示波器探头原理

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1、..-示波器探头原理示波器因为有探头的存在而扩展了示波器的应用围，使得示波器可以在线测试和分析被测电子电路，如下列图：图1  示波器探头的作用       探头的选择和使用需要考虑如下两个方面：      其一：因为探头有负载效应，探头会直接影响被测信号和被测电路；      其二：探头是整个示波器测量系统的一局部，会直接影响仪器的信号保真度和测试结果一、探头的负载效应    当探头探测到被测电路后，探头成为了被测电路的一局部。探头的负载效应包括下面3局部：    1.阻性负载效应；    2.容性负载效应；    3.

2、感性负载效应。..word.zl-..-图2  探头的负载效应    阻性负载相当于在被测电路上并联了一个电阻，对被测信号有分压的作用，影响被测信号的幅度和直流偏置。有时，加上探头时，有故障的电路可能变得正常了。一般推荐探头的电阻R>10倍被测源电阻，以维持小于10%的幅度误差。图3   探头的阻性负载    容性负载相当于在被测电路上并联了一个电容，对被测信号有滤波的作用，影响被测信号的上升下降时间，影响传输延迟，影响传输互连通道的带宽。有时，加上探头时，有故障的电路变得正常了，这个电容效应起到了关键的作用。一般推荐使

3、用电容负载尽量小的探头，以减小对被测信号边沿的影响。..word.zl-..-图4   探头的容性负载    感性负载来源于探头地线的电感效应，这地线电感会与容性负载和阻性负载形成谐振，从而使显示的信号上出现振铃。如果显示的信号上出现明显的振铃，需要检查确认是被测信号的真实特征还是由于接地线引起的振铃，检查确认的方法是使用尽量短的接地线。一般推荐使用尽量短的地线，一般地线电感=1nH/mm。图5   探头的感性负载二、探头的类型    示波器探头大的方面可以分为：无源探头和有源探头两大类。无源有源顾名思义就是需不需要给探

4、头供电。    无源探头细分如下：         1...word.zl-..-低阻电阻分压探头；         2. 带补偿的高阻无源探头〔最常用的无源探头〕；         3.高压探头      有源探头细分如下：         1.单端有源探头；         2.差分探头；         3.电流探头    最常用的高阻无源探头和有源探头简单比照方下： 表1  有源探头和无源探头比照      低阻电阻分压探头具备较低的电容负载〔<1pf)，较高的带宽〔>1.5GHz〕，较低的价格，但是电阻负载非常

5、大，一般只有500ohm或1Kohm，所以只适合测试低源阻抗的电路，或只关注时间参数测试的电路。..word.zl-..-图6  低输入电阻探头构造     带补偿的高阻无源探头是最常用的无源探头，一般示波器标配的探头都是此类探头。带补偿的高阻无源探头具备较高的输入电阻〔一般1Mohm以上〕，可调的补偿电容，以匹配示波器的输入，具备较高的动态围，可以测试较大幅度的信号〔几十幅以上〕，价格也较低。但是不知之处是输入电容过大〔一般10pf以上〕，带宽较低〔一般500MHz以〕。图7  常用的无源探头构造     带补偿的高阻

6、无源探头有一个补偿电容，当接上示波器时，一般需要调整电容值〔需要使用探头自带的小螺丝刀来调整，调整时把探头连接到示波器补偿输出测试位置〕，以与示波器输入电容匹配，以消除低频或高频增益。下列图的左边是存在高频或低频增益，调整后的补偿信号显示波形如下列图的右边所示。..word.zl-..-图8  无源探头的补偿    高压探头是带补偿的无源探头的根底上，增大输入电阻，使得衰减加大〔如：100:1或1000:1等)。因为需要使用耐高压的元器件，所以高压探头一般物理尺寸较大。图9   高压探头的构造三、有源探头..word.z

7、l-..-    我们先来观察一下用600MHz无源探头和1.5GHz有源探头测试1ns上升时间阶跃信号的影响。使用脉冲发生器产生一个1ns的阶跃信号，通过测试夹具后，使用SMA电缆直接连接到一个1.5GHz带宽的示波器上，这样示波器上会显示一个波形〔如下列图中的兰色信号〕，把这个波形存为参考波形。然后使用探头点测测试夹具去探测被测信号，通过SMA直连的波形因为受探头负载的影响而变成黄色的波形，探头通道显示的是绿色的波形。然后分别测试上升时间，可以看出无源探头和有源探头对高速信号的影响。图10   无源探头和有源探头对被

8、测信号和测量结果的影响    具体测试结果如下：    使用1165A600MHz无源探头，使用鳄鱼嘴接地线：受探头负载的影响，上升时间变为：1.9ns；探头通道显示的波形存在振铃，上升时间为：1.85ns;    使用1156A1.5GHz有源探头，使用5cm接地线：受探头负载的影响较小，上升时间仍为：1ns；探头