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示波器探头,你了解多少?

发布时间:2014-01-23      点击次数:1026


差分信号是互相参考,而不是参考接地的信号。差分探头可测量浮置器件的信号,实质上它是两个对称的电压探头组成,分别对地段有良好绝缘和较高阻抗。差分探头可以在更宽的频率范围内提供很高的共模抑制比(CMRR)。


2.3 电流探头
从原理上来看,用电压探头测得电压值,除以被测阻抗值,很容易就可以获得电流值。然而,实际上这种测量引入的误差很大,所以一般不采用电压换算电流的方法。电流探头可以测得电流波形,方法是采用电流互感器输入,信号电流磁通经互感变压器变换成电压,再由探头内的放大器放大后送到示波器。


2.3.1 交流电流探头
交流电流在互感器中,随着电流方向的变化,产生电场的变化,并感应出电压。交流电流探头属于无源设备,无需外接供电。


2.3.2 直流电流探头
传统电流探头只能测量交流交流信号,因为稳定的直流电流不能在互感器中感应电流。然而,利用霍尔效应,电流偏流的半导体设备将产生与直流电场对应的电压。所以,直流电流探头是一种有源设备,需要外接供电。


所以电流探头基本上分成两类:即AC电流探头和AC/DC电流探头,AC电流探头通常是无源探头,AC/DC电流探头通常是有源探头。


2.4 逻辑探头
使用示波器观察分析数字波形的模拟特点时,需要用到逻辑探头,为隔离确切地成因,数字设计人员通常需要查看在具体逻辑条件下发生的特定数据脉冲,这要求逻辑触发功能。可以在大多数示波器中增加这种逻辑出发功能。


2.5 其他探头
由于示波器的应用范围十分广泛,所以除了上述的探头类型外还有各种探头,这些专业探头根据其前端传感器的不同而有不同的功用,下面我们介绍其中的两种,仅供读者了解。


光电探头在原理上是普通电压探头与光电转换器件的组合,可直接测量光器件和光纤传输的光信号。
温度探头是普通电压探头与温度传感器的组合,可直接测量物体的温度。温度探头属传感器探头的一种,各种传感器探头与示波器配合可测量多种物理量。


3 示波器探头对测量的影响
3.1 负载效应
所谓负载效应就是在被测电路上接入示波器时,有时示波器的输入电阻会对被测电路产生影响,致使被测电路的信号发生变化。若负载效应的影响很大,就不能准确地进行波形测量。若要减小负载效应,就需要将示波器一端的输入电阻增大。输入电阻越大,输入电容越小,负载效应就越小。
在示波器测量中,另外一种负载效应指的是探头对被测电路的负载效应,为保证测量的准确性,需要减轻探头对被测电路的负载效应,不至影响到被测信号,因此应选择高输入阻抗的探头。探头的输入阻抗可以等效为电阻与电容的并联。低频时(1MHz以下)探头的负载主要是阻抗作用;高频时(10MHz以上)探头的负载主要是容抗作用。为了减轻探头对被测电路的负载作用,应选择高阻抗、低容抗的探头,例如带宽100MHz用的无源探头,它的输入电阻是1~10Ω,输入电容是1~10pF。有源探头的负载作用优于无源探头,频率特性更好。


3.2 阻抗匹配
阻抗是电压和电流之比,在理想情况下,对被测仪器进行测试时不应影响它的正常工作,测量值也应和未接测试仪器时相同。当连接仪器进行测量时,要考虑阻抗对测量准确性的影响,为了保证仪器之间能够传送zui大的功率,阻抗应该匹配。如果阻抗为纯电阻,应使输入阻抗与输出阻抗的值相等。如果阻抗包含电抗成分应使负载的输入阻抗与源的输出阻抗共轭匹配,这时能够传送zui大功率。


阻抗匹配的阻抗值通常和使用的传输线的特性阻抗值一致。对于射频系统,一般采用50Ω阻抗。对于高阻抗仪器,由于等效并联电容的存在,随着频率升高,并联组合阻抗逐渐变小,将对被测电路形式负载。如1MΩ输入阻抗,在频率达到100MHz时,等效阻抗只有100Ω左右。因此,高带宽的示波器一般都采用50Ω输入阻抗,这样可以保证示波器与源端的匹配。但是使用50Ω输入阻抗时,必须考虑到50Ω输入阻抗的负载效应比较明显,此时使用低电容的有源探头。


3.3 电容负荷
随着信号频率或转换速率提高,阻抗的电容成分变成主要因素。结果,电容负荷成为主要问题,特别是电容负荷会影响快速转换波形的上升时间和下降时间及波形中高频成分幅度。


4 示波器探头的主要技术指标
4.1 带宽和上升时间
探头的带宽是指导致探头响应输出幅度下降到70.7%(-3dB)的频率。上升时间是指探头对步进函数10~90%的响应,表明了探头可以从头部到示波器输入传送的快速测量转换。大多数探头,带宽与上升时间乘积接近0.35。在很多情况下,带宽由脉冲上升时间验证来保证zui小失真。


4.2 电容
探头头部电容指标是指探头探针上的电容,是探头等效在被测电路测试点或被测设备上的电容。探头对示波器一端也等效成一个电容,这个电容值应该与示波器电容相匹配。对10×和100×探头,这一电容称为补偿电容,它不同于探头头部电容。下面将继续介绍补偿电容。

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