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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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电子产品日益复杂,市场对示波器的带宽和准确性提出更高要求。这不是购买一台高档示波器就能解决的问题,还需搭配适合的探头和正确的测试方法。本文从探头的原理出发,讲述如何正确选择和使用探头


认识示波器探头


被测信号不可能直接接入到示波器中,这就需要一个设备为测试点与示波器之间建立电气连接。根据需求不同,这个设备可以是一个导线,也可能是较为复杂的电路。这个负责勾连测试点与示波器的设备就是示波器探头。所以示波器探头至关重要,没有探头示波器将无法进行测量。


图1


上图为示波器探头测量时的示意图,从上图可知,示波器一般具有三个典型的部分,探头头部、探头电缆和探头补偿设备。其中探头头部的作用是与测试点直接接触,从而与被测系统产生电气连接,最终获取到需要测量的信号。探头电缆的作用则是使示波器和探头头部彼此不互相干涉,可以做到在不移动示波器的前提下,随意移动探头头部,使之可以方便的与测试点接触。最后的探头补偿设备,主要是为了尽量消除探头电缆带来的负面影响,从一定程度上保持探头的测量准确性。


由探头的基本结构可知,探头是不可能被看为一个透明的设备,一定会有很多性能上的限制,比如探头电缆和补偿设备决定了探头的带宽,又比如探头中的器件尺寸也决定了探头的输入电压。所以探头会有一些基本的参数。在此归纳一下:


1、衰减系数


衰减系数,是所有探头都会有的一个参数,指的是探头使信号幅度下降的程度。某些探头可能会有可选择的衰减系数。典型的衰减系数有1×、10×和100×。1×探头表示不会对信号进行衰减。10×则表示信号会被衰减10倍再输入示波器。1×、10×这些名称的由来,是因为之前的示波器没有自动识别探头衰减系数和自动调节的能力,所以需要通过1×、10×这些名称来提醒测试者记得要把测量出来的结果乘以相应的倍数。


2、带宽


带宽也同样是一个探头必备的参数,指的是探头导致信号衰减-3dB情况下的频率点。如下图所示:

图2


如100MHz探头就有100MHz带宽,500MHz探头就有500MHz带宽。一些探头,还会有一个低频的带宽频率,比如一些AC探头,不能传递DC信号,它在低频段会有一个带宽参数。值得一提的是,带宽指的是-3dB的频谱,此时信号被测量出的幅度只有真实信号的70.7%,所以测量者需要考虑对这个结果是否可以被接受,否则就需要使用更高带宽的探头。


3、上升时间


带宽指的是对单一正弦波的测量,如果需要测量的是方波,则需要考虑探头的上升时间,该参数是探头在阶跃信号激励的输入下,输出信号从10%上升至90%所需的时间。这个参数实际上是用来进行评估误差范围的。比如被测试方波信号的上升沿的上升时间为10ns,则经过一个上升时间为3.5ns的探头,最终输出的上升时间就大致为:



上升时间退化了5.9%。


如果此时改用0.7ns的探头,则输出的上升时间为:



上升时间仅仅退化了0.24%。所以测量时,就需要尽量选择上升时间远小于被测信号上升时间的探头,一般需要3~5倍。


4、最大输入电压


最大输入电压是指探头可以输入的最大额定值的电压。最大输入电压取决于探头机身和探头内部器件的额定击穿电压。一般该项会通过一些安规规范来给出,而不是给出单一的电压,比如一般10×的无源探头的最大输入电压为300VRMS CAT Ⅱ。其中CAT Ⅱ 指的是一类测试场景,300VRMS CAT Ⅱ指的是在这类测试场景下可以测量的最大电压。而且这个电压并不是一个恒定值。而是会随着频率的变化而变化。一般探头会给出自己的电压额定曲线,如下图所示:

图3


5、输入电容


输入电容就是从探头的探头头部端测量出的电容。对于有源探头,该电容包括探头探针的寄生电容和探头内部电路中的电容。对于一些无源探头,还要包括探头电缆的寄生电容和示波器本身的电容。该电容值越小,一般说明探头可测量的频率越高。


6、输入电阻


关键词:示波器 探头 测量    浏览量:526

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