原创示波器探头总结

 2010-8-19 10:53  1949 1 1 分类: 模拟

示波器探头总结

1、分类

示波器的探头按是否需要供电可以分为无源探头和有源探头，按测量的信号类型可以分为电压探头、电流探头、光探头等。所谓的无源探头，是指整个探头都由无源器件构成，包括电阻、电容、电缆等；而有源探头内部一般有放大器，放大器是需要供电的，所以叫有源探头。示波器中高阻无源探头的输入阻抗高，但带宽做不高，低阻无源探头带宽可以做高但输入阻抗不高。

　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。觉的有：P6139A，规格是：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。

大部分的示波器输入接口采用的是BNC或兼容BNC的形式。示波器的输入端有1M欧姆或50欧姆的匹配电阻。示波器的探头种类很多，但是示波器的的匹配永远只有1M欧姆或50欧姆两种选择，不同种类的探头需要不同的匹配电阻形式。由于高阻抗电路的带宽很容易受到寄生电容的影响。所以1M欧姆的输入阻抗广泛应用与500M带宽以下的测量。对于更高频率的测量，通常采用50欧姆的传输线，所以示波器的50欧姆匹配主要用于高频测量。

测试电缆也属于一种探头，比如BNC或SMA电缆，而且这种探头既便宜性能又高。但是使用测试电缆连接时需要在被测电路上也有BNC或SMA的接口，所以应用场合有限，主要用于射频和微波信号测试。对于数字或通用信号的测试，还是需要专门的探头。

2. 探头的选择

要选择合适的探头，首要的一点是要了解探头对测试的影响，这其中包括2部分的含义：1、探头对被测电路的影响；2、探头造成的信号失真。理想的探头应该是对被测电路没有任何影响，同时对信号没有任何失真的。遗憾的是，没有真正的探头能同时满足这两个条件，通常都需要在这两个参数间做一些折衷。

为了考量探头对测量的影响，我们通常可以把探头模型简单等效为一个R、L、C的模型，把这个模型和我们的被测电路放在一起分析。

首先，探头本身有输入电阻。和万用表测电压的原理一样，为了尽可能减少对被测电路的影响，要求探头本身的输入电阻Rprobe要尽可能大。但由于Rprobe不可能做到无穷大，所以就会和被测电路产生分压，实际测到的电压可能不是探头点上之前的真实电压，这在一些电源或放大器电路的测试中会经常遇到。为了避免探头电阻负载造成的影响，一般要求Rprobe要大于Rsource和Rload的10倍以上。大部分探头的输入阻抗在几十k欧姆到几十兆欧姆间。

其次，探头本身有输入电容。这个电容不是刻意做进去的，而是探头的寄生电容。这个寄生电容也是影响探头带宽的最重要因素，因为这个电容会衰减高频成分，把信号的上升沿变缓。通常高带宽的探头寄生电容都比较小。理想情况下Cprobe应该为0，但是实际做不到。一般无源探头的输入电容在10pf至几百pf间，带宽高些的有源探头输入电容一般在0.2pf至几pf间。

再其次，探头输入端还会受到电感的影响。探头的输入电阻和电容都比较好理解，探头输入端的电感却经常被忽视，尤其是在高频测量的时候。电感来自于哪里呢？我们知道有导线就会有电感，探头和被测电路间一定会有一段导线连接，同时信号的回流还要经过探头的地线。通常1mm探头的地线会有大约1nH的电感，信号和地线越长，电感值越大。探头的寄生电感和寄生电容组成了谐振回路，当电感值太大时，在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振，造成信号的失真。所以高频测试时需要严格控制信号和地线的长度，否则很容易产生振铃。

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参考资料

http://www.ebook17.cn/article/sort022/sort015/info-41.html

http://tech.dianyuan.com/article-14-330.html