Impulsowy test oscyloskopów i sond pomiarowych, część 3

Zmontowałem i przetestowałem „NanoGen – generator nanosekundowy” opisany w ZE 3/2026. Było to bardzo interesujące, wzbogacające wiedzę, ale też zaskakujące doświadczenie. W czterech artykułach chciałbym podzielić się swoimi spostrzeżeniami. Mam nadzieję, że moje uwagi przydadzą się innym Czytelnikom.

Charakterystyka impulsowa badanych sond oscyloskopowych

Po wyznaczeniu referencyjnej odpowiedzi impulsowej oscyloskopu Rigol DHO812, przystąpiłem do oceny wpływu różnych sond pomiarowych na odpowiedź przejściową całego toru pomiarowego. Celem eksperymentu nie było bezpośrednie wyznaczenie rzeczywistego pasma poszczególnych sond, lecz porównanie ich zachowania w identycznych warunkach pomiarowych przy pobudzeniu bardzo szybkim impulsem nanosekundowym, generowanym przez opisany wcześniej nanogenerator.

Wszystkie pomiary wykonałem przy użyciu tego samego stanowiska oraz tej samej konfiguracji wejściowej oscyloskopu. Sondy pracowały w trybie tłumienia, zgodnym z ich przeznaczeniem, a połączenie realizowałem za pomocą adaptera BNC umożliwiającego bezpośrednie przyłączenie końcówki pomiarowej do wyjścia generatora. Dzięki temu ograniczyłem wpływ dodatkowych przewodów, nieciągłości impedancyjnych oraz pasożytniczych elementów RLC.

Ponieważ referencyjny czas narastania oscyloskopu Rigol DHO812 wynosi około 2,65 ns, uzyskane wyniki należy interpretować przede wszystkim jako ocenę wpływu sond na odpowiedź impulsową całego systemu pomiarowego. W badanym układzie różnice pomiędzy sondami ujawniają się głównie poprzez poziom przeregulowania, charakter oscylacji przejściowych, czas stabilizacji poziomu ustalonego oraz wpływ na automatycznie wyznaczany czas narastania.

W praktyce parametry te dostarczają cennych informacji o jakości kompensacji częstotliwościowej sondy, jej efektywnej pojemności wejściowej oraz podatności na rezonanse pasożytnicze występujące w rzeczywistym torze pomiarowym.

Sondy pasywne:

Rigol PVP3150 (150 MHz)
Specyfikacja fabryczna:
– pasmo przenoszenia: 150 MHz,
– deklarowany czas narastania: 2,3 ns,
– pojemność wejściowa: 10 pF ± 5 pF.

Badaniom poddałem dwa egzemplarze sondy Rigol PVP3150. Pomiar wykonałem w skróconym torze pomiarowym, po wcześniejszej eliminacji dodatkowych adapterów i złączy mogących wpływać na odpowiedź wysokoczęstotliwościową układu. Oba egzemplarze wykazały bardzo dobrą powtarzalność wyników (rysunek 11).

Automatyczny pomiar czasu narastania wskazał, trzm = 2,60 ns, natomiast pomiar kursorowy dał wartość ΔX ≈ 2,45 ns.

Uzyskany wynik jest nieznacznie krótszy od referencyjnego czasu narastania oscyloskopu, wynoszącego około 2,65 ns. Formalnie prowadzi to do sprzeczności przy próbie zastosowania klasycznego modelu RSS, ponieważ po podstawieniu wartości do równania, pod pierwiastkiem pojawia się wartość ujemna. Zjawisko to nie oznacza jednak rzeczywistego przekroczenia możliwości oscyloskopu, lecz jest skutkiem sposobu kształtowania odpowiedzi impulsowej przez sondę i tor pomiarowy.

Analiza przebiegu wskazuje na występowanie umiarkowanego przeregulowania. Dla poziomu ustalonego, wynoszącego około 2,18 V obserwowałem maksymalną wartość około 2,37 V, co odpowiada overshootowi rzędu 8,7%.

Po wystąpieniu przeregulowania oscylacje przejściowe szybko wygasają, a przebieg osiąga stabilny poziom po około 16–18 ns. Odpowiedź impulsowa ma charakter dobrze kontrolowany i nie wykazuje tendencji do długotrwałego dzwonienia. Widoczną cechą sondy jest niewielkie wyostrzenie odpowiedzi impulsowej, które może wpływać na sposób wyznaczania poziomów 10–90% przez automatykę oscyloskopu. Pomimo umiarkowanego overshootu oba egzemplarze wykazały bardzo dobrą powtarzalność parametrów, potwierdzając zgodność z klasą sond 150 MHz i dobrą jakość wykonania.

Rigol PVP2350 (350 MHz)
Specyfikacja fabryczna:
– pasmo przenoszenia: 350 MHz,
– deklarowany czas narastania: 1,0 ns,
– pojemność wejściowa: 10 pF ± 5 pF.

Rigol PVP2350 jest najszybszą z badanych sond pasywnych producenta. W badanym układzie uzyskałem najkrótszy czas narastania spośród wszystkich sond pasywnych, co wskazuje na bardzo dobrą odpowiedź wysokoczęstotliwościową sondy. Pomiary wykonałem już w zoptymalizowanej konfiguracji stanowiska pomiarowego, po wcześniejszym wyeliminowaniu dodatkowego łącznika BNC-BNC opisanego w części 2 (rysunek 12).

Automatyczny pomiar wykazał czas narastania trzm ≈ 2,15 ns.

Była to najkrótsza uzyskana wartość spośród wszystkich badanych sond pasywnych. Jednocześnie przebieg wykazuje wyraźne przeregulowanie. Overshoot osiąga około 11,7%, a po około 7 ns obserwowane jest charakterystyczne lokalne ugięcie odpowiedzi przed osiągnięciem stanu ustalonego. Zjawisko to jest typowe dla układów o bardzo dobrej odpowiedzi wysokoczęstotliwościowej, lecz o nieoptymalnym tłumieniu. Energia zgromadzona w pasożytniczych elementach L i C toru pomiarowego prowadzi do krótkotrwałego przeregulowania odpowiedzi. Warto zwrócić uwagę, że uzyskany czas narastania jest krótszy od czasu referencyjnego oscyloskopu. Nie należy jednak interpretować tego wyniku jako dowodu na rzeczywiste pasmo przekraczające możliwości toru pomiarowego. Skrócenie wynika częściowo z wyostrzenia odpowiedzi impulsowej oraz wcześniejszego osiągania poziomu 90% przez automatykę pomiarową oscyloskopu.

Pomimo tej cechy, odpowiedź pozostaje dobrze powtarzalna, a sonda wyraźnie ujawnia swoją przewagę w zakresie przenoszenia wysokich częstotliwości.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w październikowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 10/2026). Pełną wersję czasopisma znajdziesz pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 10/2026 znajduje się tutaj.

Tadeusz Susfał
tseleze@gmail.com

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.