示波器探头的使用

YPIONEER®示波器探头的使用扬中市先锋电子有限公司各种示波器最重要的指标是频率带宽,这通常是指示波器面板输入端在与输入阻抗匹配的情况下测得的性能.被测电路与示波器输入端之间需要通过探头连接,因此探头的频率特性对整体性能有着决定性的影响.如果把示波器比喻为人的躯干,则探头就是四肢。四肢不灵,做事不成。探头分有源探头和无源探头两类,有源的输入阻抗高,但带宽达不到1GHz;无源的阻抗低,但带宽可超过1GHz.无源探头最通用,约占总数的90%,通常提供10:1衰减和10MΩ输入电阻,以便与示波器的1MΩ输入电阻匹配从图1中可见,性能良好的探头有多个RC元件,其衰减比用下面公式计算:Vout/Vin=R2/(R1+R2)正确的补偿条件为:R1C1=R2(C2+C3).在此条件下频率特性最佳,校正用输入方波显示没有失真。带探头的电缆有一根高电阻芯线，用以在高频段衰减瞬时振荡.芯线与电缆屏蔽层以及绝缘层构成分布的RC网络，需要微调电容C1调谐。还要有一个电位器调整衰减比例，把探头校正好可以减小测量误差。在测量快速脉冲时，应按供应商给的说明调整微调电容以改善探头性能。要记住，用户不能补偿1:1探头的大电容(100pF左右)，它是被测电路的负载,限制探头带宽。因此，没有1:1的有源探头。10:1、50Ω探头比使用10:1、1MΩ探头有更大的带宽，前者可达9GHz，而后者只能到500MHz。探头之前必须知道被测电路能否驱动足够的电流给探头，也必须知道高压无源探头能否耐受很大的dV/dt变化率。图2中表示出三种信号，它们的dV/dt变化率都是1000V/μs，尽管波形和幅度不同。如果使用衰减为1：1、带宽是10MHz的探头，会把1μs上升沿的谐波滤掉，也限制了变化率。若要避免限制信号的变化率，被测电路在上升时间内要能供给10mA的电流对探头的100pF输入电容充电。若把探头衰减放在10：1位置上，能把电流减小到2mA，若用100：1探头，其输入电容可小到1.5pF。探头的带宽是固定的，而有源探头的带宽可以扩展覆盖，这是有源探头的优势。有源探头的不利条件是成本高、尺寸大，输入电压和功率有一定的限制，在其前端处有放大电路。现在有的新型示波器，装设有独立的前端放大器。随着探头衰减比较不同，输入电压有所变化。典型的是在1：1和10：1上输入电压为10V或更低。尽管如此，最大的无破坏输入电压可达150V-200V。严格审查有源探头的准确度、温漂、长期稳定度、噪声和线性度等指标，保证探头能承受所加信号，又不致于使示波器指标有所降低，即使示波器有过载发生也能很恢复过来，这是很重要的。在高频段正确使用探头也是很重要的。许多信号源都有一个接地参考点（OV），用无源的或有源的单端探头都能很好地工作。如果信号源的参考点不是OV，就应使用差分测量法，否则会发生短路现象，损坏仪器。要记住，不要把示波器与地隔离开而浮置起来。用单端探头做差分测量是很危险的。通常示波器的输入端与地之间接有10pF或15pF电容.也有少数大型示波器在输入端与地之间接有100pF的电容,若用它做差分测量,由于存在不平衡的容性负载,使信号扭曲。量无零点参考信号时,用差分探头能解决这些问题.用两个探头分别接在示波器的两个通道上,设置示波器显示出两者相减的结果.此两探头应选用匹配好的一对,所谓匹配好实际上是指两探头的电缆要一样长,即对信号的延迟要一样,其输入电容、电阻和衰减也一样。用微调电容可以减小两者的差别。试之前，将两个探头都接到同一个有代表性的信号上，根据示波器上两波形的差别对两探头进行细致地调整，以改善共模抑制。如果观察的是大差分信号的小共模电平，匹配好的探头用起来是很满意的。若是观察小差分信号大共模电平则看不到信号的细致部分。用一个差分探头比用两个单端探头进行测量更能取得最高的准确度，而且只用示波器的一个通道即可，有源差分探头的共模抑制比不需很高。在差分信号较大时，探头的缺点如热影响、长期漂移以及本身产生的噪声就显得不重要了。有源差分探头不允许输入信号有较大的变化率，否则显示的波形模糊不清。好的示波器配上质量好的探头能清楚地显示出波形切换沿的谐波频率如同显示幅度那样（见图2），这有赖于示波器和探头的变化率更大。想要获得尽可能高的准备度和信号的逼真度，且能接受100MHz的带宽，应当考虑使用独立的差分放大器和一对匹配好的探头，这样的搭配能从根本上改善示波器的灵敏度、过载恢复、热漂移和噪声等指标。在有很大共模电压的情况下进行测量，应当使用一个隔离入大器，它有用电池供电的输入部分和从结构上可以分开的输出单元。用这种隔离器能很安全地测量有大共模电压中的快速差分信号。在什么情况下使用探头都需要配上一套附件，才能做出满意的测量。