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规划手记:示波器探头原理及品种详解

任何使用过示波器的人都会接触过探头,通常我们说的示波器是用来测电压信号的(也有测光或电流的,都是先通过相应的传感器转成电压量测

  任何运用过示波器的人都会触摸过探头,一般咱们说的示波器是用来测电压信号的(也有测光或电流的,都是先通过相应的传感器转成电压量丈量),探头的首要作用是把被测的电压信号从丈量点引到示波器进行丈量。

  大部分人会比较重视示波器自身的运用,却疏忽了探头的挑选。实践上探头是介于被测信号和示波器之间的中间环节,假如信号在探头处就现已失真了,那么示波器做的再好也没有用。实践上探头的规划要比示波器难得多,因为示波器内部能够做很好的屏蔽,也不需求频频拆开,而探头除了要满意勘探的方便性的要求以外,还要确保至少和示波器相同的带宽,难度要大得多。因而最早高带宽的实时示波器刚出现时是没有相应的探头的,又过了一段时间探头才出来。

  要挑选适宜的探头,首要的一点是要了解探头对测验的影响,这其间包含2部分的意义:1/探头对被测电路的影响;2/探头形成的信号失真。抱负的探头应该是对被测电路没有任何影响,一同对信号没有任何失真的。惋惜的是,没有实在的探头能一同满意这两个条件,一般都需求在这两个参数间做一些折衷。

  为了考量探头对丈量的影响,咱们一般能够把探头模型简略等效为一个R、L、C的模型,把这个模型和咱们的被测电路放在一同剖析。

  

  首要,探头自身有输入电阻。和万用表测电压的原理相同,为了尽或许削减对被测电路的影响,要求探头自身的输入电阻Rprobe要尽或许大。但因为Rprobe不或许做到无穷大,所以就会和被测电路发生分压,实践测到的电压或许不是探头点上之前的实在电压,这在一些电源或放大器电路的测验中会常常遇到。为了防止探头电阻负载形成的影响,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欧姆到几十兆欧姆间。

  其次,探头自身有输入电容。这个电容不是故意做进去的,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。一般高带宽的探头寄生电容都比较小。抱负情况下Cprobe应该为0,可是实践做不到。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。

  再其次,探头输入端还会遭到电感的影响。探头的输入电阻和电容都比较好了解,探头输入端的电感却常常被忽视,尤其是在高频丈量的时分。电感来自于哪里呢?咱们知道有导线就会有电感,探头和被测电路间必定会有一段导线衔接,一同信号的回流还要通过探头的地线。一般1mm探头的地线会有大约1nH的电感,信号和地线越长,电感值越大。探头的寄生电感和寄生电容组成了谐振回路,当电感值太大时,在输入信号的鼓励下就有或许发生高频谐振,形成信号的失真。所以高频测验时需求严格控制信号和地线的长度,不然很简单发生振铃。

  

  在了解探头的结构之前,需求先了解一下示波器输入接口的结构,因为这里是衔接探头的当地,示波器的输入接口电路和探头一起组成了咱们的勘探系统。

  

  大部分的示波器输入接口选用的是BNC或兼容BNC的方式。示波器的输入端有1M欧姆或50欧姆的匹配电阻。示波器的探头品种许多,可是示波器的的匹配永久只要1M欧姆或50欧姆两种挑选,不同品种的探头需求不同的匹配电阻方式。

  从电压丈量的视点来说,为了对被测电路影响小,示波器能够选用1M欧姆的高输入阻抗,可是因为高阻抗电路的带宽很简单遭到寄生%&&&&&%的影响。所以1M欧姆的输入阻抗广泛应用与500M带宽以下的丈量。关于更高频率的丈量,一般选用50欧姆的传输线,所以示波器的50欧姆匹配首要用于高频丈量。

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