相信读者都接触过示波器。示波器好像电子工程师的“眼睛”,让看不见的电流信号可视化,在日常工作、展示时都非常重要。不过,我发现自己不够了解这个工具,也遇到过粗暴使用示波器的同事,相信还有不少人跟我一样吧。从这一篇开始,整理一下示波器相关的知识。
示波器探头(Probe)
示波器探头是示波器拾取信号的部件。探头内部一个电路,当探头接入被测试电路时,会从被测试电路分走一部分能量,送给示波器处理。
分类
示波器探头分为电压、电流两类。根据探头工作时是否需要另外供电,探头分为无源(Passive)和有源(Active)两类。根据电压参考点的形式,电压探头可分成单端探头和差分探头。电流探头会按照电流量程大小分为小电流探头和大电流探头。
安全标准
作为有接触人体可能性的电路,探头需要符合安全标准。目前业内常见规格是CAT-II 300Vrms,可用于直接测量单相220V电源,适合常见的电子实验室环境。如果用于更高的电压,需要按照对应的标准选择适合的探头、配件等。
等效电路
使用前校准
从等效电路可见,当探头接入被测电路后,会因为电抗特性给真实信号引入延迟和带宽损耗。
解决办法是利用示波器主机自带的校准信号,调节探头的校准旋钮,复现校准信号。
例子:测量信号(绿)与真实信号(黄)之间有延迟。
校准消除了测量信号(绿)与真实信号(黄)之间的延迟。
测量系统的带宽应覆盖被测信号
电路带宽是指电压增益下降达到3dB时对应的频率。
(图来自Ref 2)
示波器本身有带宽限制,探头也有,当示波器和探头一起接入被测电路时,其测量系统的带宽计算公式是:
计算实例:带宽250MHz的示波器配带宽150MHz的探头,测量系统带宽为128.6MHz。
在测量高频信号时,要消除振荡
这个问题我认为100MHz以下的电路遇不到。
高频信号波长短,当传输距离跟波长可以比拟时,如果传输阻抗不连续,那么很容易出现反射引起的振荡现象。
解决思路就两点:进一步缩短传输距离,也就是测量电路的长度。在传输距离不能改善的情况下,调整阻抗,实现阻抗连续。
本文未标明来源的图均来自Ref 1
Ref
1. 7 Common
Oscilloscope Probing Pitfalls to Avoid. KEYSIGHT. 2023
作者: 电子知识打边炉, 来源:面包板社区
链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-4061550.html
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