Sélectionner une sonde d'oscilloscope de rechange est facile — à condition de savoir comment faire

Plus tôt dans ma carrière, j'ai dirigé un service de test avec 22 ingénieurs et techniciens, et nous avions à peu près 35 oscilloscopes. La panne la plus courante au niveau des oscilloscopes était liée à des sondes défectueuses. Broches de sonde cassées, connecteurs intermittents, câbles endommagés… Il n'y a littéralement aucune limite quant aux incidents qui peuvent survenir sur une sonde d'oscilloscope. De ce fait, nous devions remplacer plus d'une trentaine de sondes par an.

Pour trouver des sondes de rechange, ce n'est pas sorcier : il suffit de connaître leur fonctionnement et leurs spécifications. Presque tous les oscilloscopes sont livrés avec une sonde passive par canal, ce qui fait de la sonde un accessoire de test très courant. Les sondes passives renferment quatre-vingts ans de développement technologique, mais l'idée de base reste très simple. À la Figure 1, la sonde passive 10:1 est essentiellement un atténuateur compensé destiné à être connecté à une borne d'entrée de 1 méga-ohm (MΩ) de l'oscilloscope. L'entrée de 1 MΩ vers un oscilloscope peut être modélisée comme une résistance de 1 MΩ avec une petite capacité parallèle.

Figure 1 : Modèle de circuit pour une sonde passive 10:1 haute impédance qui fonctionne en conjonction avec l'entrée de 1 MΩ de l'oscilloscope. (Source de l'image : Art Pini)

L'atténuation 10:1 est réalisée en installant une résistance de 9 MΩ en série avec l'entrée de l'oscilloscope, R_IN à la Figure 1. Cette combinaison atténue les signaux basse fréquence au niveau de l'entrée de la sonde par un facteur de dix au niveau de l'entrée de l'oscilloscope. Pour les signaux à fréquence plus élevée, la capacité shunt de l'entrée de l'oscilloscope (C_IN), ajoutée à la capacité du câble coaxial, agit comme un filtre passe-bas sur les signaux d'entrée.

L'obtention d'une réponse en fréquence plate nécessite une égalisation. L'ajout d'un filtre passe-haut en série avec une fréquence de coupure identique à celle du filtre passe-bas aplatit la réponse en fréquence de la combinaison sonde-oscilloscope. Cela s'obtient en rendant la constante de temps R_IN x C_IN égale à la constante de temps de Ro x (C_SCOPE in+C_CABLE+C_COMP). Comme la capacité d'entrée de l'oscilloscope varie légèrement, le condensateur variable C_COMP est ajouté pour ajuster la constante de temps au composant passe-bas. Ce condensateur est ajusté pour définir la compensation basse fréquence selon les instructions fournies dans chaque manuel d'oscilloscope.

Prenons un exemple de recherche d'une sonde de rechange. Supposons que nous essayions de trouver une sonde de rechange pour un oscilloscope de 1 gigahertz (GHz) à quatre canaux HDO4104A de Teledyne LeCroy. Cet oscilloscope est normalement livré avec quatre sondes PP018 de 500 mégahertz (MHz). Une information dont nous avons besoin à propos de l'oscilloscope est la capacité d'entrée, C_SCOPE in, qui est disponible sur la fiche technique. La fiche technique indique une capacité d'entrée de 16 picofarads (pF). On peut supposer une tolérance de ±20 % si cela n'est pas explicitement indiqué.

Commençons par chercher des sondes d'oscilloscope sur le site Web de DigiKey. L'un des résultats de recherche est « Fils de test - Sondes d'oscilloscope », comme illustré à la Figure 2.

Figure 2 : Utilisez la page « Fils de test - Sondes d'oscilloscope » du site Web de DigiKey pour définir les critères de recherche (sonde passive, atténuation 10:1, largeur de bande de 500 MHz et résistance d'entrée de sonde de 10 MΩ). (Source de l'image : Art Pini)

La recherche donne les 16 offres de produit de la Figure 3.

Figure 3 : Les résultats de recherche indiquent 16 sondes, dont les huit premières sont en stock. L'une des sélections est un remplacement exact, la sonde PP018, mais il existe des sondes adaptées provenant d'autres fabricants. (Source de l'image : Art Pini)

Sur les huit premiers résultats de recherche, six sont des sondes de Teledyne LeCroy, notamment la sonde PP018 qui est fournie avec l'oscilloscope. Il existe des sondes provenant de deux autres fabricants : CT4203 de Cal Test Electronics et P500-010 de Carlisle Interconnect Technologies. Il est toujours bon d'évaluer d'autres options.

En consultant les fiches techniques de chaque sonde, on peut comparer les spécifications clés illustrées dans le Tableau 1.

Tableau 1 : Comparaison des offres de sondes provenant de trois fabricants différents en utilisant huit spécifications clés. (Source du tableau : Art Pini)

Les trois sondes sont assez similaires. Une spécification clé qui n'a pas été mentionnée auparavant est la plage de compensation. Il s'agit de la plage de capacité d'entrée de l'oscilloscope à laquelle la sonde est adaptée. Étant donné que l'oscilloscope présente une capacité d'entrée de 16 pF ±20 %, toutes ces sondes sont adaptées.

Le deuxième problème est le diamètre de la pointe de la sonde. Le plus petit diamètre de 2,5 millimètres (mm) permet un espacement de sonde plus réduit sans interférence physique. La plus grande pointe de sonde de 5 mm est plus robuste et moins sujette aux cassures. Il s'agit d'une décision technique que seul l'utilisateur peut prendre.

Conclusion

Même si les ingénieurs savent à quel point il est important de prendre soin des sondes d'oscilloscope, étant donné que tous les dommages ne sont pas immédiatement visibles, il arrive parfois que même les sondes les mieux entretenues présentent une défaillance. Et bien sûr, cela arrive souvent en plein milieu du test le plus important.

Comme illustré ici, grâce au moteur de recherche de produits de DigiKey et aux instructions de sélection de base fournies, il est assez simple de trouver une sonde de rechange. À l'exception du diamètre de la pointe de la sonde, les trois sondes sélectionnées ici diffèrent essentiellement en termes de coût — la décision technique ultime.

Autre solution, vous pouvez en « emprunter » une à un collègue.