Měření proudu na tištěných spojích dotykovou sondou

Běžné proudové sondy k osciloskopům jsou konstruovány k vložení vodiče s měřeným protékajícím proudem do kleští. Střídavý proud je pak měřen na „transformátorovém“ principu, přičemž měřený vodič je primárem, stejnosměrný proud pak pomocí halové sondy, kdy je nutno před každým měřením nastavit nulu. Na výstupu je pak napěťová hodnota odpovídající definovanému poměru dle rozsahu – např. 100 mV odpovídá 1 A.

Konvenčně lze tedy měřit proud pouze výše uvedeným způsobem (obejmutím vodičem v proudových kleštích), nebo ještě přesněji, pomocí proudového bočníku, ale v tomto případě se musí pro vložení bočníku obvod rozpojit.

Jsou však případy, jako je právě například měření na deskách plošných spojů, kdy není možnost ani obejmout samostatný vodič, ani rozpojit obvod a je potřeba měřit proud na jednotlivých větvích tištěného spoje.

Takto lze měřit proud pomocí speciální sondy I-Prober 520, která je navíc dostupná v příznivé cenové relaci. Tato sonda umožňuje měřit proudy dotykem v rozmezí od DC až po střídavé, ve frekvenčním pásmu do 5 MHz a v rozsazích 10 mA až 20 A.

Pracuje na principu měření velikosti externího magnetického pole v okolí vodiče.

Vysokou přesnost u sondy I Probe 520 umožňuje použitá magnetická sonda. Kvalita se projevuje i v nízkém šumovém čísle – ekvivalentní < 6 mA RMS, v plné šířce pásma. Bezpečnost je dimenzována pro CAT II 300V a 600 V CAT I.

Vhodná je pro připojení k libovolnému osciloskopu s BNC konektorem.

Technicky se principiálně jedná o toroidní jádro z velmi lehce magnetizovatelného materiálu. Na toto jádro jsou navinuty dvě cívky. Jedna je budicí a druhá měřicí.

Při klidovém stavu je indukované napětí přenášeno rovnou na měřicí cívku. Rozdíl napětí mezi těmito cívkami bude tedy nulový.

Při zavedení senzoru sondy do externího magnetického pole, tedy při měření proudu, bude dosaženo magnetické saturace rychleji nebo k dojde k desaturování dříve (v závislosti na směru externího mag. toku), než by došlo jen při generování magnetického pole jen budicí cívkou. Indukované napětí na měřicí cívce pak odpovídá rozdílu magnetických polí budicí cívky a měřeného pole.

Sonda tedy obsahuje miniaturní magnetometr založený na výše popsaném principu. Díky submilimetrové velikosti a vysoce vyspělým materiálům použitým v jádře cívky je možné tyto sondy použít jak pro stejnosměrné proudy, tak i pro frekvence dosahujících až 5 MHz.

Rozdíl ve velikosti indukce mezi budicí a snímací cívkou je velmi citlivý na pozici vodiče vůči snímači. Dalším značným vlivem ovlivňujícím výsledek je i průměr vodiče.

Proto je nutné pro zjištění přesné velikosti protékajícího proudu konkrétním vodičem nastavit citlivost na předem známé velikosti proudu protékajícího tímto vodičem. K tomuto účelu je možné vytvořit převodní tabulku citlivosti vztažené k internímu kalibračnímu zdroji umístěnému na ovládači sondy.

Bohužel je samozřejmé, že výsledek měření bude dále obsahovat i vliv dalších přítomných polí kolem senzoru. Tím polem může být například zmagnetizovaná součástka, což se projeví zvýšenou hodnotou DC proudu. Střídavý proud pak ovlivní magnetické pole od transformátorů ostatních vysílačů.

Proudy u přilehlých tras nebo na druhé straně plošného spoje také ovlivní výsledný proud.

Tyto problémy se ve většině případů dají odhalit a eliminovat. Stejnosměrný posun se dá například vynulovat při vypnutém napájení obvodu. Interference střídavých proudů se dají regulovat pomocí propustných filtrů redukujících frekvenční rozsah. Ovládací prvky pro výše zmíněné nastavení má I-prober vestavěné a práce s nimi je velmi intuitivní, ať už se jedná o nastavení DC offsetu, nebo přepínače filtrů, které jsou u této sondy přednastaveny.

Tak jako tak, používání I-prober 520 vyžaduje znalost měřeného obvodu a je určena pokročilým technikům.

Samozřejmě, že pokud se vyskytne nutnost změřit proud ve volném vodiči, není potřeba pořizovat další klasickou proudovou klešťovou sondu, ale lze využít „adaptérek“, který je ve standardním příslušenství. Jeho použití je patrné z vypovídajícího obrázku.

Výše uvedenou sondu nabízí za příznivou cenu firma Micronix, jeden z největších distributorů měřicí techniky v České a Slovenské republice. Momentálně jsou tyto typy sond skladem.

V nabídce společnosti nalezneme také i klasické klešťové sondy, některé i s možností měření proudu ve vyšším frekvenčním rozsahu a samozřejmě i široký sortiment samotných měřicích přístrojů a testerů. Ceny a základní parametry zmíněných sond a některých vybraných přístrojů naleznete v následujícím inzerátu.