DIY Differential probe for Osciloscope

กับการทดลองโครงงานเล็กๆ เพื่อสร้างเป็นเครื่องมือที่จะใช้ในการทดสอบวงจร และวัดสัญญาณไฟฟ้าที่มีค่าแรงดันสูง ดิฟเฟอร์เรนเชียลโพรบ (Differential probe) ซึ่งบางครั้งสายโพรบวัดสัญญาณที่มาพร้อมกับตัวออสซิลโลสโคปไม่สามารถวัดได้ (ไม่สามารถลดทอนขนาดสัญญาณให้อยู่ในช่วงที่อ่านค่าได้เหมาะสม) และไม่สามารถวัดสัญญาณที่จะต้องใช้ตำแหน่งของจุดต่อกราวด์ร่วมกันได้ ซึ่งจะพบได้มากกับการวัดสัญญาณในวงจรอิเล็กทรอนิกส์กำลังต่างๆ เช่น สวิตชิ่งเพาเวอร์ซัพพลาย อินเวอร์เตอร์สำหรับขับมอเตอร์ เป็นต้น

DIY Differential probe for Osciloscope — รูปที่ 1 การประกอบส่วนต่างๆ ของวงจรดิฟเฟอร์เรนเชียลโพรบ

จากในรูปที่ 1 เป็นการทดลองและประกอบส่วนของตัวต้านทานสำหรับรับค่าแรงดันที่เราต้องการวัดให้เข้ามายังออปแอมป์ให้อยู่ในขนาดที่เหมาะสม โดยในส่วนนี้จะเลือกย่านวัดแรงดันที่สามารถวัดไฟฟ้ากระแสสลับ 220Vac ได้ ซึ่งในย่านแรงดันนี้สามารถวัดสัญญาณต่างๆ ได้ค่อนข้างครอบคุมการทำงานทั่วไปได้พอควร

ต่อมารูปที่ 2 เป็นการปรับแต่งวงจรให้ตัวออปแอมป์สามารถใช้แหล่งจ่ายไฟเลี้ยงเดี่ยวได้ ทั้งนี้เพื่อให้สามารถใช้งานกับแบตเตอรี่ขนาด 9V ที่มีจำหน่ายทั่วไปและเลือกหาแหล่งจ่ายไฟให้กับวงจรได้ง่าย โดยวงจรที่ทดลองนี้สามารถรับไฟเลี้ยงได้ในช่วง 9V-16Vdc

ในรูปที่ 3 เป็นการทดลองใช้วัดสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ 220Vac/50Hz (ไฟบ้าน) ด้วยการใช้ปลั๊กเสียบสายไฟ 220Vac และต่อเข้าโดยต่อกับตัวโพรบที่สร้างขึ้น เพื่อดูลักษณะของสัญญาณในเรื่องขนาดและเฟสของสัญญาณ และเปรียบเทียบสัญญาณเอาต์พุตของโพรบกับแหล่งจ่ายจริงอีกครั้ง

ต่อมาในรูปที่ 5 จะเป็นการใช้วาริแอก (อุปกรณ์ปรับค่าแรงดันของไฟ 220Vac) ในการรับค่าแรงดันสูงสุดและต่ำสุด เพื่อหาช่วงการทำงานของวงจรที่เราออกแบบทำงานได้อย่างถูกต้องและเรานำไปใช้งานได้ตามที่ต้องการ

สำหรับรูปที่ 6 ข้างบน (อันนี้เบรกนิดนึงครับ) มีนกเขาบินเข้ามาที่ห้องทำงานครับ ซึ่งที่ห้องทำงานปกติจะเปิดประตูไว้เพื่อให้อากาศถ่ายเทและตัวนี้เป็นตัวที่ 2 ที่บินเข้ามาในระหว่างการทดลอง ได้จับ ได้คุยกัน ^_^. ก็ปล่อยและอาศัยอยู่ใกล้ๆ นี้ครับ.

ในรูปที่ 7 เป็นการออกแบบในส่วนของตัวต้านทานเพิ่มเติม เพื่อให้วงจรนี้สามารถวัดสัญญาณที่มีขนาดเล็กลงได้ ทั้งนี้เพื่อใช้ในการวัดสัญญาณสำหรับคอนเวอร์เตอร์ที่ใช้แรงดันไม่สูงมากนัก เช่น งานโซล่าร์เซลล์ งานในด้าน ดีซี ทู ดีซี ที่ใช้แรงดันต่ำแต่ต้องการกระแสสูง การวัดญญาณขับที่ขาเพาเวอร์มอสเฟตต่างๆ เป็นต้น

ในรูปถัดมาที่ 8 เป็นการทดสอบวัดสัญญาณพัลซ์สี่เหลี่ยมขนาด 5Vp-p ที่ความถี่ 100kHz ซึ่งสัญญาณที่เกิดขึ้นอาจจะมีสัญญาณรบกวนบ้าง แต่ไม่เป็นไรครับ ทั้งนี้วงจรที่ออกแบบนี้จะใช้แค่ในช่วงความถี่ไม่เกิน 60kHz ก็พอแล้ว (เป็นช่วงของแหล่งจ่ายไฟสวิตชิ่ง) ซึ่งจะนำไปใช้ในการวัดสัญญาณในกลุ่มนี้นั้นเองครับ

ในรูปที่ 9 เป็นการทดลองนำวงจรที่เราออกแบบไปใช้ในการวัดสัญญาณขับตัวเพาเวอร์มอสเฟสของวงจรซิงโครนัสบักคอนเวอร์เตอร์ (Synchronous Buck Converter) ซึ่งวงจรนี้จะต้องอาศัย Differential probe ในการวัดสัญญาณที่ตำแหน่งเพาเวอร์มอสเฟตตัวบน (High-side switches) เพื่อตรวจสอบความสัมพันธ์ของสัญญาณระหว่างเพาเวอร์มอสเฟตตัวล่าง (Low-side switches) นั้นเองครับ

ในรูปที่ 10 เป็นสัญญาณที่เกิดขึ้นจากการทดลองวัดที่ตำแหน่งขาเกตเพาเวอร์มอสเฟตตัวบนของวงจรซิงโครนัสบักคอนเวอร์เตอร์ จะสังเกตเห็นว่าสัญญาณนี้จะอยู่ในช่วงแรงดันของการขับขาเกตนั้นเอง

เมื่อทดลองวงจรทั้งหมดเป็นที่ถูกต้องแล้ว ในรูปที่ 11 ถึงรูปที่ 13 จะเป็นการนำวงจร Differential Probe ที่ประกอบลงในกล่อง เพื่อให้เราสามารถนำไปใช้งานได้ง่ายและปลอดภัยยิ่งขึ้นและเราสามารถปรับแต่งวงจรภายหลังได้ สามารถใช้ในงานที่เฉพาะอย่าง โดยในรูปจะต่อสายสัญญาณจาก Differential เข้าไปยังออสซิลโลสโคปได้โดยตรง (สามารถใช้ออสซิลโลสโคปได้ทั้งอะนาลอกและดิจิตอล) ด้วยหัวต่อ BNC

จากนั้นที่ขั้วต่อบานาน่าสีแดงและสีดำ เราใช้สายต่อเข้ากับจุดวัดสัญญาณได้ทันที ในส่วนของแหล่งจ่ายไฟเราสามารถใช้อะแดปเตอร์หรือแบตเตอรี่ก็ได้ในช่วง 9V-16Vdc ซึ่งเมื่ีอเราต่อแล้วจะมีแอลอีดีแสดงผงให้เราทราบ และจุดสุดท้ายจะเป็นสวิตช์เลือกย่านการใช้งานโดยในที่นี้ออกแบบเป็น 2 ส่วนคือ ย่าน X20 และ X500 ตามความเหมาะสม

ในรูปสุดท้ายที่ 14 เป็นลักษณะของวงจรที่ใช้ในโครงงานนี้ และหวังว่าโครงงานนี้จะช่วยให้เราประหยัดค่าใช้จ่ายในการซื้อเครื่องมือสำหรับวัดสัญญาณอีกแบบ ซึ่งคุณภาพของวงจรสามารถนำไปใช้งานได้ดี โดยเราสามารถประกอบเพื่อใช้งานหรือประยุกต์ในส่วนต่างๆ ได้ตามความเหมาะสมครับ.

Reference

Post Views: 1,937

Published by nattapon