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专家支招:怎样为示波器挑选探头

2011-12-01  xhualee

专家支招:怎样为示波器挑选探头

上网日期: 2011年12月01日 评论[ 1 ]   打印版 订阅

关键字: 泰克  测试系统  示波器探头 

探头作为测试系统的一部分,其重要程度往往容易被忽视。在为示波器匹配探头时,甚至于有直接从抽屉里拿最近那根的极端情况。那示波器探头有哪些分类?这些分类有什么区别?应该如何选择?本文将详细介绍探头的种类及优缺点、并讨论探头选择的注意要素。

探头选择需要注意的因素

首先,“探头+示波器”构成一个整体的测试系统,将一起对测试结果产生作用。事实上,单台示波器和单个探头各有其带宽和上升时间等指标,但并没有一个简单的公式可以计算这个系统的指标。通常,我们会为示波器推荐特定的探头,同时标明整个系统的指标,因此当您在选择一款非标配或推荐的探头时,需要考虑到可能存在无法预期的测试结果。其次,为保证探头对被探测电路的影响最小,一款理想的探头应该提供绝对的信号保真度,对原始信号没有任何影响,并且非常容易连接到被测电路。但实际情况是,探头一定会影响你的测试。但通过选择合适的探头,并且慎重考虑您的测试应用,您可以将影响降至最低。

通常需要考虑信号的类型。是电压还是电流?是单端信号还是差分信号?

1.其次,您还需要了解测试信号的信号频率成分,除了测试包括基频,是否还需要测试谐波和杂散?您必须保证您的示波器和探头具有足够的带宽来观察所有的信号能量。

2.测试系统的上升时间也是必须考虑的因素,它将影响对被测信号上升时间的测量,测试系统的上升时间需要比被测信号上升时间快5倍。

3.此外,探头的电阻和电容也是必须考虑的重要因素,其重要程度取决于被测信号的阻抗。而测试点的几何尺寸也将影响探针和连接方法的选择。

现在市面上有各种各样的探头类型,满足不同的测试应用,主要分成四大类:电压、逻辑、电流和光学探头,往下又可以再细分。(参见下图)

专家支招:怎样为示波器挑选探头(电子工程专辑)

专家支招:怎样为示波器挑选探头(电子工程专辑)

无源电压探头

无源探头由导线和连接器制成,在需要补偿或衰减时,还包括电阻和电容。探头中没有有源器件(晶体管或放大器),因此不需为探头供电。由于相对简单,无源探头一般是最坚固、最经济的探头。它们使用简便,也是使用最广泛的探头。

无源电压探头为不同电压范围提供了各种衰减系数(1X、10X和100X)。在这些无源探头中,10X无源电压探头是最常用的探头,也是通常作为示波器标准配件提供的探头类型。泰克拥有广泛的无源探头系列,并且是唯一在1GHz上把探头带宽与示波器探头带宽匹配起来的厂商。

1.新款无源探头——TPP0X0X系列。该系列是高性价比100MHZ到200MHz无源探头,拥有更小的探尖尺寸,更低的输入电容。

2.升级款无源电压探头——TPP0850和TPP0502。TPP0502在500MHz带宽的基础上采用2倍衰减,帮助客户捕捉纹波信号;TPP0850同样用于单端高压信号测量,DC+PK为2500V,带宽高达为800MHz。TPP0850和TPP0502系列无源探头适用于MSO/DPO5000系列和MSO/DPO4000B系列示波器。

有源电压探头

有源探头包含或依赖有源器件,如晶体管。最常见的情况下,有源设备是一种场效应晶体管(FET)。FET输入的优势是,它提供了非常低的输入电容,一般为几皮法,最低不到1皮法。这种超低电容可以实现用户希望的多种效应——有源FET探头的规定带宽一般在500MHz-4GHz之间。除带宽更高外,有源FET探头的高输入阻抗允许在阻抗未知的测试点上进行测量,而负载效应的风险要低得多。另外,由于低电容降低地线影响,可以使用更长的地线。但最重要的是,FET探头提供的负荷非常低,因此它们可以用于无源探头严重负荷的高阻抗电路上。

既然有这些优势,那为什么还要使用无源探头呢?这是因为有源FET探头没有无源探头的电压范围。有源探头的线性动态范围一般在±0.6V到±10V之间。另外它们可以耐受的最大电压在±40V(DC+峰值AC)。

差分探头

许多情况下信号电压是差分电压,即信号存在于两个点或两条线中,这两个点或两个信号都没有处于接地或公共电位。这种差分信号在电话语音电路、计算机磁盘读通道和多相电源电路十分常,例如如硬盘驱动读通道信号、多相位电源系统等,这些信号实质上是“浮”于地的。此时需要使用差分探头。

泰克新款高压差分探头P5201,以极具震撼力的价格提供25MHz带宽、1400V差分动态范围和1000V的共模耐压,方便应用于各种电机、大型背光及风电等新能源产业。电池和适配器的两种供电方式大大方便用户的使用。

专家支招:怎样为示波器挑选探头(电子工程专辑)

P5201可以与任何示波器一起使用,使得用户能够在示波器接地的情况下安全的测量浮动电路。P5201高压差分探头把浮动信号转换成低压参考地电平信号,然后可以在任何参考地电平的示波器上安全简便的显示这些信号。(未完待续)

电流探头

流经导线的电流会导致在导线周围形成电磁通量场。当电流探头是为传感这个磁通量场的场强而设计的,并把它转换成相应的电压,以使用示波器进行测量。这允许使用示波器查看和分析电流波形。在与示波器的电压测量功能结合使用,电流探头还允许进行各种功率测量。根据示波器的波形数学运算功能,这些测量可以包括瞬时功率、真实功率、视在功率和相位。

专家支招:怎样为示波器挑选探头(电子工程专辑)

示波器的电流探头基本上分成两类:即AC电流探头和AC/DC电流探头,AC电流探头通常是无源探头,AC/DC电流探头通常是有源探头。这两种类型都采用相同的转换原理,感应导线中的电流(AC)。

泰克电流测量系统可支持可编程和手工同步AC/DC测量(带宽在DC到2GHz之间)和幅度测量(从mA到20,000A)。可以测量低至1毫安的电流。这对于精确地测量小电流和频率分量非常关键。最新的泰克示波器和电流探头协同运行,可以自动将测量范围扩展到数安培,大大缩短测量设置时间。

逻辑探头

由于各种原因,数字系统可能会发生问题。尽管逻辑分析仪是识别和隔离出现故障的主要工具,但逻辑故障的实际原因通常是由于数字波形的模拟特点导致的。脉宽抖动、脉冲幅度畸变和模拟噪声和串扰都可能会引起数字问题。

分析数字波形的模拟特点要求使用示波器。但是,为找到故障确切的原因,数字设计人员通常需要查看在具体逻辑条件下发生的特定数据脉冲。这要求逻辑触发功能,其更典型的是逻辑分析仪的逻辑触发功能,而不是示波器的逻辑触发功能。通过使用字识别器触发探头,可以在大多数示波器中增加这种逻辑触发功能。

光接口探头

随着基于光纤的通信技术的出现和推广,人们正日益需要查看和分析光接口波形。业内已经研制出各种专用光接口系统分析仪,以满足通信系统检修和分析的需求。但是,在光接口器件开发检验过程中,人们对通用光接口波形测量和分析的需求也在不断扩大。光接口探头允

许在示波器上查看光接口信号,满足了这一不断扩大的需求。

其它探头类型

除所有上述“相当标准”的探头类型外,还有各种专用探头和探测系统,包括:

环境探头,这是为在非常广泛的温度范围内工作而设计的。

温度探头,用来测量元器件的温度和其它产生热量的项目。

探测站和杆状臂,探测精细间距的设备,如多芯片模块、混合电路和IC。

作者:电子工程专辑博主越测越开心

 

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