曾工 发表于 2022-4-17 17:40:46

了解示波器探头

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部分。
探头的负载效应可分为三类

[*]阻性负载效应,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。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。
[*]容性负载效应,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。一般推荐使用电容负载尽量小的探头,以减小对被测信号边沿的影响。
[*]感性负载效应,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。

探头的选择和使用需要考虑两方面

[*]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。
[*]探头是整个示波器测量系统的一部分,会直接影响仪器的信号保真度和测试结果。

有源探头
单端有源探头、差分探头、电流探头。

单端有源探头
单端有源探头,使用放大器实现阻抗变换的目的。单端有源探头的输入阻抗较高(一般达 100Kohm 以上),而输入电容较小(一般小于 1pf),通过探头放大器后连接到示波器,示波器必须使用 50ohm 输入阻抗。有源探头带宽宽(现在可达 30GHz),而负载小,但是价格相对较高(一般每根探头达到同样带宽示波器价格的 10%左右),动态范围较小,比较脆弱,使用需小心。需要注意,因为超过探头动态范围的信号,不能正确测试,一般动态范围 5V 左右。

电流探头
电流探头也是有源探头,利用霍尔传感器和感应线圈实现直流和交流电流的测量。电流探头把电流信号转换成电压信号,示波器采集电压信号,再显示成电流信号。电流探头可以测试几十毫安到几百安培的电流,使用时需要引出电流线(电流探头是把导线夹在中间进行测试的,不会影响被测电路)。

差分探头
差分探头结构如下图所示,使用差分放大器实现阻抗变换的目的。差分探头的输入阻抗较高(一般达 50Kohm 以上),而输入电容较小(一般小于 1pf),通过差分探头放大器后连接到示波器,示波器必须使用 50ohm 输入阻抗。差分探头带宽非常宽(现在可达 30GHz),负载非常小,具有较高共模抑制比,但是价格相对较高(一般每根探头达到同样带宽示波器价格的 10%左右),动态范围也较小(这个需要注意,因为超过探头动态范围的信号,不能正确测试。一般动态范围 3V 左右),比较脆弱,使用需小心。



差分探头适合测试高速差分信号(测试时不用接地),适合放大器测试,电源测试,适合虚地测试等应用。




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