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示波器那些事儿–之探头

探头是在示波器和测试点之间构成物理连接和电气连接的设备,是示波器测量链中的第一个环节。如果探头不足或测试方法不良而导致第一个环节变

探头是在示波器和测验点之间构成物理衔接和电气衔接的设备,是示波器丈量链中的第一个环节。假如探头缺乏或测验办法不良而导致第一个环节变得单薄,那么将削弱整个链条。

※什么是探头?

示波器探便是把信号源衔接到示波器输入上的某类设备或网络。依据丈量需求,这一衔接或许会十分简略,如一条长一点的导线;也或许十分复杂,如运用有源差分探头。

但无论怎样,在处理示波器探头的实践特色时,重要的一点是记住探头便是传感器。大多数示波器探头是电压传感器,也便是说探头传感和勘探电压信号,把电压信号传送到示波器输入。

※探头的重要性

探头对示波器丈量至关重要,在被测信号和示波器的输入通道之间有必要有某类电子衔接,也便是某类探头。

别的,探头对丈量质量也十分要害,把探头衔接到电路上或许会影响电路操作,示波器只能显现和丈量探头传送到示波器输入上的信号。因而对所勘探的电路影响有必要到达最小,并对期望的丈量坚持满意的信号保真度。假如探头不能坚持信号保真度,假如它以任何方法改动信号或改动电路的运转方法,示波器会看到实践信号的失真成果,从而会导致过错的丈量成果或误导性的丈量成果。

※抱负的探头与实践的探头

在抱负的情况下,探头应该具有:

●衔接简略、便利:树立到测验点的物理衔接是勘探的要害要求之一,抱负的探头应能够简略、便利的进行物理衔接。对微型电路,如高密度外表封装技能(SMT),经过微型探头头部及为SMT设备规划的各种探头顶级适配器能够进步衔接的简略性和便利性;在电力运用中,则要求运用具有更高安全余量、在物理上更大的探头,例如高压探头、夹子式电流探头号。从这些物理衔接实例中,能够看出并没有一种抱负的探头标准和装备能够适用于一切运用,正因为如此,会有各种探头标准和装备的呈现,以满意各种运用的物理衔接要求。

●肯定的信号保真度:抱负的探头应以肯定的信号保真度,把任何信号从探头顶级传送到示波器输入上,换句话说,探头顶级上产生的信号应传神的复现在示波器输入上。为完成肯定的保真度,从探头顶级到示波器输入的探头电路有必要具有零衰减、无穷大的带宽及在一切频率中完成线性相位。这些抱负要求在实践中不仅是不或许完成的,也是不可行的。

●零信号源负荷:测验点后边的电路能够视作一种信号源模型,衔接到测验点的任何外部设备,如探头,都会在测验点后边的信号源上表现为额定的负荷。在从电路(信号源)吸收信号电流时,外部设备作为负荷操作。这一负荷或吸收的信号电流会改动测验点后边的电路,从而改动测验点上看到的信号。抱负的探头导致的信号源负荷为零,换句话说,它不会从信号源吸收任何信号电流,这意味着为使吸收的电流为零,探头有必要具有无穷大的阻抗,从而在本质上对测验点表明为开路。但在实践中,零信号源负荷的探头是不能完成的,这是因为探头有必要吸收少数的信号电流,以在示波器输入上构成信号电压。

●全面抗噪声才能:荧光灯和电扇马达是咱们的周围环境中存在的的很多电子噪声的两种来历,这些噪声源会在邻近的电气电缆和电路上引起噪声,从而导致在信号中添加噪声。因为简略遭到感应噪声的影响,一段简略的导线是示波器探头的次优挑选。抱负的示波器探头要能够全面抗击一切噪声源,在实践中,运用屏蔽能够使探头对大多数常用信号电平完成高档抗噪声才能。

上面评论的抱负的探头提到了多种实践情况,使得实践探头并不能到达抱负水平。首要有必要认识到,即便探头仅仅一段简略的导线,但探头仍或许是一条十分复杂的电路。对直流信号时,探头表现为一段简略的导线,其带有必定的串联电阻和端接电阻;可是关于沟通信号,因为任何一段导线都有分布式电感、任何线对都有分布式电容,这些电抗单元(L\C)和电阻单元(R)的交互会产生跟着信号频率改动的总探头阻抗。经过选用杰出的探头规划,,能够操控探头的电阻、电感和电容单元,在指定的频率规模上供给期望的信号保真度、衰减和信号源负荷。

※探头的挑选注意事项

探头的挑选应考虑:

●带宽和上升时间的约束

带宽是示波器或探头规划运用的频率规模。例如,100MHz探头或示波器是为在高达100MHz的一切频率上进行丈量而规划的。在超越指定带宽时,或许会产生不期望或不能猜测的丈量成果。一般来说,为精确的进行起伏丈量,示波器的带宽应比被测的波形频率高5倍,这种“5倍规矩”确保了非正弦曲线波形中的高频成份供给满意的带宽,如方波。与此相似,示波器有必要为丈量的波形供给足够的上升时间,为在丈量脉冲上升、下降时间时完成合理的精度,探头和示波器的上升时间应该比被测脉冲快3~5倍。

●动态规模的约束

一切探头都有不该超越的高压安全极限。关于无源探头,这一极限能够从几百伏到几千伏。而关于有源探头,最大安全极限电压则通常在几十伏规模内。为防止危及人身安全及或许损坏探头,最好了解被测的电压及运用探头的电压极限。

除安全考虑要素之外,还要在实践中考虑丈量的动态规模。示波器具有灵敏度规模,典型的灵敏度规模一般是1mV~10V/格,在八格显现器上,这意味着能够在4mV~40V的信号上合理的进行丈量。在1X探头中,探头动态规模与示波器相同,即信号丈量规模是4mV~40V。假如需求丈量40V以上的信号就需求经过运用衰减器的探头,例如选用10X探头就能够把示波器动态规模进步到40mV~400V。

最通用的是首选10X探头,这是因为高端的电压规模及其导致的信号源负荷较少,假如计划丈量比较宽的电压规模,也能够考虑选用1X/10X可切换式探头,经过切换可完成4mV~400V的动态规模。

●信号源负荷

探头有必要吸收部分信号电流,以在示波器输入上构成信号电压,这就会导致在测验点上带来了负荷,或许会改动电路或信号源传送到测验点上的信号。

1X探头一般有1MΩ的电阻,10X探头一般有10MΩ的电阻,在大多数情况下这些值简直不会导致电阻负荷。通常情况下,最忧虑的负荷是探头顶级上的电容导致的负荷,关于低频,这一电容具有十分高的阻抗,影响简直没有,但跟着频率的进步,电容电抗会下降,其成果是负荷会在高频上进步。这种电容负荷影响着丈量体系的带宽和上升时间,经过挑选顶级电容值低的探头,能够使电容负荷到达最小。

●探头的地线

因为地线是一条导线,因而,它有必定的分布式电感。这一电感和探头%&&&&&%相互影响,在L和C值确认的某个频率上会导致振铃,这个振铃是不可防止的,但经过规划探头接地,能够下降振铃的影响。为防止接地问题,应一向运用随探头一同供给的最短的地线,代以其它方法的接地或许会导致被测脉冲上呈现振铃。

※探头补偿

大多数探头是为与特定类型的示波器输入而规划的,可是在示波器之间,乃至是同一台示波器不同的输入通道之间也会略有差异。为在必要时处理这一差异,许多探头特别是衰减探头都带有内置补偿网络。

没有补偿的探头,或许会导致各种丈量差错,特别是在丈量脉冲上升时间和下降时间时尤为显着,为防止这些差错,应在把探头衔接到示波器后当即补偿探头,并常常查看探头补偿成果。

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