示波器探头对测量的影响

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。


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最大的功率,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,这时能够传送最大功率。


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,此时最好使用低电容的有源探头。


 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。


2018年10月17日

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