一文看懂示波器标配的探头

广州致远电子股份有限公司文库资料©2016GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自ZLG致远电子，转载或引用请注明出处1一文看懂示波器标配探头一文看懂示波器标配的探头示波器标配探头看似简单，却是测量领域的高频问题，而网上的资料又太过零散。此次我们将有关示波器标配探头的内部培训资料公开到微信平台上，大家可以收藏日后自查。本文所述主要针对100M带宽~500M带宽示波器标配的探头，受限于篇幅，本文内容不涉及有源探头。从问题的角度切入，简单回答一下工程师最常问到的一些问题。1、不同品牌的探头可以互相用么？一般分专用接口和通用接口。如果是标准的BNC接口，并且带宽差别不大是可以的，但如果是专用接口（只要它在官网上的接口写的是乱七八糟的英文名字，则一般是专用接口），探头必须和示波器绑定，不同互相用的。Tip：还是不建议买专用接口的探头，对于普通探头而言，一是没必要，因为本来就不需要供电；二是买以后更换示波器无形之中增加了替换成本（探头也要全换掉）。2、同一品牌不同带宽的示波器探头可以互相用么？不能，不同示波器标配的探头即使外形相似，但是带宽可能不同，这也大大影响探头的性能和成本。高带宽示波器的探头在低带宽示波器上无法发挥价值，低带宽示波器的探头也无法充分发挥高带宽示波器的性能。Tip：如ZDS2024Plus示波器标配的探头ZP1025Sa，其带宽最大为250M。而ZDS4054Plus示波器标配的探头ZP1050，其带宽约为600M。如果使用ZP1025Sa连接500M带宽的示波器，则示波器的带宽只能在250M左右。所以，不要在淘宝上随便买一根就行哦，一定要留意探头参数。以ZP1025Sa为例，其具体参数如下：广州致远电子股份有限公司文库资料©2016GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自ZLG致远电子，转载或引用请注明出处2一文看懂示波器标配探头3、为什么有些示波器标配的探头档位可调，有什么分别？一般对于低带宽示波器（如200M带宽）来说标配探头档位可调，X1档和X10档主要有三个区别：衰减区别：X1档位下信号不衰减，X10档位信号衰减为原来的1/10，因此此时需要在对应通道补偿衰减比例带宽区别：X1档位由于没有电容补偿，带宽较小（10M左右），主要针对低频信号测量，而X10档位引入了电容补偿，带宽较大（大于200M）耐压区别：X1档位最多耐压150VRMS，X10档位最多耐压300VRMS4、如果示波器标配探头中没有可调档位，那么衰减比例是多少？一般来说默认X10档位衰减，具体可以留意探头底部的圆形标签，也可以查阅探头包装中的datasheet。Tip：探头包装里面的datasheet还是很重要的，可以拍照之后留在手机/电脑里，很多同学收到货之后马上就扔了。5、示波器标配探头什么时候要调节补偿电容呢？所有的示波器都会设置校准信号输出端子，用于调节补偿电容。如果需要精确测量示波器的幅值，电容是一定要补偿良好的。留意以下三种情况一般需要调节补偿：1、新示波器刚刚开箱时一定要调；2、非标配示波器探头混用时一定要调；3、更换通道时需要重新调。6、如何进行补偿电容调节？首先将探头的信号输出端与接地端连接到示波器前面板的校准信号输出端和接地端。然后将探头衰减档位切换开关拨到×10档；调节示波器，使屏幕上显示2~3个信号周期，并且使得信号幅值占据2至6格的垂直刻度。最后用随探头附带的调节棒调节低频补偿调节孔，直到方波顶部最平坦，此时的探头就是经过低频补偿的。如下图所示。广州致远电子股份有限公司文库资料©2016GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自ZLG致远电子，转载或引用请注明出处3一文看懂示波器标配探头7、示波器标配探头都有哪些配件，具体如何使用？一般有鳄鱼夹、接地弹簧、色环、电容调节棒，这些小配件很有用，也是最考验不同示波器探头品质的。鳄鱼夹：这个不用多说了，最常用、最方便的测量配件。不过这种地线由于过长，环路面积比较大，不适用于测量高频信号，也容易引入干扰。接地弹簧：精细、小巧，电感效应也很小。可以用于高频信号测量、但是测起来不太方便，毕竟真的太小了，而且很容易找不到……Tip：淘宝很多卖得，块八毛就能买一个，也可以自己焊点线上去~广州致远电子股份有限公司文库资料©2016GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自ZLG致远电子，转载或引用请注明出处4一文看懂示波器标配探头色环：用于挂在探头上区分不同通道，特别是使用多通道测量的时候，总是纠结探头和通道如何对应……电容调节棒：这个就是调节电容补偿的时候用的，也可以用小的一字螺丝刀代替。广州致远电子股份有限公司文库资料©2016GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自ZLG致远电子，转载或引用请注明出处5一文看懂示波器标配探头8、示波器探头带宽不同的核心原因是什么？等效电容大小不同，决定探头可测信号频率不同。9、如何理解示波器探头引入的负载效应？探头的本质是负载，测量的本质是加载，这个意识一定要有。每个示波器探头都有其输入阻抗，这个阻抗是特性阻抗，不仅仅是电阻，还包含了电容和电感等。由于探头引入的额外负载，所以探头接入被测电路后，会从信号中汲取能量，实际上就会影响被测电路，最恶劣的后果就是电路本来是正常工作的，引入示波器探头后却不正常了，此时容易得出与事实相反的结论。因此我们在进行分析测量时必须考虑到探头的负载特性及测试电路的阻抗匹配。8、X1档位具体的结构模型是怎样的？探头在×1档位时，信号直接进入示波器，这类探头在测试点处将其自身的电容（包括电缆的电容）与示波器的输入阻抗连在了一起，这就是探头的负载效应。广州致远电子股份有限公司文库资料©2016GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自ZLG致远电子，转载或引用请注明出处6一文看懂示波器标配探头当信号频率升高时，探头的容性负载效应就变得更加显著。x1档位输入电容通常为55±10pF，此时等同于在被测电路上加了一个低阻抗负载，在输入电容为50pF时，若测试10MHz的信号，根据容抗计算公式：Xc(Cp)=1/（2×π×f×C），此时容抗约为318Ω，且x1档时带宽较低，测试出的结果是不准确的。9、X10档位具体的结构模型是怎样的？下图是无源电压探头x10档的原理图，其中，Rp(9MΩ)和C1位于探头尖端内，调节补偿电容C3使得探头和示波器通道RC乘积相匹配，这样就能保证显示出来的波形正常，不会出现过补偿或欠补偿状况。此时示波器输入信号衰减为被测入信号的1/10。对于较高频率的输入信号,容抗对于信号的影响会大于阻抗。例如，探头在x10档时，输入阻抗为10MΩ，输入电容10pF，输入信号的频率为100MHz，此时，探头输入容抗为Xc(Cp)=1/（2×π×f×C）=159Ω，此时容抗远远小于探头阻抗，信号电流更多的会通过输入电容提供的低阻回路，而高阻回路等效为旁路。探头作为测试的第一环节，能否将信号高保真的传输至示波器是能否准确测试分析的重点，所以，在测试的时候，探头是测量的第一步，也是精确测量的基础。