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一起學習下示波器的探頭知識

工程師看海 ? 來源:工程師看海 ? 作者:安捷倫 ? 2024-10-08 14:49 ? 次閱讀

示波器因為有探頭的存在而擴展了示波器的應用范圍,使得示波器可以在線測試和分析被測電子電路

探頭的選擇和使用需要考慮如下兩個方面:

其一:因為探頭有負載效應,探頭會直接影響被測信號和被測電路;
其二:探頭是整個示波器測量系統的一部分,會直接影響儀器的信號保真度和測試結果


一、探頭的負載效應
當探頭探測到被測電路后,探頭成為了被測電路的一部分。探頭的負載效應包括下面 3 部分:
1. 阻性負載效應;
2. 容性負載效應;
3. 感性負載效應。

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阻性負載相當于在被測電路上并聯了一個電阻,對被測信號有分壓的作用,影響被測信號的幅度和直流偏置。有時,加上探頭時,有故障的電路可能變得正常了一般推薦探頭的電阻 R>10 倍被測源電阻,以維持小于 10%的幅度誤差。

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容性負載相當于在被測電路上并聯了一個電容,對被測信號有濾波的作用,影響被測信號的上升下降時間,影響傳輸延遲,影響傳輸互連通道的帶寬。有時,加上探頭時,有故障的電路變得正常了,這個電容效應起到了關鍵的作用。一般推薦使用電容負載盡量小的探頭,以減小對被測信號邊沿的影響。

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感性負載來源于探頭地線的電感效應,這地線電感會與容性負載和阻性負載形成諧振,從而使顯示的信號上出現振鈴。如果顯示的信號上出現明顯的振鈴,需要檢查確認是被測信號的真實特征還是由于接地線引起的振鈴,檢查確認的方法是使用盡量短的接地線,如接地彈簧。一般推薦使用盡量短的地線,一般地線電感=1nH/mm。

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二、探頭的類型
示波器探頭大的方面可以分為:無源探頭和有源探頭兩大類。無源有源顧名思義就是需不需要給探頭供電
無源探頭細分如下:
1. 低阻電阻分壓探頭;
2. 帶補償的高阻無源探頭(最常用的無源探頭);
3. 高壓探頭
有源探頭細分如下:
1. 單端有源探頭;
2. 差分探頭;
3. 電流探頭

低阻電阻分壓探頭具備較低的電容負載(<1pf),較高的帶寬(>1.5GHz),較低的價格,但是電阻負載非常大,一般只有 500ohm 或 1Kohm,所以只適合測試低源阻抗的電路,或只關注時間參數測試的電路。

帶補償的高阻無源探頭是最常用的無源探頭,一般示波器標配的探頭都是此類探頭。帶補償的高阻無源探頭具備較高的輸入電阻(一般 1Mohm 以上),可調的補償電容,以匹配示波器的輸入,具備較高的動態范圍,可以測試較大幅度的信號(幾十幅以上),價格也較低。但是不知之處是輸入電容過大(一般 10pf 以上),帶寬較低(一般 500MHz 以內)。

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帶補償的高阻無源探頭有一個補償電容,當接上示波器時,一般需要調整電容值(需要使用探頭自帶的小螺絲刀來調整,調整時把探頭連接到示波器補償輸出測試位置),以與示波器輸入電容匹配,以消除低頻或高頻增益。下圖的左邊是存在高頻或低頻增益,調整后的補償信號顯示波形如下圖的右邊所示。

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高壓探頭是帶補償的無源探頭的基礎上,增大輸入電阻,使得衰減加大(如:100:1或 1000:1 等)。因為需要使用耐高壓的元器件,所以高壓探頭一般物理尺寸較大。

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文章來自安捷倫公司

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