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示波器探头的好坏到底有多重要?一不留神就成摆设

2019-12-10 10:15 来源:互联网 编辑:咩咩

采购科研设备,示波器本身的性能最受关注,而探头的选择却容易被忽略。其实,探头对于示波器测试结果的准确性至关重要,它是连接被测电路与示波器输入端的电子部件,这个部件的选择如果不合适,再先进的示波器也发挥不出作用。

最简单的探头是连接被测电路与电子示波器输入端的一根导线,复杂的探头则由阻容元件和有源器件组成。于是探头的种类就多了,有源探头、无源探头、差分探头、电流探头……是不是瞬间就缭乱了?

示波器探头的好坏到底有多重要?一不留神就成摆设

下面我们就来理一理,看看不同的探头究竟该如何使用。

一、 1:1 无源探头

示波器探头的好坏到底有多重要?一不留神就成摆设

1:1 无源探头的等效电路

特点:

它需要通过屏蔽线和示波器连接,示波器的输入阻抗一般设为 1MΩ。

输入电容=示波器输入电容+电缆浮游容量

适用对象:

因为没有分压输入信号,所以仅限于测量低频小信号。

又因输入电容小于 100pF,所以不推荐测量 10MHz 以上信号。

注意事项:

被测电压不能超过示波器的最大输入电压!

二、 10:1 无源探头

1、中低频无源探头(DC-10MHZ)

示波器探头的好坏到底有多重要?一不留神就成摆设

10:1 中低频无源探头的等效电路

特点:

探头可调电容实现分压比达到 10:1 的分压效果。

适用对象:

①测试直流~低频(n kHz)信号

探头阻抗 9MΩ和示波器输入阻抗 1MΩ进行 10:1 分压。

②测试中间频率(n kHz~ nMHz)信号

探头电容 10pF 和示波器输入电容 (屏蔽线电容+补偿电容+探头电容=90pF)实现 10:1 分压。

2. 高频无源探头(10MHZ 以上)

示波器探头的好坏到底有多重要?一不留神就成摆设

10:1 高频无源探头等效电路

特点:

如上图所示,探头与示波器输入回路组成等效回路。

这是个非常复杂的分压回路,要点是在全部带宽范围内,实现 10:1 稳定分压特性。

适用对象:测试高频(10MHz 以上)信号。

注意事项:

即使是同一品牌,型号不同的示波器输入等效回路也不尽相同,示波器初次使用前,需要对补偿电容进行调整。

在 10MHz 以上的频率范围,使用非标配探头则无法保证示波器与探头的最佳匹配,达到最佳测量效果。

三、100:1 无源探头

示波器探头的好坏到底有多重要?一不留神就成摆设

100:1 无源探头等效电路

特点:

探头前端(配合补偿电容)和示波器并列得到 100:1 的分压效果。

适用对象:

1、测试直流~低周波(n kHz)信号

探头前端电阻 49.5MΩ和补偿电容电阻 1MΩ与示波器的 1MΩ并列得到 100:1 的分压回路。在补偿电容内加入分压电阻是为了安全,尤其是在测试者接触 BNC 接头时。

2、测试中间频率(n kHz~)信号

探头前端的 3pH 和示波器输入电容(屏蔽线电容+补偿电容+示波器输入电容=297pF)实现 100:1 的分圧效果。

注意事项:

100:1 探头主要是以探头自身的阻抗实现分压,相比之下,10:1 探头对示波器依存度更高 。所以 10:1 和 100:1 探头是不能通用的。

四、FET 探头(有源探头)

示波器探头的好坏到底有多重要?一不留神就成摆设

FET 探头等效电路

特点:

测试信号通过 FET 探头的增益控制后,立刻进入缓冲放大器。因为不受电缆电容影响,可实现低输入电容。同时,FET 探头使用 FET 缓冲放大器,可实现高输入阻抗。

适用对象:

有源探头使用双极性晶体管缓冲放大器,因为基极电流通过,输入电阻较低,所以可以测试 GHz 级频率的信号。

注意事项:

缓冲放大器的输出信号经过 50Ω的同轴电缆,终端示波器同样需要匹配 50Ω的输入阻抗。如果示波器的输入阻抗是 1MΩ,则需要调整为 50Ω。横河示波器具备这种可调功能。

五、差分探头

示波器探头的好坏到底有多重要?一不留神就成摆设

差分探头等效电路

特点:

差分探头除去同相电压,仅显示差分信号,隔离示波器的接地端与测量对象的接地端。

适用对象:

可用于 CAN、LVDS、高速序列通信等差分信号测量以及开关电源回路的浮地信号测量。

注意事项:

不能确认测量回路是否接地时,测量时需要注意最大共模/差分输入电压。

示波器探头的好坏到底有多重要?一不留神就成摆设

探头对示波器测量至关重要,所以要求探头对探测的电路影响必须达到最小,并对测量值保持足够的信号保真度。如果探头以任何方式改变信号或改变电路运行方式,示波器就会显示真实信号的失真结果,进而导致测量错误。

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