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示波器探頭原理及種類

來源:江蘇明通儀表有限公司   2011年09月23日 17:30  

     大部分人會比較關注示波器本身的使用,卻忽略了探頭的選擇。實際上探頭是介于被測信號和示波器之間的中間環節,如果信號在探頭處就已經失真了,那么示波器做的再好也沒有用。實際上探頭的設計要比示波器難得多,因為示波器內部可以做很好的屏蔽,也不需要頻繁拆卸,而探頭除了要滿足探測的方便性的要求以外,還要保證至少和示波器一樣的帶寬,難度要大得多。因此zui早高帶寬的實時示波器剛出現時是沒有相應的探頭的,又過了一段時間探頭才出來。
     要選擇合適的探頭,首要的一點是要了解探頭對測試的影響,這其中包括2部分的含義:1/探頭對被測電路的影響;2/探頭造成的信號失真。理想的探頭應該是對被測電路沒有任何影響,同時對信號沒有任何失真的。遺憾的是,沒有真正的探頭能同時滿足這兩個條件,通常都需要在這兩個參數間做一些折衷。

    為了考量探頭對測量的影響,我們通常可以把探頭模型簡單等效為一個R、L、C 的模型,把這個模型和我們的被測電路放在一起分析。
    首先,探頭本身有輸入電阻。和萬用表測電壓的原理一樣,為了盡可能減少對被測電路的影響,要求探頭本身的輸入電阻Rprobe 要盡可能大。但由于Rprobe不可能做到無窮大,所以就會和被測電路產生分壓,實際測到的電壓可能不是探頭點上之前的真實電壓,這在一些電源或放大器電路的測試中會經常遇到。為了避免探頭電阻負載造成的影響,一般要求Rprobe 要大于Rsource 和Rload 的10 倍以上。大部分探頭的輸入阻抗在幾十k 歐姆到幾十兆歐姆間。

     其次,探頭本身有輸入電容。這個電容不是刻意做進去的,而是探頭的寄生電容。這個寄生電容也是影響探頭帶寬的zui重要因素,因為這個電容會衰減高頻成分,把信號的上升沿變緩。通常高帶寬的探頭寄生電容都比較小。理想情況下Cprobe 應該為0,但是實際做不到。一般無源探頭的輸入電容在10pf 至幾百pf 間,帶寬高些的有源探頭輸入電容一般在0.2pf 至幾pf 間。
再其次,探頭輸入端還會受到電感的影響。探頭的輸入電阻和電容都比較好理解,探頭輸入端的電感卻經常被忽視,尤其是在高頻測量的時候。電感來自于哪里呢?我們知道有導線就會有電感,探頭和被測電路間一定會有一段導線連接,同時信號的回流還要經過探頭的地線。通常1mm 探頭的地線會有大約1nH 的電感,信號和地線越長,電感值越大。探頭的寄生電感和寄生電容組成了諧振回路,當電感值太大時,在輸入信號的激勵下就有可能產生高頻諧振,造成信號的失真。所以高頻測試時需要嚴格控制信號和地線的長度,否則很容易產生振鈴。

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