示波器是电子工程师必不可少的工具之一,它能够将肉眼不可见的电信号转化为可见的图像,将被测量的信号的变化情况显示在屏面上,方便人们进行电路设计及错误定位。在构成示波器的器件当中,探头的重要性自是不必多说,其质量直接关系到示波器测量结果的准确性。

顾名思义,探头起到探测的作用。它是连接被测试电路和示波器输入端的重要媒介。最简单的探头是连接被测电路与电子示波器输入端的一根导线,复杂的探头由阻容元件和有源器件组成。简单的探头没有采取屏蔽措施很容易受到外界电磁场的干扰,而且本身等效电容较大,造成被测电路的负载增加,使被测信号失真。

当使用不合适的探头时,就会对测量的结果产生比较大的影响,大体能够分为两个方面。第一种情况,探头改变了波形的原本形状,所观察到的波形产生偏差。第二种情况,导致示波器运行异常。正常的设备变得无法工作。

探头的选择

要避免这些情况,就要熟悉示波器探头的类型,然后根据实际情况有针对性的选择使用。常用的探头分为多种,无源探头、有源探头、差分探头、电流探头、低电容探头、高压探头等等,下面就对这些探头的适用范围进行介绍,方便大家进行选择。

有源电压探头:一般适用于带宽大于500M Hz,幅度小于正负3伏的单端信号。泰克公司的有源电压探头型号有:P7260、P7240、TAP1500等。一些型号可以测量3dB带宽最高可以达到6G。

无源探头:一般用于测试带宽小于500M Hz的单端信号。它是比较经济的一类探头。比如P6139A,线长是1.3米、带宽500M Hz、系统输入阻抗10M 欧、典型输入电容8pF、最高电压为300 Vrms,补偿范围为8到12 pF。

差分探头:一般用于测试差分信号。分为高带宽和高电压两种。高电压差分探头可以测试高达4400伏的差分信号;高带宽差分探头可以测试带为高达12.5G的高速信号。甚至一些产品可以到达16G Hz。

电流探头:一般利用霍尔效应来测试电流信号。测试范围一般为从DC到2G。幅度由1 mA 到20000A。

低电容探头:这是为匹配而设置的探头。这种探头目前市场型号比较少,最高可以测量带宽9G Hz。

高压探头:适合测试高压信号,最高可以测量达4000伏的电压,可分为单端和差分两种探头。

根据实际经验来看,使用率最高的为无源类探头,高阻无源电压探头所占的比例最大。无源电压探头为不同电压范围提供了各种衰减系数,如1×、10×、100×。在这些无源探头中,10×无源电压探头是最常用的探头。对信号幅度是1V峰值或更低的应用,1×探头可能要比较适合,甚至是必不可少的。在低幅度和中等幅度信号混合(几十毫伏到几十伏)的应用中,可切换1×/10×探头要方便得多。但是,可切换1×/10×探头在本质上是一个产品中的两个不同探头,不仅其衰减系数不同,而且其带宽、上升时间和阻抗(R和C)特点也不同。因此,这些探头不能与示波器的输入完全匹配,不能提供标准10×探头实现的最优性能。

总的来说,使用的最多的还是无源类探头。根据情况的不同,可以选择不同的衰减系数来进行配合。本篇文章偏向基础,说明了示波器探头的重要性,并对探头的种类进行了大致的介绍。在最后,讲解使用最为频繁的无源探头,希望各位新手在阅读过本篇文章之后,能对示波器有更进一步的了解。

 

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2017年09月05日

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