是德科技官方提供了很多仪器的知识,提一个扎心的问题,你真的懂示波器探头么?说实话有些东西是有些了解,但是算不上懂。针对是德科技的介绍,写一篇文章,梳理一下。

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1、选择示波器探头的带宽

利用信号边沿上升时间估算:

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信号上升时间确定信号有效带宽BW

探头带宽应该比模拟应用中最快的正弦波频率高 3 倍探头带宽应该比数字应用的最高数字时钟速率快 5 倍(数字时钟的第 5 个谐波)

2、需要考虑到示波器探头负载效应

以常用的无源探头结构举例,如下图为其与示波器的连接模型:对于低频或直流电应用,负载由 10 MΩ 电阻控制,在大多数情况下,这不应成为问题。

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10:1 无源探头和示波器负载模型

如果您探测的是 100 MHz 数字时钟信号,此数字时钟的第 5 个谐波将为 500 MHz。在,应计算由此负载模型的 13.5 pF 电容提供的阻抗,这样的阻抗对被测试系统就产生了影响,而且你获得波形大小也是不对的。

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高频时探头的容抗起了作用,整体对地阻抗急剧下降!

另外容性负载也影响了信号的上下升时间和传输延时。有时,加上探头时,有故障的电路变得正常了,这个电容效应起到了关键的作用。

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探头容抗影响时间参数

感性负载来源于探头地线的电感效应,探头地线太长时、地线电感会与容性负载和阻性负载形成谐振,从而使显示的信号上出现振铃。如果显示的信号上出现明显的振铃。

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3、探头的基本原理

10:1 无源探头举例:使用示波器的默认 1 MΩ 输入选择连接到示波器时的 10:1 无源探头的电子模型。主要涉及两个问题:

信号10:1衰减,RC阻抗匹配补偿。使用这一类型类型的探头时,需要将示波器设置为10:1的比率,其根本原因在于,探头9M电阻与示波器1M电阻的分压10倍衰减。第二个问题,调整位于每个探头主体上的可变电容器,可以校准探头,问题来了,为啥非要校准,校准的原理是啥呢?

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示波器探头校准的过程

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那问题又来了,两个RC并联电路,如图Ct与R1并联,Rin与Cin并联,然后分压给了示波器,这个分压是否是恒定的呢?频率在变化,RC并联的阻抗也在变化,分压有差异的话,岂不是有误差?这就引出了探头补偿原理需要满足:

Ct * R1 =Rin *Cin,满足这个要求后,9:1的比率不随信号频率变化而变化。

推导如下:

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RC并联阻抗推导

Ct * R1 =Rin *Cin,满足这个要求后,这个等式后面的设计频率的变量全部去掉。可见满足前面提到的情况。补偿正确的波形,到此完成。

一句话总结:错误的测试方法得到的结论也是错误的,小问题不能轻视啊!