¿Por qué los o-scopes están referenciados a la tierra?

Question

Pensando en ello: Un multímetro "conectado a tierra" nunca sería tan robusto y útil si se introdujera un camino a tierra a través del multímetro, modificando el comportamiento del circuito y posiblemente dañando el multímetro con corrientes.

¿Por qué hay tantos osciloscopios con referencia a la tierra? Al leer algunos materiales educativos, la mayoría de los "errores comunes cometidos por los estudiantes" son la colocación incorrecta de la pinza de conexión a tierra y la obtención de malos resultados, ¡cuando el osciloscopio sólo se utiliza como un voltímetro de lujo!

He oído que los osciloscopios de Tek tienen un transformador de aislamiento en su interior sin embargo, ignorando eso, y teniendo en cuenta que los nuevos osciloscopios pueden tener carcasas de plástico (aisladas de ti, lo que es más importante, supongo), ¿podría simplemente quitar la clavija de conexión a tierra e instalar un transformador de CA 1:1 entre el osciloscopio y la toma de corriente y seguir mi camino sondeando varias fuentes calientes/neutrales/conectadas a tierra sin preocuparme de que haya un camino a tierra a través de él?

Answer 1

Los osciloscopios suelen requerir una potencia considerable y son físicamente grandes. Tener un chasis de ese tamaño, que incluiría la tierra expuesta en los conectores BNC y las pinzas de tierra de la sonda, flotando sería peligroso.

Si tiene que mirar formas de onda en equipos alimentados por la pared, generalmente es mucho mejor poner el transformador de aislamiento en ese equipo en lugar de en el osciloscopio. Una vez que el osciloscopio está conectado, proporciona una referencia de tierra a esa parte del circuito, por lo que otras partes podrían estar a altos voltajes referenciados 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 osciloscopio.

Los visores también pueden tener otros caminos a tierra que son fáciles de olvidar. Por ejemplo, el osciloscopio de mi mesa suele tener una conexión permanente RS-232 con mi ordenador. Sería fácil hacer flotar el osciloscopio pero olvidarse de estas cosas. En realidad, el osciloscopio no estaría flotando. En el mejor de los casos, un fusible saltaría cuando se conectara por primera vez a una unidad alimentada por la pared bajo prueba en el lugar equivocado.

Los fabricantes podrían aislar el ámbito de aplicación con bastante facilidad, pero eso probablemente los expone a problemas de responsabilidad. En general, los equipos de sobremesa no se aíslan, pero los equipos manuales sí. Si realmente necesita realizar mediciones aisladas con frecuencia, puede adquirir osciloscopios de mano que funcionan con pilas.

Answer 2

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

Considere esto como una "opinión informada" y no como una escritura sagrada.

En un osciloscopio se quiere el mejor resultado que se pueda obtener por el dinero y es mucho más fácil construir un amplificador de un solo extremo que uno diferencial cuando se quiere una ganancia plana de regla para la mayor parte del ancho de banda que se pueda tener y un retardo de fase constante. Un osciloscopio suele ser necesario para medir una señal no sinusoidal, por lo que su capacidad para tratar fielmente los componentes de frecuencia "en toda la gama" es vital para que le proporcione una imagen precisa de lo que realmente hay. En muchos casos, un solo extremo es lo suficientemente bueno, por lo que pueden ofrecerle dos canales referenciados a tierra por más de un solo canal diferencial, pero menos o notablemente menos que los canales diferenciales debidos.

Muchos de los mejores osciloscopios tienen un modo de sustracción de dos canales que le da una aproximación a un amplificador diferencial. La aproximación es fácilmente obvia en la capacidad de ajustar independientemente las ganancias de los canales para anular el pedestal de modo común o para añadir algún componente del mismo si se desea.

Las personas que "deben tener" el verdadero modo diferencial flotante pueden comprar el módulo diferencial opcional que se añadirá con seguridad.

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"Hacer flotar un osciloscopio para que el terreno local no esté en el verdadero suelo es una práctica que se hace con el tiempo y que suele estar algo mal vista. En muchos casos funciona bastante bien. En mi época universitaria (hace mucho tiempo), la práctica habitual era tener un enchufe con una toma de corriente de tipo "pick-a-back". El enchufe tenía la clavija de tierra cortada y dicho enchufe solía estar coloreado de rojo brillante en un intento de prevenir las inevitables consecuencias. Para que esto funcionara, los amplificadores debían estar construidos con un solo extremo, pero flotando, con el cable de tierra del alcance como única conexión a la tierra local (real). Esto coloca 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 la alimentación de red (como será casi invariablemente el caso de los equipos fabricados en cualquier momento desde que Noah se retiró) entonces uno puede tener que pensar en los posibles efectos de los condensadores X e Y conectados entre el P&N del osciloscopio y la tierra del osciloscopio. Éstos están aislados del verdadero PNE por el transformador 1:1, pero todavía pueden hacer cosas interesantes para un intento de emular un amplificador equilibrado adecuado.

A BIG El problema se produce (o puede producirse) cuando intentas seguir tu camino sondeando varias fuentes calientes/neutrales/de tierra sin preocuparte por un camino a tierra utilizando dos canales a la vez. O intentarlo. 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 cegadoramente obvio antes de leer esto o mientras lo haces PERO el hecho de que no lo hayas incluido o anotado una advertencia en tu pregunta muestra lo fácil que es pasarlo por alto. Incluso si USTED es consciente de esta limitación no tan sutil, todavía puede matar a alguien que utilice su equipo o que trabaje con usted o que simplemente esté físicamente en contacto con el clip de tierra en el canal 2 cuando usted decida conectar la tierra del canal 1 a la fase. Obviamente, un poco de sentido común hace que esta práctica sea segura para un rango de valores de seguridad bastante más limitado de lo que la mayoría de la gente está acostumbrada. Su inspector local de seguridad laboral (los nombres varían según el país) o su jefe o su hija pequeña pueden considerar que esta práctica es deficiente.

Dicho esto, la mayoría de nosotros hacemos cosas con regularidad como parte de nuestra vida laboral 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 dos carriles con tráfico en dirección contraria es un buen ejemplo. Tu coche y tu alcance pueden matarte a ti y a los demás si se usan mal. Asegurarse realmente de que el catalejo no lo hace es un requisito mínimo para jugar a los juegos que describes, un amplificador de aislamiento flotante PUEDE ser una mejor opción.

Answer 3

Una de las principales razones por las que los osciloscopios se conectan 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 metálico 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 tierra de una sonda puede estar conectada a un objeto metálico expuesto y la pinza de tierra de otra sonda toca una tensión peligrosa, sería mejor que saltaran chispas en este último punto (o algo peor) que crear un peligro en el primero.

Answer 4

Es para evitar que el 'scope lea la EMI volando por ahí.

La puesta a tierra de la sonda del osciloscopio consiste en conectar la pantalla del cable largo de la sonda a tierra. La pantalla impide que las interferencias radiadas perturben la tensión en el cable de medición en el centro del cable de la sonda.

De lo contrario, su medición podría contener el ruido radiado del equipo que se está probando, la iluminación de la red y cualquier otra cosa que haya por ahí (normalmente mucho en un laboratorio de pruebas').

Answer 5

Nunca me he encontrado en una situación en la que tuviera que aislar el o-scope mediante un transformador de aislamiento. Utilizo el transformador de aislamiento en el equipo que estoy midiendo, como un televisor, o un SMPS. Sus primeras etapas de la fuente de alimentación no suelen estar aisladas. Mi experiencia viene de trabajar en un taller de reparación de televisores hace unas 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 de diferencia porque si seleccionas el o-scope correcto, manejará esa entrada correctamente.

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