示波器探頭的選擇和作用及原理

2022-09-08 16:17 作者:prbtek 0人讀過 | 我要投稿

示波器因?yàn)橛刑筋^的存在而擴(kuò)展了示波器的應(yīng)用范圍，使得示波器可以在線測試和分析被測電子電路，如下圖：

示波器探頭的作用

探頭的選擇和使用需要考慮如下兩個(gè)方面：

其一：因?yàn)樘筋^有負(fù)載效應(yīng)，探頭會直接影響被測信號和被測電路；

其二：探頭是整個(gè)示波器測量系統(tǒng)的一部分，會直接影響儀器的信號保真度和測試結(jié)果。

01、探頭的負(fù)載效應(yīng)

當(dāng)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(fù)載效應(yīng)包括下面3部分：

阻性負(fù)載效應(yīng)；

容性負(fù)載效應(yīng)；

感性負(fù)載效應(yīng)。

探頭的負(fù)載效應(yīng)

阻性負(fù)載相當(dāng)于在被測電路上并聯(lián)了一個(gè)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(shí)，加上探頭時(shí)，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。

探頭的阻性負(fù)載

容性負(fù)載相當(dāng)于在被測電路上并聯(lián)了一個(gè)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(shí)間，影響傳輸延遲，影響傳輸互連通道的帶寬。有時(shí)，加上探頭時(shí)，有故障的電路變得正常了，這個(gè)電容效應(yīng)起到了關(guān)鍵的作用。一般推薦使用電容負(fù)載盡量小的探頭，以減小對被測信號邊沿的影響。

探頭的容性負(fù)載

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

探頭的感性負(fù)載

02、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(xì)分如下：

低阻電阻分壓探頭；

帶補(bǔ)償?shù)母咦锜o源探頭（常用的無源探頭）；

有源探頭細(xì)分如下：

單端有源探頭；

差分探頭；

電流探頭

常用的高阻無源探頭和有源探頭簡單對比如下：

有源探頭和無源探頭對比

低阻電阻分壓探頭具備較低的電容負(fù)載（<1pf)，較高的帶寬（>1.5GHz），較低的價(jià)格，但是電阻負(fù)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(guān)注時(shí)間參數(shù)測試的電路。

低輸入電阻探頭結(jié)構(gòu)

帶補(bǔ)償?shù)母咦锜o源探頭是常用的無源探頭，一般示波器標(biāo)配的探頭都是此類探頭。帶補(bǔ)償?shù)母咦锜o源探頭具備較高的輸入電阻（一般1Mohm以上），可調(diào)的補(bǔ)償電容，以匹配示波器的輸入，具備較高的動態(tài)范圍，可以測試較大幅度的信號（幾十幅以上），價(jià)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(nèi)）。

常用的無源探頭結(jié)構(gòu)

帶補(bǔ)償?shù)母咦锜o源探頭有一個(gè)補(bǔ)償電容，當(dāng)接上示波器時(shí)，一般需要調(diào)整電容值（需要使用探頭自帶的小螺絲刀來調(diào)整，調(diào)整時(shí)把探頭連接到示波器補(bǔ)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(diào)整后的補(bǔ)償信號顯示波形如下圖的右邊所示。