|
Met de SI9001 kunt u op een veilige manier spanningen meten in onder netspanning staande schakelingen. Dank zij de differentiële ingangen brengt u een hoogimpedante scheiding aan tussen de meetschakeling en de massa van uw oscilloscoop. Door de ingebouwde verzwakkingen van 1/10 en 1/100 kunt u zonder problemen 230 V spanningen met uw scoop meten. |
Waarom een differentiële probe gebruiken?
Op dit blog is een uitgebreid artikel verschenen waarin wordt uitgelegd wat het nut is van een differentiële probe in het hobby-lab:
Aanklikbare link ➡ Know-how: veilig werken met 230 V
Wij raden u aan eest dit artikel te lezen!
Wat is het?
De SI9001 van het Duitse merk Testec is in wezen niets meer dan een uitgebreide versie van een verschilversterker of differentiële versterker. Het apparaat heeft twee ingangen, een positieve (rood) en een negatieve (zwart). U sluit deze twee ingangen aan op de twee punten waartussen u het spanningsverschil wilt meten. De uitgang sluit u aan op de BNC-connector van uw oscilloscoop. De schakeling berekent het spanningsverschil tussen beide meetspanningen en zet dit verschil, tien of honderd maal verzwakt, als naar de massa gerefereerde spanning op de uitgang. Tussen de ingangen en de uitgang staat een weerstand van niet minder dan 4 MΩ. Hoewel dus, zuiver theoretisch, geen sprake is van een absolute galvanische scheiding tussen de ingangen en de uitgang, komt het daar in de praktijk wél op neer. Stel dat u een van de ingangen verbindt met de fase van de 230 V netspanning en de uitgang aanraakt. Dan vloeit er maximaal een stroom van 230 V gedeeld door 4 MΩ is gelijk aan 0,000.058 A oftewel 58 µA door uw lichaam. U kunt dus met tussenschakeling van de SI9001 zonder gevaar in netgevoede schakelingen meten met uw oscilloscoop.
Hoe ziet het er uit?
De SI9001 zit in een opvallend gekleurde kunststof behuizing van 170 mm bij 63 mm bij 21 mm en wordt gevoed door vier AA cellen van 1,5 V. Op het frontje treft u twee schuifschakelaartjes aan. Met het ene zet u het apparaatje aan of uit, met het tweede kiest u de signaalverzwakking. In de ene stand verzwakt de SI9001 het ingangssignaal tien keer, in de andere stand honderd keer.
Hoe werkt het?
Het apparaatje kost een sappige € 350,00. Voor die prijs verwacht u waarschijnlijk een heleboel elektronica. Dat valt vies tegen, in feite kan de interne schakeling vereenvoudigd worden tot onderstaand schema. Aan de ingang staat een dubbelpolige omschakelaar S1, waarmee u een van de hoogohmige ingangsdelers inschakelt. In de ene stand is dat R1-R5 en R4-R6, in de andere stand R2-R5 en R3-R6. Vanwege het hoogohmige karakter van deze verzwakkers is een capacitieve compensatie absoluut noodzakelijk. Vandaar de condensatoren C1 tot en met C6, die de parasitaire capaciteiten compenseren en de hoogfrequent eigenschappen van de verzwakkers optimaliseren. Nadien volgen twee zeer hoogohmige bufferversterkers OP1 en OP2. De uitgangen van deze schakelingen gaan naar een verschilversterker, opgebouwd rond OP3. Deze schakeling berekent het spanningsverschil tussen de uitgangen van OP1 en OP2 en zet dit verschil op de uitgang van het apparaat.
Natuurlijk komt er in de praktijk wel iets meer kijken dan dit blokschema suggereert. Zo moeten er aan de ingangen uitgebreide beveiligingsschakelingen worden ingebouwd, die de operationele versterkers beschermen tegen te hoge spanningen. De enkelvoudige batterijspanning moet bovendien door middel van een spanningsverdubbelaar en inverter worden omgezet in symmetrische voedingsspanningen voor het voeden van de drie op-amp's.
Meten tussen twee punten die niet de massa zijn
Een differentiële meetprobe is onmisbaar voor het meten van stromen
Als u de stroom wilt observeren die door een bepaald apparaat wordt verbruikt, is het gebruik van een differentiële meetprobe zoals de SI9001 onontbeerlijk. Kijk maar naar onderstaande figuur. U zet een kleine weerstand in serie met het apparaat waarvan u het stroomverbruik wilt zien. U sluit de SI9001 aan over deze weerstand. Uit de wet van Ohm volgt dat de spanning over de weerstand recht evenredig is met de stroom door de weerstand, dus het beeld dat u op het scherm van uw scoop ziet is een exacte weergave van het verloop van de stroom.
(Banggood sponsor advertentie)
Micsig DP10013 100MHz Differential Probe
Kennismaking met de SI9001
Wat is het?
De SI9001 van het Duitse merk Testec is in wezen niets meer dan een uitgebreide versie van een verschilversterker of differentiële versterker. Het apparaat heeft twee ingangen, een positieve (rood) en een negatieve (zwart). U sluit deze twee ingangen aan op de twee punten waartussen u het spanningsverschil wilt meten. De uitgang sluit u aan op de BNC-connector van uw oscilloscoop. De schakeling berekent het spanningsverschil tussen beide meetspanningen en zet dit verschil, tien of honderd maal verzwakt, als naar de massa gerefereerde spanning op de uitgang. Tussen de ingangen en de uitgang staat een weerstand van niet minder dan 4 MΩ. Hoewel dus, zuiver theoretisch, geen sprake is van een absolute galvanische scheiding tussen de ingangen en de uitgang, komt het daar in de praktijk wél op neer. Stel dat u een van de ingangen verbindt met de fase van de 230 V netspanning en de uitgang aanraakt. Dan vloeit er maximaal een stroom van 230 V gedeeld door 4 MΩ is gelijk aan 0,000.058 A oftewel 58 µA door uw lichaam. U kunt dus met tussenschakeling van de SI9001 zonder gevaar in netgevoede schakelingen meten met uw oscilloscoop.
Hoe ziet het er uit?
De SI9001 zit in een opvallend gekleurde kunststof behuizing van 170 mm bij 63 mm bij 21 mm en wordt gevoed door vier AA cellen van 1,5 V. Op het frontje treft u twee schuifschakelaartjes aan. Met het ene zet u het apparaatje aan of uit, met het tweede kiest u de signaalverzwakking. In de ene stand verzwakt de SI9001 het ingangssignaal tien keer, in de andere stand honderd keer.
 |
| De SI9001 van het Duitse Testec. (© Testec Elektronik GmbH) |
Het apparaatje kost een sappige € 350,00. Voor die prijs verwacht u waarschijnlijk een heleboel elektronica. Dat valt vies tegen, in feite kan de interne schakeling vereenvoudigd worden tot onderstaand schema. Aan de ingang staat een dubbelpolige omschakelaar S1, waarmee u een van de hoogohmige ingangsdelers inschakelt. In de ene stand is dat R1-R5 en R4-R6, in de andere stand R2-R5 en R3-R6. Vanwege het hoogohmige karakter van deze verzwakkers is een capacitieve compensatie absoluut noodzakelijk. Vandaar de condensatoren C1 tot en met C6, die de parasitaire capaciteiten compenseren en de hoogfrequent eigenschappen van de verzwakkers optimaliseren. Nadien volgen twee zeer hoogohmige bufferversterkers OP1 en OP2. De uitgangen van deze schakelingen gaan naar een verschilversterker, opgebouwd rond OP3. Deze schakeling berekent het spanningsverschil tussen de uitgangen van OP1 en OP2 en zet dit verschil op de uitgang van het apparaat.
Natuurlijk komt er in de praktijk wel iets meer kijken dan dit blokschema suggereert. Zo moeten er aan de ingangen uitgebreide beveiligingsschakelingen worden ingebouwd, die de operationele versterkers beschermen tegen te hoge spanningen. De enkelvoudige batterijspanning moet bovendien door middel van een spanningsverdubbelaar en inverter worden omgezet in symmetrische voedingsspanningen voor het voeden van de drie op-amp's.
 |
| Het intern blokschema van de SI9001. (© 2017 Jos Verstraten) |
Technische specificaties van de SI9001
| Parameter | Verzwakking 1/10 | Verzwakking 1/100 |
|---|---|---|
| Bandbreedte | DC - 25 MHz | DC - 25 MHz |
| Stijgtijd | 14 ns | 14 ns |
| Verzwakking | 10 | 100 |
| Nauwkeurigheid | 2 % | 2 % |
| Ingangsimpedantie | 2 x 4 MΩ naar de massa | 2 x 4 MΩ naar de massa |
| Ingangscapaciteit | 2 x 5,5 pF naar de massa | 2 x 5,5 pF naar de massa |
| Maximale ingangsspanning | 70 Vtop-tot-top, 50 Veffectief | 700 Vtop-tot-top, 500 Veffectief |
| Maximale uitgangsspanning | 7 Vtop-tot-top | 7 Vtop-tot-top |
| Uitgangsimpedantie | 1 Ω (1 kHz), 8 Ω (1 MHz) | 1 Ω (1 kHz), 8 Ω (1 MHz) |
| Uitgangsoffset | ±5 mV max. | ±5 mV max. |
| Uitgangsruis | 0,7 mVeffectief max. | 0,7 mVeffectief max. |
| CMRR | -86 dB (50 Hz), -66 dB (20 kHz) | -86 dB (50 Hz), -66 dB (20 kHz) |
| Kabellengte ingangen | 45 cm | |
| Kabellengte uitgang | 95 cm BNC | |
| Voeding | 4 x AA cellen (6 V) | |
Het werken met de SI9001
Meten tussen twee punten die niet de massa zijn
Als met uw scope het spanningsverschil tussen twee willekeurige punten in een schakeling wilt meten, dan moet u de twee kanalen van uw apparaat gebruiken. Sluit beide ingangen aan op die twee punten en zet de scope op 'Verschilmeting A-B'.
In onderstaande figuur is weergegeven hoe u met de SI9001 van uw eenkanaals scoop een tweekanaals instrument kunt maken. U sluit beide meetprobes van de SI9001 aan op de basis en emitter en verbindt de uitgang van de SI9001 met de ingang van uw scoop. Zoals duidelijk blijkt worden zowel basis als emitter nu via de 4 MΩ impedanties van beide ingangen gemeten en zij merken nauwelijks iets van deze extra belasting. |
| Het tussenschakelen van een SI9001 lost alle problemen op. (© 2017 Jos Verstraten) |
Meten in netgevoede schakelingen
Als u in een schakeling moet meten die rechtstreeks met de netspanning is verbondnen, bijvoorbeeld een triac-dimmer, dan moet u heel erg goed opletten hoe u meet. Als u uw oscilloscoop gebruikt zonder een differentiële probe bestaat de kans dat u de massa van de meetprobe aansluit op een punt dat een heel lage weerstand heeft ten opzichte van de fase van het net. Het gevolg is dat er grote stroom kan gaan lopen tussen dat meetpunt en de aarding in uw huis, waardoor uw oscilloscoop wordt beschadigd.
Hoe het wél moet is in onderstaande figuur voorgesteld. Zet de SI9001 tussen de meetschakeling en uw scoop en alle problemen en levensgevaarlijke situaties zijn in één klap verdwenen. De 4 MΩ ingangsimpedanties van dit apparaat zorgen voor een adequate scheiding tussen de fasespanning, uw meetapparatuur en uzelf.
 |
| Hoe u veilig in netgevoede schakelingen meet. (© 2017 Jos Verstraten) |
Een differentiële meetprobe is onmisbaar voor het meten van stromen
Als u de stroom wilt observeren die door een bepaald apparaat wordt verbruikt, is het gebruik van een differentiële meetprobe zoals de SI9001 onontbeerlijk. Kijk maar naar onderstaande figuur. U zet een kleine weerstand in serie met het apparaat waarvan u het stroomverbruik wilt zien. U sluit de SI9001 aan over deze weerstand. Uit de wet van Ohm volgt dat de spanning over de weerstand recht evenredig is met de stroom door de weerstand, dus het beeld dat u op het scherm van uw scoop ziet is een exacte weergave van het verloop van de stroom.
 |
| Het observeren van stromen met de SI9001 en uw scoop. (© 2017 Jos Verstraten) |
Micsig DP10013 100MHz Differential Probe