Когда возникает необходимость изучения сигналов высоких потенциалов, встаёт вопрос о выборе прибора. И если для измерения высокого напряжения достаточно использовать киловольтметр, то при необходимости исследования сигналов или быстрых переходных процессов, особенно при измерении десятков киловольт в импульсном режиме, таких как искровые или конденсаторные разряды, необходимо использовать осциллограф и специальный высоковольтный осциллографический пробник.
Какой пробник использовать: пассивный или активный?
Как всегда, дело компромисса. Для измерений в диапазонах средних и низких частот (до 500 МГц) целесообразно использовать пассивные пробники с высоким импедансом (обычно 10 МОм, емкость 10 пФ) и широким динамическим диапазоном (порядка 300 В). Эти недорогие, хорошо известные устройства с целым рядом преимуществ, тем не менее, имеют и некоторые недостатки, в частности более низкую, чем у пробников с низким импедансом, полосу пропускания и более выраженную емкостную нагрузку для тестируемого устройства. Индуктивный и емкостной характер нагрузки пассивного пробника является также причиной выбросов на фронте и пульсаций на выходе пробника.
Но при исследовании высокочастотных сигналов (выше 500 МГц) и необходимости изучения сигнала во всем диапазоне частот используются активные пробники. Несмотря на то, что они имеют существенно меньший динамический диапазон и значительную стоимость, основное их достоинство – значительно меньшая емкостная нагрузка (1 пФ при входном сопротивлении 1 МОм), которую они вносят в тестируемое устройство, и, как следствие, возможность более точной оценки быстрых изменений в сигнале.
Чем высоковольтный осциллографический пробник отличается от прочих?
Как известно, осциллографический пробник в первую очередь предназначен для надежного электрического соединения входного тракта осциллографа с источником сигнала (тестируемым устройством). Высоковольтный пробник схож с обычным пассивным осциллографическим, имеет такие же части – головка пробника, кабель и разъём со встроенным компенсатором. Но необходимость использования пробника в цепях с высоким напряжением изменила его внешний вид – такой пробник более массивен, имеет защитный упор для рук, некоторые модели имеют защитные ребра, препятствующие перетеканию тока, а также более длинные кабели для безопасного размещения осциллографа вне зоны действия высокого напряжения. Часто в комплектацию высоковольтного пробника входят дополнительные элементы (крючки, зажимы), позволяющие не держать пробник руками при выполнении измерений.
Название «высоковольтный» для указанных пробников достаточно условно. Принято считать, что высокое напряжение для прибора (пробника) – это напряжение, значение которого превышает предельное допустимое значение для пробника при коэффициенте деления 10Х. Для типовых пассивных осциллографических пробников предельное рабочее напряжение обычно составляет 400-600 В (DC+АС), а максимальное рабочее напряжение высоковольтных пробников достигает значений 40 кВ и выше.
Как правило, высоковольтные пробники отличаются высоким входным сопротивлением (десятки или сотни мегаом) и фиксированным коэффициентом деления (1:100 или 1:1000), что и позволяет ослаблять входной сигнал до допустимого значения. Так, например, пробник АКТАКОМ АСА-6039 имеет максимальное рабочее напряжение 39 кВ, а пробник HVP-15HF – 30 кВ.
Однако при этом надо помнить, что максимальное допустимое напряжение сильно зависит от режима измерения, или, иначе, от формы и частоты измеряемого сигнала. Как известно, энергия сигнала напрямую зависит от «площади под функцией», поэтому, чем более заполненную форму имеет сигнал, тем больше энергии он передает, и для высоковольтных пробников это имеет существенное значение. В большинстве случаев в технических характеристиках высоковольтных пробников приводятся три вида максимально допустимого значения напряжения: для постоянного напряжения (DC), для переменного напряжения (обычно приводится среднеквадратичное значение Uскз) и значение импульсного напряжения (Uимп). Так, например, для пробника HVP-15HF приводятся следующие значения максимального неразрушающего напряжения:
DC: 0...15 кВ;
AC Uимп: 0...30 кВп-п (импульс);
АС Uскз: 0…10 кВскз (синусоида).
Как правило, в руководстве по эксплуатации указываются условия использования – допустимая длительность импульса, допустимое значение пикового импульса напряжения в зависимости от Uскз, частоты и процента максимальной нагрузки (максимальная нагрузка является отношением длительности импульса к периоду сигнала, выраженным в процентах) и некоторые другие факторы. На графике приведён пример зависимости максимального пикового напряжения от процента максимальной нагрузки для пробника Tektronix P6015A.
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ
#осциллограф #пробник
Подписывайтесь и читайте канал AKTAKOM - КИПиА
На нашем канале всегда свежие новости, инструкции, практические советы, обзоры, методики поверок и многое другое! Пишите нам, задавайте вопросы, а мы будем готовить новые, интересные материалы
