原创 示波器探头结构及其使用技巧分析

2020-10-27 16:42 158 1 1 分类: 测试测量

示波器探头对测量结果的准确性以及正确性至关重要,它是连接被测电路与示波器输入端的电子部件。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。

 

1、探头结构

以日常使用较多的LP-16BX探头为例,其典型结构如图1所示,它的一端具有一个挂钩,检测波形时可以钩到电路的元件引脚上,挂钩外有一个护套,内有弹簧。检测时用手将护套拉下,挂钩才露出来。



1探头结构示意图

 

2、接地环和接地夹

探头中间有一个接地环和接地夹,用于与被检测的电路地线相连。使用时如果没有正确接地,就不能正常检测波形。

 

3、衰减转换开关

在探头的尾部有一个衰减转换开关,旋转下部的套筒形旋钮可以进行x1挡或x10挡的选择。在手柄下部标有选择指示,x10挡即表示检测送入的信号被衰减1/10,因此示波器上观测的值要乘以10

 

4BNC型插头

探头通过电缆将信号送到示波器的信号输入端,探头电缆的另一端有一个BNC型插头,在插头的部分有一个校正电容器的调整端。如图2所示。

探头校正电容的位置示意图

 

5、探针

如图3所示,当逆时针旋转挂钩护套,取下护套以后,就可以将挂钩部分卸下来,露出探头的探针。这样,在检测密度很高的电路板时,可用探针点到检测部位,以免与其他元件短路。

探头结构示意图

 

6、在x10挡测量

示波器探头在x10挡具有高阻抗和低电容量的特性,但是输入电压的幅度被衰减为1/10,在测量时注意这个特点,即测量的电压值=示波器灵敏度(V/DIV) × 屏幕幅度 x 10

例如,示波器灵敏度挡为1V/DIV x 屏幕幅度为SDIV x 10,则测量电压值应为50V。注意:在x10挡测量信号波形,必须调整探头上的电容器,使方波的顶部平直。

 

7、在x1挡测量

x1挡测量,实际上就是将被测量信号直接送到示波器而没有衰减。因此,输入电容量比较大,约为250 pF。测量时必须考虑这个因素。


示波器探头的使用

别看一个示波器探头很简单,其实还是很有讲究的。以下是使用示波器探头的一点小经验,供大家使用时参考一下。

首先是带宽,这个通常会在探头上写明,多少MHz。如果探头的带宽不够,示波器的带宽再高也是无用,瓶颈效应。

另外就是探头的阻抗匹配。探头在使用之前应该先对其阻抗匹配部分进行调节。通常在探头的靠近示波器一端有一个可调电容,有一些探头在靠近探针一端也具有可调电容。它们是用来调节示波器探头的阻抗匹配的。

如果阻抗不匹配的话,测量到的波形将会变形。调节示波器探头阻抗匹配的方法如下:首先将示波器的输入选择打在GND上,然后调节Y轴位移旋钮使扫描线出现在示波器的中间。

检查这时的扫描线是否水平(即是否跟示波器的水平中线重合),如果不是,则需要调节水平平衡旋钮(通常模拟示波器有这个调节端子,在小孔中,需要用螺丝刀伸进去调节。

数字示波器不用调节。然后,再将示波器的输入选择打到直流耦合上,并将示波器探头接在示波器的测试信号输出端上(一般示波器都带有这输出端子,通常是1KHz的方波信号),然后调节扫描时间旋钮,使波形能够显示2个周期左右。

调节Y轴增益旋钮, 使波形的峰-峰值在1/2屏幕宽度左右。然后观察方波的上、下两边,看是否水平。如果出现过冲、倾斜等现象,则说明需要调节探头上的匹配电容。用小螺丝刀调节之,直到上下两边的波形都水平,没有过冲为止。当然,可能由于示波器探头质量的问题, 可能调不到完全无失真的效果,这时只能调到最佳效果了。


另外就是示波器上还有一个选择量程的小开关:X10X1。当选择X1档时,信号是没经衰减进入示波器的。而选择X10档时,信号是经过衰减到1/10再到示波器的。

因此,当使用示波器的X10档时,应该将示波器上的读数扩大10(有些示波器,在示波器端可选择X10档,以配合探头使用,这样在示波器端也设置为X10 档后,直接读数即可)。当我们要测量较高电压时,就可以利用探头的X10档功能,将较高电压衰减后进入示波器。

另外,X10档的输入阻抗比X1档要高得多,所以在测试驱动能力较弱的信号波形时,把探头打到X10档可更好的测量。

但要注意,在不确信号电压高低时,也应当先用X10档测一下,确认电压不是过高后再选用正确有量程档测量,养成这样的习惯是很有必要的,不然,哪天万一因为这样损坏了示波器,要后悔就来不及了。

经常有人提问,为什么用示波器看不到晶振引脚上的波形?一个可能的原因就是因为使用的是探头的X1档,这时相当于一个很重的负载(一个示波器探头使用1档具有上百pF的电容)并联在晶振电路中,导致电路停振了。

正确的方法应该是使用探头的X10档。这是使用中应当注意的,即或不停振,也有可能因过度改变振荡条件而看不到真实的波形了。

其实示波器具有什么功能在最大程度上取决于示波器探头的种类,如果你探头是只能探测电子波动的,那你这台示波器就只能够探测电子的活动,或者说你给你的示波器装上了一个磁场探头,那么一些通过磁场发生的物质变化,就能够被你的示波器探测到。


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