offset 5 V jest całkowicie odfiltrowany przez filtr sprzężenia AC. To jest scenariusz, w którym chcesz użyć sprzężenia AC. Nie powinieneś używać sprzężenia AC tylko dlatego, że patrzysz na sygnały AC. Szczególnie nie powinieneś używać go do czegoś takiego jak zasilanie 50 Hz lub 60 Hz.
Rysunek 7 Sprzężenie AC daje nam widok, którego potrzebujemy
Kiedy nie należy używać złącza AC
Nie powinieneś domyślnie używać sprzężenia AC tylko dlatego, że mierzysz sygnał AC. Włączenie trybu sprzężenia AC w niewłaściwej sytuacji może ukryć składowe DC, o których musisz wiedzieć. Co gorsza, może osłabić składowe o niskiej częstotliwości. Na przykład, oto przebieg prostokątny 100 Hz, 1 V w trybie sprzężenia DC (rys. 8) i trybie sprzężenia AC (rys. 9):
Rysunek 8 W sprzężeniu DC wszystko wygląda dobrze
\
Rysunek 9 W sprzężeniu AC przebieg jest wypaczony.
Różnica jest dramatyczna! Prostokąt w trybie sprzężenia DC, jest rzeczywistym sygnałem, przełączenie na AC powoduje zniekształcenie sygnału w coś zupełnie innego.
Oscyloskopy są zaprojektowane tak, aby mieć płaską, spójną odpowiedź częstotliwościową w całym zakresie szerokości pasma. Może być wymagane niewielkie przesunięcie lub skalowanie osi, ale mogą z łatwością mierzyć sygnały AC w trybie sprzężenia DC. Po to są stworzone.
Konkretniej mówiąc nie należy używać trybu sprzężenia AC do oglądania sygnałów w pobliżu częstotliwości odcięcia filtra. Zalecamy używanie sprzężenia AC tylko dla przebiegów sinusoidalnych powyżej 100 Hz i prostokątnych powyżej 200 Hz. Jeśli spróbujesz zmierzyć sygnały poniżej tego zakresu, Twój sygnał będzie tłumiony lub przeregulowany.
POZNAJ SWÓJ SPRZĘT TESTOWY
Tryby sprzężenia AC i DC są doskonałym przykładem tego, dlaczego ważne jest, aby dobrze zrozumieć swój sprzęt testowy. Jak widzieliśmy powyżej, użycie sprzężenia AC w niewłaściwych sytuacjach da Ci złe informacje o sygnale!
Kiedy należy używać sprzężenia AC?
Sprzężenie AC jest przeznaczone dla sygnałów AC z dużym offsetem DC. Na przykład, co jeśli chcesz przyjrzeć się tętnieniu na szynie zasilającej 12 V? Naprawdę nie obchodzi Cię widok komponentu 12V DC. To, na czym naprawdę Ci zależy, to komponent AC sygnału 12V.
Oto problem: aby zobaczyć to tętnienie, potrzebujesz czułego ustawienia volt / div i dużego offsetu. Zakres offsetu oscyloskopu jest podyktowany ustawieniem volt / div, więc uzyskanie użytecznego obrazu tętnienia jest często niemożliwe w trybie sprzężenia DC.
I tu pojawia się sprzężenie AC.
Włączanie sprzężenia AC
W menu kanałów oscyloskopu możesz włączać / wyłączać kilka różnych ustawień. Często występuje filtr pasma 20 MHz, ustawienia sondy, ustawienia impedancji wejściowej i ustawienia sprzężenia. W „menu sprzężenia” można przełączać między sprzężeniem DC i sprzężeniem AC. Sprzężenie DC pozwala zobaczyć wszystkie sygnały od 0 Hz do maksymalnej szerokości pasma twojego oscyloskopu. Sprzężenie AC filtruje komponenty DC. Kiedy włączasz sprzężenie AC na kanale oscyloskopu, włączasz filtr górnoprzepustowy na ścieżce sygnału wejściowego kanału. Odfiltrowuje on wszystkie komponenty DC.
Rysunek 1 Filtr dolnoprzepustowy
Punkt -3 dB filtra sprzężenia AC jest zwykle określony w karcie katalogowej oscyloskopu. Na przykład oscyloskopy Keysight 1000 X-Series mają filtr górnoprzepustowy 10 Hz. Tektronix TDS1000B i TDS2000B mają również filtr 10 Hz, a Rigol 1000Z ma filtr 5 Hz. Wydaje się to proste, ale jest pewien haczyk. Filtr sprzężenia AC jest rzeczywistym filtrem sprzętowym. Oznacza to, że nie będzie całkowitego 100 % wytłumienia tych częstotliwości – będzie ono jak w każdym rzeczywistym filtrze. Tak więc składowa częstotliwości 10 Hz nadal będzie pojawiać się na ekranie, ale będzie osłabiona.
Uwaga: podobnie jak w przypadku większości filtrów sprzętowych, często nie jest to idealnie gładka charakterystyka częstotliwościowa. Czasami występuje przeregulowanie lub niespójności, szczególnie w okolicach punktu -3 dB. Jest to normalne, ale oznacza, że należy ostrożnie używać sprzężenia AC.
Przyjrzyjmy się temu „zsuwaniu się” filtra sprzęgła AC. Rysunki 2 i 3 przedstawiają sygnał 10 Hz z włączonym sprzężeniem AC i wyłączonym sprzężeniem AC. Zauważ, że sygnał nadal pojawia się na ekranie, ma tylko stłumioną amplitudę. Spadł z 1,03 Vpp do 0,68 Vpp!
Rysunek 2 Sinus 10 Hz 1 V ze sprzężeniem DC
Rysunek 3 Sinus 10 Hz 1 V ze sprzężeniem AC
Dlaczego to się dzieje? Ponieważ pasmo nie jest tak proste, jak nam się czasem wydaje. Oscyloskop o częstotliwości 100 Hz nadal widzi przebieg sinusoidalny o częstotliwości 150 Hz, po prostu będzie ona tłumiona zgodnie z charakterystyką częstotliwościową oscyloskopu. Mając to na uwadze, są sytuacje gdzie sprzężenie AC bardzo pomocne, ale w innych może zaszkodzić.
Kiedy używać sprzężenia AC
Użyj sprzężenia AC, jeśli masz sygnał o wysokiej częstotliwości z przesunięciem DC. Może to być coś w rodzaju szyny zasilającej lub sygnału o bardzo niskim dryfcie częstotliwości. Celem sprzężenia AC jest usunięcie prądu stałego. Jego celem nie jest usuwanie niezerowych komponentów o niskiej częstotliwości. Widziałem jedną sytuację, w której inżynier musiał patrzeć, jak szyna zasilająca włącza się, a następnie natychmiast zobaczyć tętnienie na szynie. Problem polegał na tym, że nie mogli powiększyć sygnału i patrzeć, jak porusza się włącza. Więc zbadali podwójnie. Użyli jednego kanału oddalonego w trybie sprzężenia DC, aby obserwować, jak szyna się włącza, a drugiego kanału z bardziej czułym ustawieniem czasu / działki z trybem sprzężenia AC, aby obserwować tętnienie.
Na przykład, oto przebieg sinusoidalny 1 kHz, 50 mVpp, z przesunięciem 5 V DC. Może to być szyna zasilająca 5 V i chcemy przyjrzeć się tętnieniu (rysunek 4):
Aby zobaczyć tętnienie, musimy zmienić offset oscyloskopu znacznie poniżej ekranu (Rysunek 5):
Rysunek 4 Nie możemy powiększyć naszych tętnień w trybie sprzężenia DC! (Sinus 50 mVpp z przesunięciem 5 V)
Rysunek 5 Najlepszy widok tętnień w trybie sprzężenia DC
Ten widok nadal nie jest zbyt przydatny, ponieważ przebieg jest tak mały, że chcemy powiększyć go dalej. Kiedy przechodzimy od 500 mV / dz do 200 mV / dz, zabraknie nam możliwości przesunięcia (Rysunek 6). Tętnienia są nad ekranem, ale nie możemy przesunąć przebiegu niżej. Rysunek 5 jest najlepszym, jaki możemy uzyskać w trybie sprzężenia DC.
Rysunek 6 Jeśli powiększymy dalej, zabraknie nam dostępnego przesunięcia kanału!
Ponieważ tryb sprzężenia DC nie działał zbyt dobrze, możemy spróbować użyć sprzężenia AC. Kiedy włączymy sprzężenie AC, jak pokazano na rysunku 7, możemy go powiększyć tyle, ile chcemy! Offset 5 V jest całkowicie odfiltrowany przez filtr sprzężenia AC. To jest scenariusz, w którym chcesz użyć sprzężenia AC. Nie powinieneś używać sprzężenia AC tylko dlatego, że patrzysz na sygnały AC. Szczególnie nie powinieneś używać go do czegoś takiego jak zasilanie 50 Hz lub 60 Hz.
Rysunek 7 Sprzężenie AC daje nam widok, którego potrzebujemy
Kiedy nie należy używać złącza AC
Nie powinieneś domyślnie używać sprzężenia AC tylko dlatego, że mierzysz sygnał AC. Włączenie trybu sprzężenia AC w niewłaściwej sytuacji może ukryć składowe DC, o których musisz wiedzieć. Co gorsza, może osłabić składowe o niskiej częstotliwości. Na przykład, oto przebieg prostokątny 100 Hz, 1 V w trybie sprzężenia DC (rys. 8) i trybie sprzężenia AC (rys. 9):
Rysunek 8 W sprzężeniu DC wszystko wygląda dobrze
\Rysunek 9 W sprzężeniu AC przebieg jest wypaczony.
Różnica jest dramatyczna! Prostokąt w trybie sprzężenia DC, jest rzeczywistym sygnałem, przełączenie na AC powoduje zniekształcenie sygnału w coś zupełnie innego.
Oscyloskopy są zaprojektowane tak, aby mieć płaską, spójną odpowiedź częstotliwościową w całym zakresie szerokości pasma. Może być wymagane niewielkie przesunięcie lub skalowanie osi, ale mogą z łatwością mierzyć sygnały AC w trybie sprzężenia DC. Po to są stworzone.
Konkretniej mówiąc nie należy używać trybu sprzężenia AC do oglądania sygnałów w pobliżu częstotliwości odcięcia filtra. Zalecamy używanie sprzężenia AC tylko dla przebiegów sinusoidalnych powyżej 100 Hz i prostokątnych powyżej 200 Hz. Jeśli spróbujesz zmierzyć sygnały poniżej tego zakresu, Twój sygnał będzie tłumiony lub przeregulowany.
POZNAJ SWÓJ SPRZĘT TESTOWY
Tryby sprzężenia AC i DC są doskonałym przykładem tego, dlaczego ważne jest, aby dobrze zrozumieć swój sprzęt testowy. Jak widzieliśmy powyżej, użycie sprzężenia AC w niewłaściwych sytuacjach da Ci złe informacje o sygnale!
