动手不难：学做n-1示波器探头.doc

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1、动手不难：学做n:1示波器探头　　前言　　高频探头价格昂贵，很多小公司通常无力购买。我们还研究了50Ω、1:1无源探头的基本结构，并讨论了可能导致信号失真的传输线效应以及如何补偿这些误差。本文将介绍一个n:1电压探头和一个电流探头的设计和建构。　　50Ω、n:1电压探头　　只要到达示波器的信号不超过输入放大器可处理的范围，基本的1:1无源探头就非常有用。虽然许多商用无源探头可以1:1和10:1双模式工作，但有时10:1的衰减也还不够。例如，将交流电源电压连接到10:1探头就会损坏示波器，所以常常需要1000:1的探头。对其它应用，则可能需要不同的衰减比。　　要求：为》1GHz的示波器打造一款

2、50Ω探头，以测量110VAC到220VAC、300W功率因数校正电路的功率信号。　　最大电压：+400VDC加上任何尖峰电压。　　被测器件：　　●D3超结MOSFET，部件号：D3S340N65B-U（VDSS=650V，ID=12A，RDS（on）=360mΩ（标称），动手不难：学做n:1示波器探头　　前言　　高频探头价格昂贵，很多小公司通常无力购买。我们还研究了50Ω、1:1无源探头的基本结构，并讨论了可能导致信号失真的传输线效应以及如何补偿这些误差。本文将介绍一个n:1电压探头和一个电流探头的设计和建构。　　50Ω、n:1电压探头　　只要到达示波器的信号不超过输入放大器可处理的范围，

3、基本的1:1无源探头就非常有用。虽然许多商用无源探头可以1:1和10:1双模式工作，但有时10:1的衰减也还不够。例如，将交流电源电压连接到10:1探头就会损坏示波器，所以常常需要1000:1的探头。对其它应用，则可能需要不同的衰减比。　　要求：为》1GHz的示波器打造一款50Ω探头，以测量110VAC到220VAC、300W功率因数校正电路的功率信号。　　最大电压：+400VDC加上任何尖峰电压。　　被测器件：　　●D3超结MOSFET，部件号：D3S340N65B-U（VDSS=650V，ID=12A，RDS（on）=360mΩ（标称），tf》6.5ns）●CREESiC肖特基整流器，部

4、件号：C3D04060A（600V，7.5A）　　步骤：　　切下一段长约5英寸（12.5cm）的RG174（50Ω）电缆。最好是一端已有BNC连接器；　　从电缆上剥去0.5英寸（12mm）的绝缘护层。切开绝缘护层的屏蔽层。剥去0.25英寸（6mm）的中心导体绝缘层；　　从直径0.5英寸的黄铜管切下0.5英寸（12mm），去掉切口毛刺；　　探头将承受的最大电压为400VDC。查看电容的VMAX额定值。要求的显示电压为100mV/格（1000:1），即50Ω示波器终端电阻上的电压为100mV。通过尖端检测电阻的电流（IS）为：　　　　检测电阻的值是：　　　　5.检查检测电阻的功耗：　　　　注意：

5、该功耗在单个¼W电阻的额定功率范围内，但电阻会变热。我将两个100kΩ、¼W电阻并联使用。　　6.如图1所示组装电缆的检测端。　　　　图1：1000:1、50Ω电压探头使用两个100kΩ电阻并联，比使用单个50kΩ电阻的功率耗散能力增加了一倍。　　高频电流探头　　市面上常见的电流探头带宽从60MHz到120MHz不等。查看高频电流波形对估算高频半导体开关内的开关损耗很重要。因此，你可能需要带宽更高的电流探头。图2是一个电流探头的示例。　　　　图2：高频电流探头使用螺旋线圈来捕获导线中电流产生的磁场。　　图2中的电流探头本质上是个具有较高漏电流的¼匝初级、1:n正向模式互感器。由于初级不是理想

6、的单匝，其准确性将在最终的校准中确定。次级线圈均匀地排布在螺旋线圈磁芯周围。　　终端电阻必须紧靠绕线螺旋线圈放置。这样做可以使同轴电缆的传输线效应最小，避免成为示波器输入信号的有效部分。终端电阻可防止大信号电流进入电缆。示波器终端应设为1MΩ。　　电流是通过电路支路测量的，阻抗应非常低。电流探头的反射阻抗（插入阻抗）应尽可能低（低Rt），且仍能为示波器输入提供所需的幅度。　　次级绕组上感应的电流是：　　　　要将此电流转换为示波器上显示的电压，必须在次级绕组上放置一个电阻，该电阻可以是任何值，但电阻值越高，初级目标电路的反电动势就越大。反电动势表现为与目标电流路径串联的额外压降，它会影响初级电

7、流，从而影响其测量精度。初级电流测量误差与次级电阻值成正比。　　通常由电流探头观测到的AC电流范围可从100A（1kW电源）低至mA（栅极驱动电路）水平。一个电流探头无法满足上述范围要求且仍处在示波器输入的输入动态范围内，因此需要使用多个电流探头，它们针对高频开关电源内的不同电流水平具有不同的匝数比。匝数比不是固定不变的，常见的比率是：　　●25:1（10A–20A）●50:1（1A–10A）●100:1（0