示波器探头知识总结(二)

在《示波器探头知识总结(一)》中已经对示波器探头做了一个整体介绍，下面将重点介绍示波器探头家族中的无源电压探头。

示波器探头按是否需要供电可以分为无源探头和有源探头，所谓的无源探头，是指整个探头都由无源器件构成，包括电阻、电容和电缆等；而有源探头内部一般有放大器，由于放大器工作时是需要外部供电的，所以叫有源探头。

无源探头根据输入阻抗的大小又分为高阻无源探头和低阻无源探头两种。我们通常所说的无源探头其实就是指高阻无源探头。高阻探头和示波器相连时，要求示波器端的输入阻抗是1M欧姆。高阻无源探头又可分为1X和10X两种：

上图为1X高阻无源探头的等效电路图，1X无源探头本身无输入阻抗，对测试信号没有衰减，示波器采样到的电压就是被测信号的实际电压，因此不像10X探头那样需要示波器对采样信号放大后再显示，因而示波器本身的噪声没有放大，测量的噪声会小很多，非常适合小信号和电源纹波噪声的测量应用。但是1X探头的输入电容太大，带宽低，信号反射严重。

前面讲了1X探头没有匹配(探头线缆为50Ω特征阻抗，跟示波器的1MΩ输入阻抗不匹配)，导致信号反射严重，影响了探头的带宽，10X探头(上图)为了改善高频特性，在探头前端增加了匹配电路，最典型的就是RC并联结构，即上图中的C1和R1。图中的R2是示波器的输入阻抗，C2是示波器的寄生电容。探头要在带内产生平坦增益的一个条件是要满足R1*C1=R2*C2。由于示波器的寄生电容C2只能控制在一定范围内，无法精确控制，所以不同的示波器以及示波器不同通道间的寄生电容都不太一样，为了补偿不同通道寄生电容的不同，在探头接示波器的那一端有一个可调电容C3(可以用螺丝刀来调整C3的值)。通过调整C3的值来补偿不同通道上的寄生电容差异。几乎所有示波器都提供一个低频方波输出，可以用来校准探头。

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每次测量前，都需要对示波器探头进行校准，校准方法为：用示波器探头测量示波器自带的低频方波输出，通过示波器屏幕观察信号，用螺丝刀转动探头上的可调电容到最佳补偿状态，如下图所示：



10X高阻无源探头的输入阻抗为9MΩ,示波器内部的输入阻抗为1MΩ，总输入阻抗为10MΩ(10X无源探头上标识的输入阻抗为10MΩ,其实是包含了1MΩ的示波器输入阻抗，探头本身的阻抗只有9MΩ)。



对于10X探头，信号从测试点到示波器器采样点处有一个10倍衰减，示波器采样到的电压幅度是实际被测电压幅度的1/10。采样信号幅值乘以10即是被测信号实际幅度。早期的示波器探头需要手工设置示波器探头衰减倍数，一般有1X和10X两个档位，现在的示波器探头与示波器的连接处有一个自动检测针脚(如下图所示)，示波器可以通过这个针脚来读取探头的衰减系数，并自动调整显示比例。`

高阻无源探头中还有一个特殊的种类，即高压探头，其衰减比可达100:1或1000:1，其测量电压非常大，最大可以测量上千伏电压。中国通信人博客 j!`9T_N

高阻无源探头成本低，输入阻抗高，测量范围大，广泛应用于通用测试场合。但是随着测试频率的提高，各种二阶寄生参数很难控制，仅仅依靠简单的匹配电路已经不能把带宽再提高了，所以高阻无源探头的带宽一般在600MHz一下，再高就需要使用有源探头了或低阻无源探头了。中国通信人博客-X|"u k;~J+@0s

低阻无源探头是最不常用的一种探头，但有其自身特点，下图为10X低阻无源探头原理框图：中国通信人博客hagjBf

低阻无源探头要求示波器的输入阻抗为50Ω，以便与探头的50Ω传输电缆匹配，减小反射，低阻无源探头的带宽很高，如Agilent的53006A探头带宽可达6GHz。中国通信人博客j)d#Z I8|6WQ)Pr6B`)B0E

但是由于此类探头的输入阻抗低，测试中并联在电路里可能会对被测信号产生一定的影响，特别是高输出阻抗电路，影响就更明显，因此低阻抗无源探头的应用不是特别广泛。

 

转自：http://blog./html/15/562315-77962.html