如何選擇示波器的探頭

加載探頭

示波器探頭是測(cè)量鏈中的關(guān)鍵一環(huán)。探頭并不僅僅是連接被測(cè)電路與示波器的管道，它對(duì)您的測(cè)量結(jié)果及被測(cè)電路均有所影響。所有探頭均存在著阻性、感性和容性負(fù)載；問(wèn)題是要把這些負(fù)載影響限制在可接受的極限范圍之內(nèi)。與探頭有關(guān)的主要測(cè)量誤差是容性負(fù)載。在這3種誤差源中，阻性負(fù)載的影響最小，因?yàn)樗�通常不�?huì)在電路中產(chǎn)生非線性行為。雖然太大的阱電流也會(huì)產(chǎn)生非線性響應(yīng)，但在使用10MΩ的探頭時(shí)不會(huì)出現(xiàn)這一問(wèn)題。最常見(jiàn)的是阻性負(fù)載問(wèn)題是由電路輸出電阻與探頭本身電阻構(gòu)成的電阻分壓器：

這里RSOURCE是被測(cè)電路的輸出阻抗。

使用不正確的探頭不僅會(huì)使信號(hào)失真，而且會(huì)使您的電路出現(xiàn)錯(cuò)誤的行為。

與RSOURCE相比，探頭電阻越低，所測(cè)到的波形幅度也就越低（圖1）。例如，如果RSOURCE為1MΩ，測(cè)到的幅度比實(shí)際值大約低9%。而若RPROBE僅為1MΩ，則測(cè)到的幅度將低50%。

感性負(fù)載

感性負(fù)載會(huì)在被觀察信號(hào)中出現(xiàn)振鈴（圖2）。振鈴源是由探頭內(nèi)容電容、地線電感及探頭觸針電感構(gòu)成的LC電路。地線電感包括焊在電路檢測(cè)點(diǎn)的各跳線電感（圖3）。簡(jiǎn)單LC電路的振鈴頻率為：

如果波形上升時(shí)間對(duì)激勵(lì)振鈴而言足夠短，振鈴將作為捕獲信號(hào)的一部分出現(xiàn)。例如，要計(jì)算地線造成的振鈴頻率，您可假設(shè)探頭地線的電感約為25nH/in。因此，具有8pF電容和6in長(zhǎng)地線的探頭的振鈴頻率近似為145MHz：

因而用該探頭測(cè)量上升時(shí)間大于大約2.4ns的任何波形都將會(huì)出現(xiàn)振鈴。

這里BW=帶寬。

探頭的設(shè)計(jì)應(yīng)把自身電容減到最小，同時(shí)應(yīng)使用盡可能短的接地線（有些探頭在地線上增添鐵磁磁珠以減小振鈴。但您會(huì)為此付出增加地線阻抗的代價(jià)，而

這又會(huì)降低探頭的共模抑制）。在測(cè)量中，感性負(fù)載一般不成為問(wèn)題，除非被測(cè)信號(hào)的頻率成分超過(guò)了帶寬，或太差的地線或觸針連接。

這里為您提供兩個(gè)識(shí)別感性問(wèn)題的提示。首先，根據(jù)信號(hào)頻率、精度要求和其它測(cè)量因素，考慮是否會(huì)出現(xiàn)振鈴問(wèn)題。其次，通過(guò)減小地線或探頭線的長(zhǎng)度，看看能否降低共振頻率。如果確為如此，就存在著感性負(fù)載問(wèn)題。

容性負(fù)載

在3種負(fù)載效應(yīng)中，解決容性負(fù)載問(wèn)題最為困難，它影響延遲、上升時(shí)間和帶寬的測(cè)量。在高頻時(shí)，容抗將影響幅度測(cè)量。由于引入了指數(shù)響應(yīng)，容性負(fù)載還會(huì)改變被測(cè)波形的形狀（圖4）。

對(duì)簡(jiǎn)單RC電路，指數(shù)響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)近似等于：

這里CIN是探頭和示波器的組合電容，RTOTAL等于：

這一時(shí)間常數(shù)確定了被測(cè)信號(hào)上升時(shí)間的上限。例如，對(duì)于100Ω輸出電阻的電路，使用具有1MΩ電阻和8pF電容的探頭時(shí)，其上升時(shí)間極限為1.8ns（帶寬近似為200MHz）。您的信號(hào)可能有更快的上升時(shí)間，但有這樣的探頭不能看到如此快的信號(hào)。

測(cè)量誤差僅僅是容性負(fù)載所產(chǎn)生問(wèn)題的一半。它會(huì)把您引入一條死胡同，使

您看不到存在的問(wèn)題，或忙于解決實(shí)際并不存在的問(wèn)題。您可能確曾有過(guò)這樣的經(jīng)歷。容性探頭負(fù)載會(huì)衰減毛刺，減小振鈴或過(guò)沖，減慢跳變沿，使建立和保持時(shí)間違規(guī)不再發(fā)生。同樣，容性負(fù)載也會(huì)使電路不能正常工作。最麻煩的是除非您事先確實(shí)知道（不是理論上的）信號(hào)的大小和形狀，否則就難以發(fā)現(xiàn)探頭是否影響了測(cè)量的結(jié)果。解決辦法是對(duì)每一種應(yīng)用，都要保證使用正確的探頭。

兼顧阻性負(fù)載和容性負(fù)載是相當(dāng)困難的。在改進(jìn)某一探頭性能時(shí)，往往會(huì)影響另一性能。因此就有適應(yīng)不同應(yīng)用和預(yù)算的多種探頭。

如何選擇示波器的探頭 [篇2]

探頭的特性和特點(diǎn)中最重要的參數(shù)就是帶寬和輸入阻抗，它們既要與示波器的帶寬和輸入阻抗匹配，又要將對(duì)被測(cè)電路的影響減到最小。因此選擇探頭時(shí)要綜合考慮。

1 帶寬和上升時(shí)間

探頭的帶寬或上升時(shí)間要等于或優(yōu)于示波器的帶寬。如果觀察純正弦信號(hào)，探頭帶寬等于被測(cè)信號(hào)頻率的最高值即可；如觀察非正弦信號(hào)，探頭帶寬應(yīng)能容納被測(cè)信號(hào)的基波和最重要諧波分量。為精確地測(cè)量脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間，系統(tǒng)的上升時(shí)間（示波器和探頭之和）應(yīng)該比要測(cè)量的最快的上升時(shí)間快3-5倍。

2 阻抗匹配

探頭的輸入阻抗要與所用示波器的輸入阻抗匹配，另外對(duì)被測(cè)電路的負(fù)載作用最少。對(duì)于低輸入阻抗的示波器，應(yīng)選擇有源探頭或50Ω輸入阻抗的探頭；對(duì)于高輸入阻抗的示波器，應(yīng)選擇×10的探頭。例如示波器的輸入阻抗是1mΩ/10pf,探頭輸入阻抗最好是10mΩ/1pf，這樣的探頭既有10倍的信號(hào)衰減，對(duì)被測(cè)信號(hào)的負(fù)載很輕，又能與示波器輸入阻抗匹配。

3 負(fù)載作用

減輕探頭對(duì)被測(cè)電路的負(fù)載作用。除了選擇輸入阻抗高的探頭外，還有記住探頭輸入阻抗隨頻率成反比例下降。

4 時(shí)間延遲的影響

每種探頭對(duì)被測(cè)信號(hào)的延遲時(shí)間存在差異，在進(jìn)行差分測(cè)量以及時(shí)間（或相位）一致性測(cè)量時(shí)，最好使用2個(gè)型號(hào)相同和電纜長(zhǎng)度相等的探頭。

5 良好的接地

探頭的額定頻率特性是在同軸系統(tǒng)內(nèi)測(cè)得的結(jié)果。在實(shí)際電路應(yīng)用時(shí)，往往探頭處于非同軸匹配的系統(tǒng)內(nèi)，因此探頭的接地引線要盡量減短，把串聯(lián)電感減到最小。如發(fā)現(xiàn)高阻探頭接地不良，就要考慮使用低阻同軸探頭或者與探頭匹配的適配器、連接器和夾具。

總結(jié)

探頭對(duì)示波器測(cè)量至關(guān)重要，所以要求探頭對(duì)探測(cè)的電路影響必須達(dá)到最小，并希望對(duì)測(cè)量值保持足夠的信號(hào)保真度。如果探頭以任何方式改變信號(hào)或改變電路運(yùn)行方式，示波器會(huì)看到實(shí)際信號(hào)的失真結(jié)果，進(jìn)而可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果，或者誤導(dǎo)性的測(cè)量結(jié)果。通過(guò)以上介紹可知，探頭的選購(gòu)和正確使用有許多值得注意的地方，只有與示波器和被測(cè)電路都匹配良好的探頭才是您該選擇和使用的探頭。

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