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示波器探頭原理及種類(lèi)

來(lái)源:江蘇明通儀表有限公司   2011年09月23日 17:30  

     大部分人會(huì)比較關(guān)注示波器本身的使用,卻忽略了探頭的選擇。實(shí)際上探頭是介于被測(cè)信號(hào)和示波器之間的中間環(huán)節(jié),如果信號(hào)在探頭處就已經(jīng)失真了,那么示波器做的再好也沒(méi)有用。實(shí)際上探頭的設(shè)計(jì)要比示波器難得多,因?yàn)槭静ㄆ鲀?nèi)部可以做很好的屏蔽,也不需要頻繁拆卸,而探頭除了要滿(mǎn)足探測(cè)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(shí)時(shí)示波器剛出現(xiàn)時(shí)是沒(méi)有相應(yīng)的探頭的,又過(guò)了一段時(shí)間探頭才出來(lái)。
     要選擇合適的探頭,首要的一點(diǎn)是要了解探頭對(duì)測(cè)試的影響,這其中包括2部分的含義:1/探頭對(duì)被測(cè)電路的影響;2/探頭造成的信號(hào)失真。理想的探頭應(yīng)該是對(duì)被測(cè)電路沒(méi)有任何影響,同時(shí)對(duì)信號(hào)沒(méi)有任何失真的。遺憾的是,沒(méi)有真正的探頭能同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)條件,通常都需要在這兩個(gè)參數(shù)間做一些折衷。

    為了考量探頭對(duì)測(cè)量的影響,我們通??梢园烟筋^模型簡(jiǎn)單等效為一個(gè)R、L、C 的模型,把這個(gè)模型和我們的被測(cè)電路放在一起分析。
    首先,探頭本身有輸入電阻。和萬(wàn)用表測(cè)電壓的原理一樣,為了盡可能減少對(duì)被測(cè)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(wú)窮大,所以就會(huì)和被測(cè)電路產(chǎn)生分壓,實(shí)際測(cè)到的電壓可能不是探頭點(diǎn)上之前的真實(shí)電壓,這在一些電源或放大器電路的測(cè)試中會(huì)經(jīng)常遇到。為了避免探頭電阻負(fù)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(gè)電容不是刻意做進(jìn)去的,而是探頭的寄生電容。這個(gè)寄生電容也是影響探頭帶寬的zui重要因素,因?yàn)檫@個(gè)電容會(huì)衰減高頻成分,把信號(hào)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(yīng)該為0,但是實(shí)際做不到。一般無(wú)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(huì)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(jīng)常被忽視,尤其是在高頻測(cè)量的時(shí)候。電感來(lái)自于哪里呢?我們知道有導(dǎo)線(xiàn)就會(huì)有電感,探頭和被測(cè)電路間一定會(huì)有一段導(dǎo)線(xiàn)連接,同時(shí)信號(hào)的回流還要經(jīng)過(guò)探頭的地線(xiàn)。通常1mm 探頭的地線(xiàn)會(huì)有大約1nH 的電感,信號(hào)和地線(xiàn)越長(zhǎng),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(dāng)電感值太大時(shí),在輸入信號(hào)的激勵(lì)下就有可能產(chǎn)生高頻諧振,造成信號(hào)的失真。所以高頻測(cè)試時(shí)需要嚴(yán)格控制信號(hào)和地線(xiàn)的長(zhǎng)度,否則很容易產(chǎn)生振鈴。

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