示波器探頭，你了解多少？
2.2.3 有源差分探頭
差分信號是互相參考，而不是參考接地的信號。差分探頭可測量浮置器件的信號，實質(zhì)上它是兩個對稱的電壓探頭組成，分別對地段有良好絕緣和較高阻抗。差分探頭可以在更寬的頻率范圍內(nèi)提供很高的共模抑制比(CMRR)。
2.3 電流探頭
從原理上來看，用電壓探頭測得電壓值，除以被測阻抗值，很容易就可以獲得電流值。然而，實際上這種測量引入的誤差很大，所以一般不采用電壓換算電流的方法。電流探頭可以精確測得電流波形，方法是采用電流互感器輸入，信號電流磁通經(jīng)互感變壓器變換成電壓，再由探頭內(nèi)的放大器放大后送到示波器。
2.3.1 交流電流探頭
交流電流在互感器中，隨著電流方向的變化，產(chǎn)生電場的變化，并感應(yīng)出電壓。交流電流探頭屬于無源設(shè)備，無需外接供電。
2.3.2 直流電流探頭
傳統(tǒng)電流探頭只能測量交流交流信號，因為穩(wěn)定的直流電流不能在互感器中感應(yīng)電流。然而，利用霍爾效應(yīng)，電流偏流的半導體設(shè)備將產(chǎn)生與直流電場對應(yīng)的電壓。所以，直流電流探頭是一種有源設(shè)備，需要外接供電。
所以電流探頭基本上分成兩類：即AC電流探頭和AC/DC電流探頭，AC電流探頭通常是無源探頭，AC/DC電流探頭通常是有源探頭。
2.4 邏輯探頭
使用示波器觀察分析數(shù)字波形的模擬特點時，需要用到邏輯探頭，為隔離確切地成因，數(shù)字設(shè)計人員通常需要查看在具體邏輯條件下發(fā)生的特定數(shù)據(jù)脈沖，這要求邏輯觸發(fā)功能。可以在大多數(shù)示波器中增加這種邏輯出發(fā)功能。
2.5 其他探頭
由于示波器的應(yīng)用范圍十分廣泛，所以除了上述的探頭類型外還有各種專用探頭，這些專業(yè)探頭根據(jù)其前端傳感器的不同而有不同的功用，下面我們介紹其中的兩種，僅供讀者了解。
光電探頭在原理上是普通電壓探頭與光電轉(zhuǎn)換器件的組合，可直接測量光器件和光纖傳輸?shù)墓庑盘枴?/p>
溫度探頭是普通電壓探頭與溫度傳感器的組合，可直接測量物體的溫度。溫度探頭屬傳感器探頭的一種，各種傳感器探頭與示波器配合可測量多種物理量。
3 示波器探頭對測量的影響
3.1 負載效應(yīng)
所謂負載效應(yīng)就是在被測電路上接入示波器時，有時示波器的輸入電阻會對被測電路產(chǎn)生影響，致使被測電路的信號發(fā)生變化。若負載效應(yīng)的影響很大，就不能準確地進行波形測量。若要減小負載效應(yīng)，就需要將示波器一端的輸入電阻增大。輸入電阻越大，輸入電容越小，負載效應(yīng)就越小。
在示波器測量中，另外一種負載效應(yīng)指的是探頭對被測電路的負載效應(yīng)，為保證測量的準確性，需要減輕探頭對被測電路的負載效應(yīng)，不至影響到被測信號，因此應(yīng)選擇高輸入阻抗的探頭。探頭的輸入阻抗可以等效為電阻與電容的并聯(lián)。低頻時(1MHz以下)探頭的負載主要是阻抗作用;高頻時(10MHz以上)探頭的負載主要是容抗作用。為了減輕探頭對被測電路的負載作用，應(yīng)選擇高阻抗、低容抗的探頭，例如帶寬100MHz用的無源探頭，它的輸入電阻是1~10Ω，輸入電容是1~10pF。有源探頭的負載作用優(yōu)于無源探頭，頻率特性更好。
3.2 阻抗匹配
阻抗是電壓和電流之比，在理想情況下，對被測儀器進行測試時不應(yīng)影響它的正常工作，測量值也應(yīng)和未接測試儀器時相同。當連接儀器進行測量時，要考慮阻抗對測量準確性的影響，為了保證儀器之間能夠傳送最大的功率，阻抗應(yīng)該匹配。如果阻抗為純電阻，應(yīng)使輸入阻抗與輸出阻抗的值相等。如果阻抗包含電抗成分應(yīng)使負載的輸入阻抗與源的輸出阻抗共軛匹配，這時能夠傳送最大功率。
阻抗匹配的阻抗值通常和使用的傳輸線的特性阻抗值一致。對于射頻系統(tǒng)，一般采用50Ω阻抗。對于高阻抗儀器，由于等效并聯(lián)電容的存在，隨著頻率升高，并聯(lián)組合阻抗逐漸變小，將對被測電路形式負載。如1MΩ輸入阻抗，在頻率達到100MHz時，等效阻抗只有100Ω左右。因此，高帶寬的示波器一般都采用50Ω輸入阻抗，這樣可以保證示波器與源端的匹配。但是使用50Ω輸入阻抗時，必須考慮到50Ω輸入阻抗的負載效應(yīng)比較明顯，此時最好使用低電容的有源探頭。
3.3 電容負荷
隨著信號頻率或轉(zhuǎn)換速率提高，阻抗的電容成分變成主要因素。結(jié)果，電容負荷成為主要問題，特別是電容負荷會影響快速轉(zhuǎn)換波形的上升時間和下降時間及波形中高頻成分幅度。
4 示波器探頭的主要技術(shù)指標
4.1 帶寬和上升時間
探頭的帶寬是指導致探頭響應(yīng)輸出幅度下降到70.7%(-3dB)的頻率。上升時間是指探頭對步進函數(shù)10~90%的響應(yīng)，表明了探頭可以從頭部到示波器輸入傳送的快速測量轉(zhuǎn)換。大多數(shù)探頭，帶寬與上升時間乘積接近0.35。在很多情況下，帶寬由脈沖上升時間驗證來保證最小失真。
4.2 電容
探頭頭部電容指標是指探頭探針上的電容，是探頭等效在被測電路測試點或被測設(shè)備上的電容。探頭對示波器一端也等效成一個電容，這個電容值應(yīng)該與示波器電容相匹配。對10×和100×探頭，這一電容稱為補償電容，它不同于探頭頭部電容。下面將繼續(xù)介紹補償電容。
4.3 畸變(Aberration)
畸變是輸入信號預計響應(yīng)或理想響應(yīng)的任何幅度偏差。在實踐中，在快速波形轉(zhuǎn)換之間通常會立即發(fā)生畸變，其表現(xiàn)為所謂的“減幅振蕩”。沒有規(guī)定極限畸變的高頻探頭可以提供使人完全誤解的測量。存在畸變可以說明嚴重失真的帶寬和滾降(roll-off)特性。
編輯：admin 最后修改時間：2018-01-05
