wersja mobilna
Online: 324 Poniedziałek, 2018.06.18

Technika

Wstępne badania EMC urządzeń elektronicznych

poniedziałek, 12 czerwca 2017 12:51

Zasadnicze problemy związane z kompatybilnością elektromagnetyczną EMC urządzeń i systemów elektronicznych pozostają aktualne od szeregu lat, ale ogólny rozwój technologiczny i wkraczanie elektroniki w coraz to nowe obszary zastosowań wymagają często, aby zajmować się tymi problemami na nowo i w zmodyfikowany sposób. Dotyczy to obu stron kompatybilności, a mianowicie generacji zaburzeń elektromagnetycznych przez analizowane urządzenia oraz ich odporności na zaburzenia.

Zasilanie urządzeń

Rys. 1. Analiza kombinacji dwóch sygnałów okresowych w dziedzinie częstotliwości i czasu

Stosowane szeroko w sprzęcie profesjonalnym i powszechnego użytku zasilacze impulsowe są źródłem silnych zaburzeń elektromagnetycznych, rozchodzących się przez promieniowanie lub/i przez przewodzenie. Zaburzenia przewodzone mogą mieć charakter zaburzeń różnicowych (symetrycznych) DM i wspólnych (niesymetrycznych) CM. Zaburzenia różnicowe DM reprezentują niepożądane sygnały elektryczne pojawiające się w ścieżkach i przewodach zasilających, a także w liniach sygnałowych i sterujących.

Natomiast zaburzenia wspólne CM, to niepożądane przebiegi elektryczne, które występują między różnymi przewodami lub płaszczyznami w obwodach a masą (uziemieniem) urządzenia. Przyczyną generacji zaburzeń w zasilaczu są zachodzące podczas jego pracy gwałtowne zmiany stosunkowo dużych prądów. Zaburzenia na wyjściu zasilacza mogą tez pochodzić z sieci energetycznej.

Teoretycznie w energetycznej sieci zasilającej powinny występować przebiegi napięciowe o określonej formie (najczęściej sinusoida) i ustalonej częstotliwości. Jednakże w praktyce przebiegi napięciowe mogą być odkształcone i zajmować pewne pasmo częstotliwości. Aby uchronić zasilacz od wpływu tych zjawisk stosuje się filtr sieciowy, instalowany w niestabilizowanym zasilaczu napięcia stałego, który stanowi wejściowy moduł zasilacza impulsowego.

Rozpatrując zaburzenia generowane przez zasilacz, trzeba wspomnieć o możliwości wytwarzania w jego otoczeniu pola elektrycznego małej częstotliwości, co powoduje potrzebę zapewnienia pewnego dystansu pomiędzy zasilaczem a innymi wrażliwymi obwodami elektrycznymi lub nawet zastosowania ekranów od takiego pola. Jednakże główne źródło zaburzeń w zasilaczu impulsowym jest związane z impulsową pracą stabilizatora/regulatora napięcia (często nazywanego także przetwornicą lub konwerterem stałoprądowym), co skutkuje możliwością powstawania zaburzeń impulsowych (zaburzeń w.cz.).

Z tej przyczyny na wejściu i wyjściu stabilizatora zaleca się instalowanie 2 kondensatorów filtrujących, odpowiednio o małej i dużej pojemności. Przepływ prądu w przewodach i ścieżkach połączeń powoduje powstawanie wokół nich pola magnetycznego. Strumień magnetyczny zależy od natężenia tego pola i powierzchni pętli prądowej.

Zmiany pola magnetycznego, wywołane okresowo przerywanym przepływem prądu, indukują w przewodach sygnałowych i uziemieniu zaburzenia napięciowe. Praktyczną wskazówką, dotyczącą konstrukcji i wykonawstwa, jest dążenie do minimalizacji powierzchni pętli prądowych przez "ciasny" montaż elementów na płytkach i racjonalne wykonywanie uziemienia, głównie przez krótkie połączenia i np. lokalne uziemienia w obrębie obwodów przetwornicy.

Chwilowe magazynowanie energii elektrycznej podczas przełączania obwodów w zasilaczu realizuje się przy użyciu elementów indukcyjnych. Należy zadbać, aby pojemność pasożytnicza dławika w przetwornicy była jak najmniejsza, bo w ten sposób redukuje się zaburzenia, które mogłyby się ujawnić w ścieżkach uziemiających.

Temu celowi sprzyja wybór dławika o możliwie dużej częstotliwości rezonansu własnego. W krytycznych sytuacjach warto pomyśleć o jeszcze innym rozwiązaniu, polegającym na zastąpieniu jednej cewki dławika dwoma mniejszymi cewkami połączonymi szeregowo. Przy takim połączeniu sumaryczna indukcyjność pozostaje jak wymagana poprzednio, ale pojemność zmniejsza się czterokrotnie.

Zasilacz impulsowy stanowi nieliniowe obciążenie dla sieci energetycznej, gdyż prąd jest przez niego pobierany tylko w stosunkowo krótkich przedziałach czasu w pełnym okresie zmian napięcia. Wytwarzane z tej przyczyny składowe harmoniczne są przekazywane wstecznie do sieci.

Aby temu zapobiec, stosować trzeba korektę współczynnika mocy PFC (stosunku mocy czynnej do pozornej). Odpowiednie moduły realizujące taką korektę są dostępne handlowo lub też niekiedy montują je od razu wytwórcy zasilaczy. W trosce o jakość dostarczanej energii elektrycznej w normach dotyczących EMC określa się dopuszczalne poziomy harmonicznych aż do 39.

Konstrukcja i wykonawstwo urządzeń

Rys. 2. Przykładowe zobrazowanie sygnałów na ekranie analizatora logicznego

Projektowanie i konstruowanie urządzeń elektronicznych stanowi istotny czynnik w uzyskaniu wymaganej kompatybilności elektromagnetycznej, pomimo, że do wytwarzania tych urządzeń stosuje się obecnie wiele gotowych modułów i bloków funkcjonalnych, często w postaci układów scalonych. Ważnym czynnikiem jest również jakość wykonawstwa urządzeń, a szczególnie jakość montażu i różnego rodzaju połączeń, tak mechanicznych jak i elektrycznych, oraz uziemień, ekranów i obudowy, a także jakość końcowych pomiarów kwalifikacyjnych.

Takie dość ogólne wnioski można wyciągnąć na podstawie wyników badań prowadzonych w laboratoriach EMC. Można też przy ich wykorzystaniu sporządzić zestawienie najczęściej spotykanych krytycznych narażeń i wad dotyczących EMC badanych urządzeń elektronicznych oraz podjąć próby ustalenia ich przyczyn. Z danych opublikowanych przez różne ośrodki i firmy, głównie amerykańskie oraz znanych także z laboratoriów krajowych (np. Eltest)) wynika, że często spotykaną wadą urządzeń jest ich mała odporność na wyładowania elektrostatyczne ESD i na narażenia impulsowe.

Przyczyną tego może być zastosowanie elementów o małej odporności na impulsy napięciowe, niewłaściwy dobór i rozmieszczenie podzespołów ochronnych (np. diod, tranzystorów MOS o specjalnej konstrukcji lub warystorów), niewłaściwe lub niewystarczające uziemienie obwodów i połączeń, mało skuteczne ekranowanie i nie najlepszej jakości lub źle dobrana obudowa.

Osłabienie odporności na wyładowania ESD może być także spowodowane przez zaniedbania w procedurach organizacyjnych i technicznych przewidzianych w procesach wytwarzania urządzeń, dotyczące, przykładowo, wyposażenia i zabezpieczeń stanowisk roboczych, samego montażu, manipulowania podzespołami oraz pomiarów urządzeń. W przypadku impulsowych narażeń "energetycznych", występujących np. przy przełączaniu obwodów z dużymi prądami, nie należy zapominać o możliwych pasożytniczych sprzężeniach pojemnościowych i lokalnych wzrostach temperatury.

Przyczyną dyskwalifikacji urządzeń podczas badań w laboratoriach EMC może być także ich mała odporność na promieniowanie i pola elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej. Narażenia takie mają powszechny charakter, jeśli weźmie się pod uwagę rozwój komunikacji bezprzewodowej i ogromny wzrost liczby urządzeń mobilnych.

Natomiast w zastosowaniach wojskowych i różnych działaniach o charakterze antyterrorystycznym nabiera znaczenia odporność urządzeń na promieniowanie elektromagnetyczne o dużej intensywności (np. o natężeniu pola kilkanaście-kilkadziesiąt V/m), generowane w zakresie mikrofal, głównie o częstotliwości od kilku do kilkudziesięciu gigaherców. W podwyższeniu odporności na takie narażenia pomocnym jest staranne ekranowanie urządzeń - całościowo i lokalnie, stosowanie ograniczników indukowanych napięć (podobnie jak w przypadku wyładowań ESD) oraz filtracja sygnałów.

Co się tyczy dopuszczalnych poziomów emisji zaburzeń przez urządzenia elektroniczne, to należy brać pod uwagę emisje promieniowane i rozchodzące się drogą przewodzenia. Emisje promieniowane są spowodowane przez zaburzenia wytwarzane w obwodach elektrycznych i emitowane do otoczenia za pośrednictwem dołączonych do urządzenia przewodów i kabli oraz długich i nieregularnych ścieżek na płytkach PCB, a także złączy, otworów w obudowach, nieciągłych ekranów, elementów pasożytniczych i przez wystąpienie niepożądanych sprzężeń obwodów.

Do środków ograniczających poziom zaburzeń promieniowanych zaliczyć należy: ukierunkowane na EMC projekty płytek PCB z umiejętnym rozprowadzeniem połączeń i uziemieniem (zwłaszcza przy szybkich układach cyfrowych) oraz skutecznym ekranowaniem - lokalnym i ogólnym. Znaczenie ma także prawidłowe umiejscowienie i połączenie linii z sygnałami niosącymi informacje o ustalonych lub rzadko zmienianych stanach (poziomach), takie jak włączenie/wyłączenie, nadawanie/odbiór.

Natomiast emisje przewodzone powstają w obwodach elektrycznych przy wytwarzaniu i przepływie różnych sygnałów wynikających z pracy urządzenia, szczególnie jeśli są to sygnały o stosunkowo dużych prądach i o wielkich częstotliwościach. Również i w tym przypadku do spełnienia wymagań EMC zdecydowanie przyczynić się może prawidłowe zaprojektowanie płytek PCB, uwzględniające zapewnienie kontrolowanego przepływu prądów powrotnych w obwodach.

Drugim ważnym czynnikiem jest zastosowanie odpowiedniej filtracji sygnałów. W tym przypadku warto też pamiętać o możliwości zastosowania doraźnych środków zaradczych w postaci tłumiących zaburzenia elementów ferrytowych.

Mając na względzie duży udział projektowania i konstrukcji urządzeń, a zwłaszcza płytek PCB, w zapewnieniu spełnienia wymagań dotyczących EMC, pod tym kątem trzeba dobierać oprogramowanie projektowe. Odpowiednie opcje ukierunkowane na EMC są dostępne w ogólnych programach do projektowania płytek PCB, opracowywanych w firmach projektowych (np. Mentor Graphics lub Cadence Design Systems), albo też stanowią produkty wyspecjalizowanych firm (np. CST Studio).

Diagnostyka i wstępne (konstruktorskie) badania EMC

Rys. 3. Ilustracja działania analizatora widma, pokazująca częstotliwości sygnałów i tło szumowe

Z oczywistych powodów konstruktorzy, producenci i sami użytkownicy wprowadzanych do eksploatacji urządzeń elektronicznych są głęboko zainteresowani prawidłową pracą tych urządzeń. Prawidłowa praca w ogólniejszym rozumieniu oznacza nie tylko wykonywanie przez urządzenie zaprojektowanej dla niego funkcji elektrycznej, lecz także spełnienie wymagań dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej EMC. Ta ostatnia sprawa ma znaczenie zarówno praktyczne jak i formalne.

Z tej przyczyny wiąże się ona z koniecznością przeprowadzania odpowiednich badań oceniających (na ogół drogich) w upoważnionych laboratoriach EMC. Aby uniknąć powtarzania takich badań po każdej zmianie konstrukcyjnej, podejmuje się próby zastosowania zbioru testów i pomiarów, które przy użyciu skromniejszej aparatury pomiarowej, niejako w trybie zastępczym, pozwoliłyby na ocenę skuteczności zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych i dawały jakąś gwarancję powodzenia w późniejszym formalnym badaniu urządzenia.

Uzasadnieniem takiego postępowania jest fakt, że przy prawidłowym funkcjonowaniu urządzeń elektronicznych, na ich końcówkach, a zwłaszcza zaciskach wyjściowych, sterujących i kontrolnych, powinny występować ustalone w projekcie sygnały elektryczne w formie określonych przebiegów napięciowych i prądowych. Sprawdzenie czy taka sytuacja ma właśnie miejsce nazywa się przeprowadzaniem diagnostyki (lub diagnozowaniem) urządzeń.

W takiej procedurze dokonuje się określenie ich stanu technicznego i ustalenie źródeł ewentualnej nieprawidłowej pracy (lub przyczyn uszkodzenia). Trzeba wspomnieć o innych jeszcze nazwach odnoszących się do podobnych działań, a bazujących na terminach stosowanych w języku angielskim. Jest to "troubleshooting", oznaczający wykrywanie i usuwanie usterek albo wad oraz termin o zbliżonym znaczeniu - "debugging"(w informatyce uruchamianie programu).

W publikacjach inżynierskich można spotkać zamienne stosowanie tych nazw. Jako wydzielone zadanie należy potraktować sprawdzenie czy urządzenie pracuje poprawnie w obecności zewnętrznych pól elektromagnetycznych i/lub zakłócających sygnałów przewodzonych oraz czy podczas pracy tego urządzenia nie są emitowane zaburzenia promieniowane i przewodzone o zbyt wysokich poziomach, a więc jaki jest stopień spełnienia wymagań dotyczących kompatybilności elektromagnetycznej EMC.

Tego rodzaju badania własne EMC określa się jako wstępne lub konstruktorskie (precompliance). Zarówno diagnostykę jak i konstruktorskie (własne) badania EMC można skutecznie realizować jeśli dysponuje się odpowiednimi przyrządami pomiarowymi. Najbardziej popularne i użyteczne do tego celu są różnego rodzaju oscyloskopy o zróżnicowanych cechach funkcjonalnych, analizatory widma, analizatory stanów logicznych, a także mierniki natężenia pola elektrycznego i pola magnetycznego w bliskim otoczeniu urządzenia (z odpowiednimi sondami) oraz analizatory (skanery) rozkładu pola nad badanym obiektem np. nad płytką drukowaną, przewodami połączeniowymi lub obudową ze szczelinami.

Wyróżniającą właściwością tych urządzeń jest ich przeznaczenie do zobrazowania wybranego przebiegu elektrycznego lub składowych pola elektromagnetycznego albo w funkcji czasu (w dziedzinie czasu) albo jako wielkości zależnej od częstotliwości (w dziedzinie częstotliwości), rysunek 1. Przy odpowiednim wyposażeniu sprzętowym i programowym możliwe jest nie tylko wykonywanie bezpośrednich obserwacji określonych przebiegów i charakterystyk elektrycznych lecz także prowadzenie pomiarów i analiz porównawczych.

Wśród wymienionych wyżej instrumentów i urządzeń pomiarowych niewątpliwie najszersze możliwości techniczne i zastosowanie mają obecnie oscyloskopy, o złożonej budowie i funkcjach, czyniących je niezwykle uniwersalnymi instrumentami pomiarowymi. Do analizy działania różnych grup urządzeń elektronicznych przydatne i uzasadnione kosztami jest jednak użycie również i innych instrumentów pomiarowych. Krótki przegląd porównawczy podany został poniżej.

Analizatory stanów logicznych

Rys. 4. Jeden z przykładów wizualizacji rozkładu widmowego sygnałów w badanym urządzeniu

Analizatory stanów logicznych (w skrócie analizatory logiczne) są instrumentami pomiarowymi, które przechwytują i prezentują wizualnie wiele sygnałów pochodzących z badanego układu lub systemu cyfrowego (logicznego). Zebrane dane mogą być przekształcone do postaci diagramu czasowego, zdekodowane, przedstawione w asemblerze i mogą podlegać jeszcze innego rodzaju przemianom. Analizator w swojej najbardziej podstawowej formie rejestruje i pokazuje sekwencję zdarzeń cyfrowych.

Analizatory logiczne mają rozwinięte możliwości wyzwalania, co ułatwia obserwację zależności czasowych pomiędzy wieloma sygnałami w systemach cyfrowych. W szczególności w urządzeniach z mikrokontrolerami, które niejednokrotnie posiadają dziesiątki wyjść/wejść cyfrowych, analizator logiczny jest w stanie zarejestrować ich zachowanie w czasie.

Chociaż znaczna część funkcji spełnianych przez analizator logiczny może być zrealizowana przy wykorzystaniu oscyloskopu, to jednak analizator jest bardziej przydatny do operowania w środowisku cyfrowym, bo z większą swobodą pozwala na pokazanie zależności czasowych dużej liczby sygnałów. Śledzenie prezentowanych sygnałów logicznych umożliwia obserwowanie i badanie w jaki sposób przebiegają operacje logiczne na różnych liniach (magistralach sygnałowych) w układzie cyfrowym. Wygląd ekranu analizatora przy badaniu układu cyfrowego pokazano, jako przykład, na rysunku 2.

Analizatory widma

Rys. 5. Widok ogólny oscyloskopu z mieszanymi domenami typu MDO 3000 firmy Tektronix

Analizator widma wyglądem przypomina oscyloskop i istotnie, niektóre instrumenty laboratoryjne mogą funkcjonować jako oscyloskop lub jako analizator widma. Zasadniczo jednak, analizator prezentuje widmo częstotliwości danej wielkości fizycznej zmiennej w czasie, a więc w przypadku sygnałów elektrycznych - napięcia lub prądu. Wyświetlacz analizatora widma na osi poziomej pokazuje częstotliwość, a na osi pionowej amplitudę, rysunek 3.

Analiza rozkładu widmowego pozwala ustalić częstotliwość dominującą, moc, zniekształcenia sygnału, obecność i wielkość harmonicznych, pasmo przenoszenia badanego układu i inne jeszcze parametry trudne do określenia na podstawie charakterystyk czasowych sygnału. Parametry tego rodzaju są m.in. przydatne w diagnozowaniu urządzeń i systemów telekomunikacyjnych. Przykład sygnałów wyświetlanych na wyświetlaczu analizatora widma pokazano na rysunku 4.

Warto wspomnieć o dwóch typach analizatorów widma, różniących się zasadą działania i niektórymi możliwościami technicznymi. Są to mianowicie analizatory widma z przemiataniem częstotliwości i analizatory czasu rzeczywistego RTA. Te ostatnie mogą jednocześnie wyświetlać amplitudy wszystkich badanych sygnałów w rozpatrywanym zakresie częstotliwości, przez co zachowuje się zależności czasowe między sygnałami i umożliwia zebranie informacji o fazie sygnału. Analizatory widma mogą pracować w zakresie od małych częstotliwości np. rzędu kilku kHz do tak dużych jak kilkadziesiąt gigaherców.

Oscyloskopy

Rys. 6. Ilustracja konstrukcji i zasady działania sondy pola magnetycznego H i pola elektrycznego E

Oscyloskop jest elektronicznym instrumentem badawczym pozwalającym obserwować, zwykle na płaszczyźnie dwuwymiarowej, zmieniające się sygnały napięciowe w funkcji czasu. Analiza przebiegów czasowych dostarczać może informacji o wartościach chwilowych i amplitudach sygnałów, ich częstotliwości, czasie narastania, przedziałach czasowych między zdarzeniami, zniekształceniach przebiegów i in. W stuletniej historii rozwoju oscyloskopów jednym z pierwszych rozwiązań technicznych było urządzenie z lampą oscyloskopową i jednym kanałem doprowadzającym prezentowany przebieg napięciowy.

W późniejszych rozwiązaniach można wskazać, istotne dla omawianej tematyki, skonstruowanie urządzeń o dwu i więcej kanałach, dodanie możliwości zapamiętywania i prezentacji fragmentów analizowanych przebiegów oraz znaczną automatyzację procesu pomiarowego i obróbki wyników pomiarów. Oscyloskopy z pamięcią umożliwiają wykrycie pojedynczych (nie okresowych, rzadko powtarzających się zdarzeń) o krótkim czasie trwania. Większość udoskonaleń i znaczące wzbogacenie cech funkcjonalnych oscyloskopów możliwe było dzięki wprowadzeniu techniki cyfrowej.

Istotne ułatwienie w diagnozowaniu urządzeń i prowadzeniu badań EMC wniosło opracowanie oscyloskopów z mieszanymi sygnałami MSO (Mixed-Signal Oscilloscopes). Oscyloskop tego typu ma dwa rodzaje wejść. Mniejsza ich część (zwykle dwa lub cztery) są wejściami analogowymi, a większa część (np. szesnaście) jest przeznaczona dla sygnałów cyfrowych. Dzięki jednej podstawie czasu wszystkie przebiegi można zobaczyć na tym samym wyświetlaczu.

Można więc w uproszczeniu przyjąć, że oscyloskop MSO stanowi połączenie typowego oscyloskopu cyfrowego i analizatora stanów logicznych. Przykładowo, seria oscyloskopów firmy Keysight zapewnia odświeżanie sygnałów 1 mln razy na sekundę, ma zintegrowany 16-kanałowy analizator stanów logicznych i 2-kanałowy 20 megahercowy generator arbitralny oraz pasmo przenoszenia 1,5 GHz. Wspomniany wyżej generator arbitralny AWG (Arbitrary Waveform Generator) stanowi obecnie wyposażenie wielu oscyloskopów.

Generatory takie oprócz wytwarzania standardowych przebiegów (sinus, trójkąt, prostokąt, piła itp.) potrafią wytwarzać i inne przebiegi zdefiniowane przez użytkownika lub zapamiętane przez oscyloskop. Wygenerowany przebieg o zadanym kształcie podaje się na wejście testowanego urządzenia w celu potwierdzenia poprawności jego działania bądź wskazania jego słabych punktów. Jako główne obszary zastosowania oscyloskopów MSO można wskazać diagnozowanie i badanie układów hybrydowych analogowo-cyfrowych, przetworników A/C i C/A oraz różnych układów i systemów sterujących i kontrolnych.

Za imponujące osiągnięcie uzyskane w ostatnich latach uznać należy opracowany w firmie Tektronix. oscyloskop z mieszanymi domenami MDO (Mixed-Domain Oscilloscope), Jest to przyrząd integrujący analizator widma i kanały oscyloskopu analogowego oraz kanały cyfrowe (cyfrowego analizatora logicznego) - skorelowane czasowo na wszystkich wejściach. Oscyloskop MDO natychmiastowo "ucyfrawia" badany przebieg w zakresie pełnego pasma częstotliwości.

To, z kolei, umożliwia w wybranym miejscu przebiegu globalne wyzwalanie na wszystkich kanałach. Ta właściwość jest oczywiście bardzo korzystna przy diagnostyce EMC. Obserwacje i pomiary obejmować mogą sygnały analogowe, cyfrowe i wielkiej częstotliwości w.cz. (w tym sygnały modulowane). Koincydencja zdarzeń obserwowanych na różnych kanałach oscyloskopu w dziedzinie czasu i częstotliwości znacznie ułatwia identyfikację źródeł zaburzeń i skraca czas badań konstruktorskich i diagnostycznych.

Za przykład zastosowań oscyloskopów MDO w tego rodzaju badaniach służyć mogą pracujące impulsowo zasilacze, interfejsy USB, urządzenia szerokopasmowe z zakresem gigahercowym, różne urządzenia telekomunikacyjne. np. w telefonii komórkowej i Wi-Fi oraz wzmacniacze klasy D. Oscyloskop MDO firmy Tektronix typu MDO 3000 został pokazany na rysunku 5.

Sondy bliskiego pola elektromagnetycznego

Aktywność układów elektronicznych i przepływające w nich prądy stają się źródłem emitowanego pola elektromagnetycznego, które w bliskim otoczeniu urządzenia (w odległości równej w przybliżeniu 1/6 długości fali danego przebiegu) nazywane jest polem bliskim. W polu bliskim stosunek składowej elektrycznej i magnetycznej pola elektromagnetycznego zależy od właściwości (impedancji wewnętrznej) źródła emitującego promieniowanie.

Ten fakt ułatwia identyfikację i lokalizację źródeł zaburzeń emitowanych przez obwody elektryczne, kable, ścieżki połączeń, ekrany i obudowę urządzenia. Pomiary obu składowych pola wykonuje się za pomocą miniaturowych anten odbiorczych - sond, zakończonych pętlą w przypadku pomiaru pola magnetycznego H i prętem (monopol) w przypadku pola elektrycznego E, rysunek 6.

Sondy magnetyczne są użyteczne przede wszystkim w obwodach elektrycznych ze źródłami emisji o małej impedancji wewnętrznej i stosunkowo dużych prądach jak np. zasilacze i linie transmisyjne. Natomiast sondy elektryczne stosuje się w przypadku źródeł o stosunkowo dużych napięciach, do pomiarów w liniach i ścieżkach na płytkach PCB bez zakończeń impedancyjnych (bez terminatorów) i do pomiaru emisji z kabli.

W sondzie magnetycznej indukuje się napięcie proporcjonalne do wielkości pola prostopadłego do powierzchni pętli. Płaszczyzna pętli powinna być zatem zorientowana wzdłuż przewodu z prądem. Im większa jest pętla tym więcej energii dochodzi do niej z pola i tym większa jest wartość napięcia, choć jednocześnie zmniejsza się rozdzielczość geometryczna.

Sonda elektryczna w czasie pracy wchodzi w kontakt z badanym układem, ale i tu konieczny jest kompromis pomiędzy czułością sondy (jej rozmiarami), a geometryczną rozdzielczością. Sondy pola E powinny być utrzymywane prostopadle do płaszczyzny nad którą dokonuje się pomiarów. Ogólnie biorąc indukowane w sondzie sygnały nie są zbyt silne i stąd najczęściej wymagane jest dodanie na wyjściu sondy przedwzmacniacza, do którego dopiero podłącza się analizator widma lub oscyloskop.

Aby uzyskać informacje o rozkładzie pola nad badanym obiektem i np. stworzyć barwną mapę pola trzeba odpowiednio przemieszczać sondę. Można tego dokonywać ręcznie, najprościej przy użyciu uchwytu ze śrubą mikrometryczną, ale jest to oczywiście pracochłonne. Proces ten można jednak zautomatyzować, tak jak to dzieje się w przypadku skanerów pola, choć z kolei zakup takiego urządzenia wiąże się ze znacznymi wydatkami.

Niekiedy możliwe jest zamówienie zeskanowania rozkładu pola jako usługi, realizowanej zwykle z udziałem konstruktora obiektu. Należy mieć na uwadze, że sondy pola bliskiego są zwykle oferowane bez krzywych kalibracyjnych tak, że praktycznie zapewnić one mogą tylko pomiary porównawcze.

Jerzy F. Kłodziejski