¿Por qué demonios se hace referencia a la tierra de o-scopes?

Los osciloscopios generalmente requieren una potencia significativa y son físicamente grandes. Tener un chasis de ese tamaño, que incluiría tierra expuesta en los conectores BNC y los clips de tierra de la sonda, flotar sería peligroso.

Si tiene que observar formas de onda en equipos alimentados por pared, generalmente es mucho mejor colocar el transformador de aislamiento en ese equipo en lugar del osciloscopio. Una vez que el osciloscopio está conectado, proporciona una referencia a tierra para esa parte del circuito, por lo que otras partes podrían tener voltajes altos con referencia a tierra, lo que podría ser peligroso. Sin embargo, es probable que tenga más cuidado de no tocar partes de la unidad bajo prueba que el alcance.

Los osciloscopios también pueden tener otras rutas a tierra que son fáciles de olvidar. Por ejemplo, el osciloscopio de mi banco suele tener una conexión RS-232 permanente a mi computadora. Sería fácil hacer flotar el alcance, pero olvídate de esas cosas. El alcance en realidad no estaría flotando. En el mejor de los casos, salta un fusible cuando se conecta por primera vez a una unidad de pared bajo prueba en el lugar equivocado.

Los fabricantes podrían aislar el alcance con bastante facilidad, pero eso probablemente los expone a problemas de responsabilidad. En general, el equipo de banco no está aislado, pero sí el equipo de mano. Si realmente necesita realizar mediciones aisladas con frecuencia, puede obtener osciloscopios portátiles que funcionan con baterías.

ADVERTENCIA: Los medios para tener menos probabilidades de morir o matar a otros se analizan a continuación.
La lectura puede considerarse útil. .

Considere esta "opinión informada" en lugar de las sagradas escrituras.

En un osciloscopio, desea el mejor resultado que pueda obtener por el dinero y es mucho más fácil construir un amplificador de un solo extremo en lugar de uno diferencial cuando desea una ganancia plana de regla para la mayor cantidad de ancho de banda posible y un retardo de fase constante. La mayoría de las veces se requiere un osciloscopio para medir una señal no sinusoidal, por lo que su capacidad para manejar fielmente los componentes de frecuencia "en todo el rango" es vital para brindarle una imagen precisa de lo que realmente está allí. En muchos casos, un solo extremo es lo suficientemente bueno como para que puedan brindarle canales duales con referencia a tierra para más de un solo canal diferencial, pero menos o notablemente menos que los canales diferenciales debidos.

Muchos mejores osciloscopios tienen un modo de sustracción de doble canal que le brinda una aproximación a un amplificador diferencial. La aproximación es fácilmente obvia en la capacidad de ajustar de forma independiente las ganancias del canal para anular el pedestal de modo común o agregar algún componente si se desea.

Las personas que "deben tener" un verdadero modo diferencial flotante pueden comprar el complemento opcional en el módulo diferencial seguro de ser querido.

"Flotando" un osciloscopiode modo que el terreno local no esté en el terreno verdadero es una práctica honrada y generalmente algo desaprobada. En muchos casos funciona bastante bien. La práctica común en mis días de universidad (hace mucho tiempo) era tener un enchufe de alimentación con un enchufe pick-a-back. El enchufe tenía la clavija de tierra cortada y dicho enchufe generalmente se coloreaba de rojo brillante en un intento de prevenir los diversos eventos consecuentes inevitables. Para que esto funcione, los amplificadores deben haber sido construidos con un solo extremo pero flotando con el cable de tierra del osciloscopio como única conexión a tierra local (real). Esto coloca a este método en la misma clase que el descrito en la pregunta: el "transformador 1: 1 se sustituye por una fuente de alimentación aislada. Cuando se utiliza un SMPS para el suministro de red (como sucederá casi invariablemente con los equipos fabricados en cualquier momento desde que Noah se retiró), es posible que haya que pensar en los posibles efectos de los condensadores X e Y conectados entre el alcance P&N y la tierra del alcance. Estos están aislados del verdadero PNE por el transformador 1: 1, pero aún pueden hacer cosas interesantes para intentar emular un amplificador balanceado adecuado.

UN GRANDEEl problema ocurre (o puede) cuando intenta estar en su camino feliz probando varias fuentes calientes/neutrales/a tierra sin preocuparse por un camino a tierra usando dos canales a la vez. O tratando de hacerlo. La nueva libertad de usar la punta de la sonda + tierra como Vin1-Vin2 NO se extiende a dos canales donde Vin2 no es el mismo para ambos canales. Esto es deslumbrantemente obvio ya sea antes de que lea esto o mientras lo hace, PERO el hecho de que no lo incluyó o no anotó una advertencia en su pregunta muestra lo fácil que es pasarlo por alto. Incluso si USTED es consciente de esta limitación no tan sutil, aún puede matar a alguien que usa su equipo o que trabaja con usted o que simplemente está físicamente en contacto con el clip de tierra en el canal 2 cuando decide conectar el canal 1 a tierra a la fase. Obviamente , un poco de sentido común hace que esta práctica sea segura [tm] para un rango de valores de seguridad bastante más limitado de lo que la mayoría de la gente está acostumbrada. Su inspector de seguridad ocupacional local (los nombres varían según el país), su jefe o su hija pequeña pueden encontrar la práctica deficiente.

Dicho todo esto, la mayoría de nosotros hacemos cosas regularmente como parte de nuestra vida laboral diaria que pueden matarnos o mutilarnos a nosotros o a otros en un momento si violamos el contrato social o nos salimos de los límites aceptables de comportamiento acordados. Conducir un automóvil por una carretera de 2 carriles con tráfico que se aproxima del otro lado es un buen ejemplo. Su automóvil y su alcance pueden matarlo a usted y a otros si se usan incorrectamente. Asegurarse de que el alcance no es un requisito mínimo para jugar los juegos que describe, un amplificador de aislamiento flotante PUEDE ser una mejor opción.

Una gran razón por la que los osciloscopios están conectados a tierra es que generalmente tienen dos o más canales que comparten una referencia de tierra común. Si un osciloscopio no está conectado a tierra y una de las entradas de tierra de la sonda está conectada a un chasis de metal expuesto sin conexión a tierra mientras que otra entrada de tierra está conectada a AC120, la primera sonda podría electrificar dicho chasis con AC120, creando así una condición extremadamente peligrosa. La filosofía de diseño del osciloscopio es que si la conexión a tierra de una sonda puede estar conectada a un objeto metálico expuesto y el clip de conexión a tierra de otra sonda toca un voltaje peligroso, sería mejor que salten chispas en el último punto (o peor) que crear un peligro en el primero.

Es para evitar que el alcance lea el EMI volando.

Conectar a tierra la tierra de la sonda del osciloscopio es conectar la pantalla del cable largo de la sonda a tierra. La pantalla detiene la interferencia radiada que perturba el voltaje en el cable de medición en el centro del cable de la sonda.

De lo contrario, su medición podría contener ruido radiado por el equipo bajo prueba, la iluminación de la red eléctrica y cualquier otra cosa que esté dando vueltas (generalmente muchos en un laboratorio de prueba).

Nunca he estado en una situación en la que necesitaría aislar el o-scope a través de un transformador de aislamiento. Uso el transformador de aislamiento en el equipo que estoy midiendo, como un televisor o un SMPS. Sus primeras etapas de la fuente de alimentación suelen ser no aisladas. Mi experiencia proviene de trabajar en un taller de reparación de televisores hace algunas décadas, y siempre asumimos que la unidad no está aislada o que su aislamiento está comprometido hasta que se prueban las corrientes de fuga del metal expuesto en el exterior.

Nunca he visto la necesidad de esas sondas diferenciales porque si selecciona el o-scope correcto, manejará esa entrada correctamente.

Además, para responder al título de su pregunta, es porque es un requisito que el metal expuesto debe estar conectado a tierra de acuerdo con los reguladores de electrodomésticos como UL y CE.

Para ahorrar costos. Esa es la única razón ahora .

Puede comprar osciloscopios totalmente aislados ahora, especialmente con la llegada de osciloscopios totalmente digitales, que literalmente pueden tener una unidad ADC aislada para cada canal que luego transfiere los datos de forma de onda digitalmente a través de un aislador digital sin pérdida de calidad/linealidad.

Los osciloscopios totalmente aislados son muy superiores en todos los sentidos (excepto en el costo). No tiene que preocuparse por los bucles de la ruta de tierra entre los blindajes de las sondas vecinas, o entre la tierra y el circuito bajo prueba. Puede medir simultáneamente la caída de voltaje en varios puntos cuando ninguno de ellos tiene referencia a tierra en ninguno de los lados.

Pero, ¿por qué prevalece tanto lo no aislado si lo aislado es mucho mejor?

En los viejos tiempos dorados, los osciloscopios comenzaron siendo de un solo canal, grandes y con componentes primitivos. Fue toda una hazaña de ingeniería lograr que el osciloscopio respondiera linealmente de 0 a 100 Mhz.

Aislar una señal de CA es fácil: solo use un transformador. Aislar linealmente una señal de CC es mucho más difícil, aunque es posible usar optoaisladores y un circuito de retroalimentación, o un convertidor de voltaje a frecuencia y un transformador de aislamiento, pero eso no funciona para 100Mhz porque necesitaría frecuencias de Ghz.

Recuerde, el osciloscopio se inventó hace unos 120 años. Lo que es fácil -o al menos plausible ahora- no lo era entonces. Aislar linealmente desde CC hasta incluso 1 Mhz usando tubos y demás estaba básicamente fuera de discusión, y dado que la mayoría de los osciloscopios eran de un solo canal, o tal vez 2, los técnicos tenían que lidiar con el hecho de que ambos cables de tierra de la sonda también estaban conectados entre sí. en cuanto a tierra, y el alcance todavía era extremadamente útil con esta restricción.

Eso, por supuesto, estableció una gran tradición de "Hemos estado haciendo esto durante cien años, seguiremos haciéndolo de esa manera".

Pero hoy en día, el diseño de alcance no aislado es simplemente estúpido. Los osciloscopios son a menudo de 4 canales, y a menudo necesitamos medir las diferencias de voltaje en circuitos que no están referenciados a tierra, y la tecnología está totalmente aquí ahora para hacer osciloscopios multicanal completamente aislados.

Los osciloscopios modernos simplemente convierten el voltaje entrante en digital de todos modos. En ese punto, ¿por qué no pasarlo a través de aisladores y tener un alcance aislado?

Pero la gente es perezosa. En lugar de esforzarse en actualizar sus diseños, simplemente aplican ajustes menores del modelo del año pasado y lo llaman bueno.

En algún momento, un fabricante líder simplemente se aislará por completo (por el mismo precio), luego el juego terminará, todos los fabricantes tendrán que aislarse por completo o desaparecer.

Si un osciloscopio de tierra no está referenciado a tierra, debe tener todos sus canales aislados entre sí, tanto las sondas positivas como las negativas (para evitar acortar la entrada negativa de un canal con las otras contrapartes).

Los osciloscopios portátiles o de mano con un solo canal funcionan de esta manera y puede usarlos como multímetro (ejemplo Velleman HPS50, Velleman HPS140i). Acerca de los osciloscopios de dos o más canales, no tengo idea si los canales están aislados entre sí.

Las piezas táctiles conductoras de puesta a tierra de seguridad evitan que las personas se maten mientras miden potenciales de alto voltaje; de ​​lo contrario, el osciloscopio y todo lo conectado a él estarían en un potencial peligroso.

Aislar los canales entre sí y del marco del visor aumentaría el nivel de precio del visor. Al mismo tiempo, debe evitar que las partes conductoras se puedan tocar. Algunos osciloscopios TEK implementaron esto hace 10 o 15 años.

Si sabe lo que está haciendo, hacer que el osciloscopio flote no es un problema, pero entonces la persona debe comprender completamente los problemas de seguridad, evitando poder tocar las piezas/dispositivos conductores conectados al osciloscopio y/o aislar también el dispositivo bajo prueba.

La caja externa debe estar conectada a tierra, pero las entradas no en absoluto. Es posible que se deban realizar cambios que hagan que la conexión a tierra expuesta del BNC quede obsoleta. Fácil de hacer y debería serlo. Saludos CB

Trate de pensar en lo que sucedería si el visor estuviera flotando. Sería razonable conectar el clip de la sonda a un lado de una línea diferencial (por ejemplo, RS422) y la punta de la sonda a la otra pata. El lado de la punta normalmente vería una carga de 10M/10pf, pero el lado del clip vería una carga capacitiva mal definida a través del transformador de red a la red y al neutro. Cualquier cosa medida por encima del espectro de audio sería altamente sospechosa.