示波器被誉为“电子工程师的眼睛”,作为示波器不可缺少的组成部分,示波器探头的参数直接影响到测试结果的准确性及正确性,因此,能否正确选取合适的示波器探头直接关系到测试工作的成败,作为一名电子工程师,我们必须知道各种示波器探头的特点、原理及适用场合。
示波器探头的种类有很多,大体上可以分为电压、电流、逻辑等几大类,如下图所示: 7UpM7C|q qX!U,}0 8N*t |Fu k*[E+i6Cs0?电压探头 理想中的电压探头没有负载效应,不会对测量造成任何影响,同时对信号没有任何失真。理想探头具备如下特征: 1).输入电阻无限大; 2).输入电容为0; 3).带宽无限大; 4).动态范围无线大; 5).1:1衰减; 6).无延迟; 7).无相位偏移; 8).机械结构适合测量应用。 在实际中,这种理想探头是不存在的。为了说明探头对测量的影响,我们可以把探头模型简单等效为一个R、L、C电路,把这个模型与被测电路放在一起,如下图所示:中国通信人博客*]9Cv6B J7y u&g(g VV5C%_@^+f/u8N0如上图所示,Rprobe是探头的输入电阻,为了尽可能减少探头对被测电路的影响,要求探头本身的输入电阻Rprobe越大越好,但是Rprobe是不可能做到无穷大的,所以就会和被测电路产生分压,使得实测电压比实际电压小。为了避免探头电阻负载造成的影响,一般要求Rprobe要大于Rsource和Rload的10倍以上。大部分探头的输入阻抗在几十K欧姆到几十兆欧姆之间。 Cprobe是探头本身的输入电容。这个电容不是刻意做进去的,而是探头的寄生电容。这个寄生电容也是影响探头带宽的最重要因素,因为这个电容会衰减高频成分,把信号的上升沿变缓。通常高带宽的探头寄生电容都比较小。理想情况下Cprobe 应该为0,但是实际做不到。一般无源探头的输入电容在10pf 至几百pf 间,带宽高些的有源探头输入电容一般在0.2pf 至几pf 间。 Lprobe是探头导线的寄生电感,通常 在使用示波器时,需要对示波器测量通道的耦合方式和输入阻抗进行设置,耦合方式有AC和DC两种,输入阻抗有 测量普通信号时一般用DC耦合方式,测试电源的纹波/噪声时需要使用AC耦合方式,示波器接有源探头时,输入阻抗会自动切换到50Ω档位,接无源探头时需要手动切换到 从电压测量的角度来说,为了减小对被测电路的影响,示波器应采用 为了更好的说明示波器输入阻抗及寄生电容对测量通道带宽的影响,我们将电路图从时域转换到频域,如下图所示:中国通信人博客$} @"f,x:j2Y0H6py;K6m4L 如上图所示,示波器输入通道寄生电容的等效阻抗为1/(2πfc),在低频情况下,1/(2πfc)的值非常大,无电流通过C,示波器的输入阻抗等于R的值,但是,随着信号频率的提高,寄生电容的等效阻抗1/(2πfc)越来越小,所以,在高频信号下,寄生电容对示波器的输入阻抗影响非常大,此时示波器的输入阻抗为R//[1/(2πfc)]。为了降低寄生电容在高频信号下对示波器的输入阻抗的影响,所以在测试高频信号时,示波器的输入阻抗都设置为50Ω。
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