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示波器探头的重要性,你了解多少?


  来源: ZLG致远电子 时间:2019-12-11 编辑:清风
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选择探头时,还需要考虑测试信号的电压,一方面要保证测试电压不要高于探头的最大输入电压,另一方面也要保证探头输出的信号在示波器的可测量范围内。这需要测试者根据测试信号的电压来选择探头。比如要测量600Vpp的电压信号,就需要选择耐压值超过600Vpp的探头,而一般示波器最大测量电压是80V,所以需要选择一个衰减比大于8的探头。而如果需要测量的信号是10mVpp的电压信号,则就需要采用无衰减的探头进行测量。


6、地线的影响


传统的使用习惯上,示波器的接地方式就是那根长长的接地夹线。这种接地方式,确实是一种简单方便的接地方式,但是却并不是一种严谨的、准确的接地方式。


图8 接地夹线示意图


由于地夹线比较长,其会形成一个寄生电感Lgnd,随着夹线的增长,这个电感也会增大,而这个回路电感会和示波器探头的输入电容Cin产生谐振。这就导致示波器的幅频特性变得不平坦,导致测量不准确。下图为使用接地夹时的等效电路。

图9 接地夹线等效电路图


下图为用该等效电路仿真出的频谱特性曲线:

图10 频谱特性曲线


可以看出,在60MHz以上的频率,幅度已经产生了超过3dB的过冲,而到达100M左右时,过冲到最大幅度。所以如果采用地夹,测量超过60MHz的信号就会产生比较大的失真。正确的方式应该是采用接地弹簧。接地弹簧具有非常小的电感,可以大大提升探头的带宽。


图11 接地弹簧示意图


而且使用弹簧,也会减小接地环路面积,大大较小空间噪声的辐射干扰。


7、补偿电容的调节


对于10×无源探头,其等效模型如下图所示。

图12 探头等效电路


其中C1和Cline1是示波器和通讯电缆的寄生电容,是无法去除的。由于R2的原因,势必会产生一个低通滤波器,这就导致探头无法通过高频信号。为了提高探头带宽,探头中会加入C2,来进行补偿。


计算可得该系统的零点:


系统极点为:


只有使得这两个点重合,才能让探头带宽得以平坦。而示波器的输入电容C1和通讯电缆的电容Cline1都有一定的变化范围,所以必须加入一个可调电容Cadj来进行匹配。实际使用时,需要通过这个可调电容来将探头带宽调节平坦。具体方式是将探头链接到示波器的校准片上,然后通过调节探头补偿装置上的调节器,将方波调节平坦。下图为调节图例。当屏幕上的波形变为方波时,表示探头调节成功。


图13 探头补偿示意图


8、探头的负载效应


前文提到过,探头都是具有输入电容和输入电阻的,这就导致其并不能当成一个阻抗无穷大的设备,其测量时的等效模型如下图所示。

图14


根据电路知识可知,对于直流信号而言,与未接入探头前相比,Vout会有所下降,因为现在的负载不再是RL,而是RL与Rin并联后的电阻,这势必小于原来的电阻RL。而对于交流信号而言,还需要在并联上一个电容Cin产生的阻抗。而这个阻抗会随着频率的增加而逐渐减小。这就是有些情况下探头点上去,电路无法正常工作的原因。在使用探头测量时,需要评估探头的负载效应对被测试系统产生的影响。比如一般的1×探头,输入电容高达150pF左右,如果接入到一个50Ω系统中,会产生一个40M左右的低通滤波器,如果被测信号接近或者高于这个频率时,就会导致被测系统工作异常。进行高频测量时,探头的输入电容越小,对系统产生的影响也就越小。


总结


探头在示波器测量系统中,至关重要。ZDS4000示波器具有很优越的各项性能,同时标配了性能优异的无源探头,但是探头的使用上存在着很多需要注意的事项,为了能正确的发挥示波器的性能,使用者需要了解这些,才能即安全又准确的得到测量结果。

关键词:示波器 探头 测量    浏览量:920

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