示波器探頭原理

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1、示波器探頭原理示波器因為有探頭的存在而擴展了示波器的應用范圍，使得示波器可以在線測試和分析被測電子電路，如下圖：圖1??示波器探頭的作用???????探頭的選擇和使用需要考慮如下兩個方面：??????其一：因為探頭有負載效應，探頭會直接影響被測信號和被測電路；??????其二：探頭是整個示波器測量系統(tǒng)的一部分，會直接影響儀器的信號保真度和測試結(jié)果一、探頭的負載效應????當探頭探測到被測電路后，探頭成為了被測電路的一部分。探頭的負載效應包括下面3部分：????1.阻性負載效應；????2.容性負載效應；????3.感性負載效應。圖2??探頭的負載效應????阻性負載相當于在

2、被測電路上并聯(lián)了一個電阻，對被測信號有分壓的作用，影響被測信號的幅度和直流偏置。有時，加上探頭時，有故障的電路可能變得正常了。一般推薦探頭的電阻R>10倍被測源電阻，以維持小于10%的幅度誤差。圖3???探頭的阻性負載????容性負載相當于在被測電路上并聯(lián)了一個電容，對被測信號有濾波的作用，影響被測信號的上升下降時間，影響傳輸延遲，影響傳輸互連通道的帶寬。有時，加上探頭時，有故障的電路變得正常了，這個電容效應起到了關(guān)鍵的作用。一般推薦使用電容負載盡量小的探頭，以減小對被測信號邊沿的影響。圖4???探頭的容性負載????感性負載來源于探頭地線的電感效應，這地線電感會與容性負載

3、和阻性負載形成諧振，從而使顯示的信號上出現(xiàn)振鈴。如果顯示的信號上出現(xiàn)明顯的振鈴，需要檢查確認是被測信號的真實特征還是由于接地線引起的振鈴，檢查確認的方法是使用盡量短的接地線。一般推薦使用盡量短的地線，一般地線電感=1nH/mm。圖5???探頭的感性負載二、探頭的類型????示波器探頭大的方面可以分為：無源探頭和有源探頭兩大類。無源有源顧名思義就是需不需要給探頭供電。????無源探頭細分如下：?????????1.低阻電阻分壓探頭；?????????2.?帶補償?shù)母咦锜o源探頭（最常用的無源探頭）；?????????3.高壓探頭??????有源探頭細分如下：?????????1

4、.單端有源探頭；?????????2.差分探頭；?????????3.電流探頭????最常用的高阻無源探頭和有源探頭簡單對比如下：?表1??有源探頭和無源探頭對比??????低阻電阻分壓探頭具備較低的電容負載（<1pf)，較高的帶寬（>1.5GHz），較低的價格，但是電阻負載非常大，一般只有500ohm或1Kohm，所以只適合測試低源阻抗的電路，或只關(guān)注時間參數(shù)測試的電路。圖6??低輸入電阻探頭結(jié)構(gòu)?????帶補償?shù)母咦锜o源探頭是最常用的無源探頭，一般示波器標配的探頭都是此類探頭。帶補償?shù)母咦锜o源探頭具備較高的輸入電阻（一般1Mohm以上），可調(diào)的補償電容，以匹配示波器的輸

5、入，具備較高的動態(tài)范圍，可以測試較大幅度的信號（幾十幅以上），價格也較低。但是不知之處是輸入電容過大（一般10pf以上），帶寬較低（一般500MHz以內(nèi)）。圖7??常用的無源探頭結(jié)構(gòu)?????帶補償?shù)母咦锜o源探頭有一個補償電容，當接上示波器時，一般需要調(diào)整電容值（需要使用探頭自帶的小螺絲刀來調(diào)整，調(diào)整時把探頭連接到示波器補償輸出測試位置），以與示波器輸入電容匹配，以消除低頻或高頻增益。下圖的左邊是存在高頻或低頻增益，調(diào)整后的補償信號顯示波形如下圖的右邊所示。圖8??無源探頭的補償????高壓探頭是帶補償?shù)臒o源探頭的基礎上，增大輸入電阻，使得衰減加大（如：100:1或1000

6、:1等)。因為需要使用耐高壓的元器件，所以高壓探頭一般物理尺寸較大。圖9???高壓探頭的結(jié)構(gòu)三、有源探頭????我們先來觀察一下用600MHz無源探頭和1.5GHz有源探頭測試1ns上升時間階躍信號的影響。使用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一個1ns的階躍信號，通過測試夾具后，使用SMA電纜直接連接到一個1.5GHz帶寬的示波器上，這樣示波器上會顯示一個波形（如下圖中的蘭色信號），把這個波形存為參考波形。然后使用探頭點測測試夾具去探測被測信號，通過SMA直連的波形因為受探頭負載的影響而變成黃色的波形，探頭通道顯示的是綠色的波形。然后分別測試上升時間，可以看出無源探頭和有源探頭對高速信號的影

7、響。圖10???無源探頭和有源探頭對被測信號和測量結(jié)果的影響????具體測試結(jié)果如下：????使用1165A600MHz無源探頭，使用鱷魚嘴接地線：受探頭負載的影響，上升時間變?yōu)椋?.9ns；探頭通道顯示的波形存在振鈴，上升時間為：1.85ns;????使用1156A1.5GHz有源探頭，使用5cm接地線：受探頭負載的影響較小，上升時間仍為：1ns；探頭通道顯示的波形與原始信號一致，上升時間仍為：1ns。????單端有源探頭結(jié)構(gòu)圖如下，使用放大器實現(xiàn)阻抗變換的目的。單端有源探頭的輸入阻抗較高（一般達100Kohm以