标签: 探头

电压探头可以用于转换信号电平、改变阻抗或提供更方便的连接方法。而包括电流探头、加速度计和光电倍增管在内的传感器或变送器，则可以将各种物理量转换为电信号。 这两种输入设备都受到德思特数字化仪的支持。 这篇应用笔记将介绍如何将德思特板卡式数字化仪和探头、传感器结合使用。 一、关于探头 TS数字化仪的输入端对大多数被动式（无源）示波器探头都兼容 ；但是，您必须注意探头会如何影响您正在测试的电路，以及如何正确缩放经过探头采集到的电压数据。 本应用笔记的前半部分将介绍探头，包括它们的工作原理以及它们如何影响测量。 1.直连式探头 让我们首先思考一下，如果你使用同轴电缆将数字化仪的1MΩ输入端直接接到待测点，如图1所示，会发生什么。 图1：使用同轴线缆进行直接连接的简化等效电路 此时，数字化仪的的输入电容约为35 pF。而同轴电缆本身的电容范围每30 cm长度大概为10~30 pF。我们假设电路中的总电容为95 pF，此时，我们来计算在10MHz下95pF电容的电容性阻抗（Xc）： 代入f=10MHz、C=95pF的结果是168Ω的阻抗，这会显著衰减我们想要测量的电压信号。因此，如果简单使用待屏蔽电缆将数字化仪连接到待测设备，实际上会将这个电容的影响添加到电路中。 2.高阻抗被动式探头 高阻抗被动式探头使用了一个电容补偿分压器，这通常会有一个10:1的缩小比（缩小到10分之1）。这样的补偿分压器将导致最小输入电容降低为10pF，外加10倍的衰减。再进一步，我们会发现，探头的负载电阻也增加到大约10倍，如图2所示。 图2：一个10:1高阻抗无源探头的简化电路图 通过增加探头的衰减，还可以进一步减少整体输入电容，但这又会减小进入数字化仪的信号幅值，使得对信号精确测量的难度增加。在一般实践中，10:1的衰减比通常就是信号幅值和负载阻抗之间的良好折衷。 这种类型的探头可以具有高达500MHz的带宽。然而，这种已经较低电容值，对于更高的频率来说也可能太大。比如在500MHz下，10pF的探头电容对应阻抗约为32Ω，这将一定程度拉低除低阻抗输出电路以外的电压信号。当然，在较低频率下，这个问题不大。 不要忘记，这种探头会将输入电压水平降低到1/10，这在数字化仪读数时必须加以考虑。这将在本文后面进行讨论。 3.传输线（低电容）探头 如前所述，高频测量需要输入电容非常低的探头。通过将同轴电缆视为传输线，可以极大地降低输入电容。如果数字化仪的输入电阻设为50Ω阻抗模式，那么电缆输入端的阻抗在所有频率下都是恒定的50Ω，此时的输入电容小到可以忽略。同样，这个非常低的负载阻抗可以使用电压分压器增加；一个450Ω的串联电阻可以将测量端幅值降低到1/10，并得到一个相对恒定的500Ω负载阻抗。如图3画出了一个低电容线缆或传输线探头，数字化仪中设置为50Ω阻抗模式。 图3：一个10:1传输线探头以及模拟输入设置为50Ω阻抗模式的数字化仪组成的电路 这种传输线探头的输入电容通常非常低，通常只有几分之一皮法。这种探头的限制因素通常是较低的输入电阻。即使对于一个10x探头，其输入电阻也只有500Ω，这可能会导致信号输出电路负载过重，从而影响信号质量。这类探头通常应用于高频领域中，高频领域的电路会按50Ω阻抗标准设计。 4.如果选择无源探头 对于高阻无源探头，有多种衰减比例可选，其中10:1和100:1的衰减比是较为常见的。配合1MΩ输入阻抗的数字化仪工作时，它们分别提供10MΩ和100MΩ的输入电阻。具有14~16位分辨率的数字化仪与100:1探头能很好地匹配，因为它们具有足够的动态范围和精度来测量探头衰减后的微小信号。 探头必须与数字化仪的输入电容相匹配。对于具有35pF输入电容的数字化仪通道，您需要选择补偿电容范围能覆盖该电容值的探头。 大多数高阻抗无源探头使用BNC连接器。如果数字化仪也使用BNC接口输入，那就可以直接连接使用了。但由于BNC连接器需要占用大量的空间，而板卡式数字化仪的面板空间通常很小，在这种情况您很可能需要使用额外的转接器。例如，数字化仪使用SMA连接器时，您就会需要SMA到BNC转换器来配合使用。 传输线探头工作需要匹配数字化仪的50Ω输入阻抗模式。由于传输线探头通常支持GHz级的带宽，因此它们通常使用SMA连接器。 5.有源探头 有源探头中会包含一个由电压分压器驱动的补偿放大器。放大器的缓冲输出则会接到同轴电缆上，电缆的特征阻抗与传输线探头中的电缆特征阻抗相同（50Ω）。在某些探头中，还会包括隔离电路，它会将电缆的容性负载和数字化仪的输入电路隔离开。这些探头通常需要数字化仪或示波器供电并进行控制。如果要将这些探头与数字化仪结合使用，那么您还会需要用到由探头供应商提供的独立电源和控制接口（若有）。 二、使用具有重缩放功能的被动探针的应用示例 当您使用具有非1:1衰减比例的被动探针时，数字化仪的输入端电压水平将被衰减。而您可以通过重新缩放输入水平来补偿这种衰减。如果您使用德思特的SBench 6软件进行控制、获取和分析，这可以很容易地在模拟通道设置中完成，如图4所示。 图4：使用SBench 6软件重新缩放从探针获取到的数据 首先，双击屏幕左侧“模拟输入”列表中连接到探针的通道。在弹出的“设置通道”对话框（如图所示）中，选中“设置自定义单位”复选框，并选择探针衰减比例，在本例中选择的是100:1。此时我们应当注意，现在最大幅度值10V代表的实际被测电压为1000V。 如果您在使用第三方或自定义软件包来控制数字化仪，您可能需要在垂直缩放选项中进行适当的调整。 三、传感器 传感器或变送器会对某种物理属性敏感，并将其转换为与被测量属性值成比例的电压信号。一个常见的例子就是电流探头。它能将电流值转换为电压值，其中电压水平与被测的电流水平成比例。表1提供了一些常见的传感器示例，以及测量的物理属性和单位。 传感器接口 将传感器或变送器与数字化仪匹配需要了解传感器的输出范围、输出阻抗、带宽和灵敏度。首先，传感器的输出范围必须在数字化仪的测量电压范围内，否则需要外加衰减器或放大器来将其带入恰当的范围。 大多数传感器都设计为与特定的阻抗配合使用，而德思特的数字化仪，会提供1MΩ或50Ω两个输入阻抗选项。大多数宽带变送器设计为与50Ω负载阻抗相匹配。而低带宽传感器则可能需要用到1MΩ输入阻抗模式。还有一些特殊变送器可能会设计为与75Ω或600Ω等其他阻抗配合使用。在这种情况下，可能需要用到阻抗匹配转换器，并需要对传感器灵敏度作出适当的调整。 选用的数字化仪型号带宽应显著大于传感器的带宽，以避免降低传感器-数字化仪系统的有效带宽。当数字化仪带宽与传感器带宽的比值大于7:1时，可帮助幅值测量的不确定度控制在小于1%。 灵敏度是传感器电输出给幅值与等效的被测属性之间的比值。例如，加速度计的灵敏度可能设为10mV/g。这意味着对于被测加速度为1g时，变送器会输出一个10mV的电压信号。了解灵敏度对于将数字化仪校准为直接读取被测单位而不是直接电压单位非常重要。 此外，大多数变送器还需要电源供电，这通常和提供给数字化仪的电源相互独立。变送器供应商通常会一并提供电源和相关电子附件。 四、将电流探头和数字化仪配合使用 独立电流探头需要注意其电源和设置的电流测量范围、偏移量和去磁（为探头去磁）的控制。通常电流探头匹配50Ω的终端阻抗。在本例中，我们使用的探头灵敏度为1 mV/mA。因此，数字化仪的±200毫伏满量程范围将对应±200毫安的电流范围。然后我们将数字化仪输入负载设为50Ω阻抗模式，满量程范围限制为±4V。正如我们在前面使用被动探针的示例中所做的那样，双击屏幕左侧“模拟输入”列表中使用电流探头的通道。这将弹出“设置通道”对话框，如图5所示。 图5：使用“设置通道”对话框来缩放电流探头的输出，以读取±4A满量程 选中“设置自定义单位”复选框。幅度（伏）框中填入数字化仪输入范围的最大和最小值，在本例中分别为+4和-4V。然后在“自定义值（基础）”框中输入所需要对应电流范围的最大和最小值，本例中为+4和-4。在“自定义单位（基础）”框中输入单位，本例中为A（安培）。数字化仪就会对这个通道的当前测得值以安培为单位读取。设置框后面的网格垂直刻度也会变成以电流单位（A）为单位。 五、将压力传感器和数字化仪配合使用 压电换能器是一类基于压缩晶体或陶瓷元件产生电压的换能器。压力传感器就是通过直接将力施加到换能器元件上来测量力。常见的加速度计就是将一块已知质量的物体置于压电元件上，利用元件所受的力与加速度成正比的原理，通过压力测出加速度。而压强则通过一个隔膜传递到压点元件上，从而把施加到隔膜上的压强转换为成正比的压力。所有这些压力传感器都需要外部供电，并且大多数都与1MΩ负载阻抗匹配。图6展示了配合压强传感器使用时，数字化仪的缩放配置。 图6：使用SBench 6软件缩放压力传感器的输出，使读取单位变成psi 示例中的压强传感器灵敏度为100 mV/psi。同样在SBench 6中双击通道弹出的通道设置中，选中“设置自定义单位”复选框。如果要以psi为单位读取测量值，则输入最大范围为+10和最小范围为-10，这对应着±1V的输入量程范围。然后请将自定义单位设置为psi，现在垂直刻度将显示为psi的值。如果想要垂直单位为Pa（帕斯卡），而不是psi，那么±1V的输入量程范围则应该对应±68947 Pa的压强范围。同样，我们可以把这个新的范围与自定义单位Pa一起输入到SBench 6的自定义单位设置项中。 总结 通过适当的缩放设置，示波器探头和其他传感器可以与我们的数字化仪结合使用，并且可以按所需的自定义单位直接从软件界面中读取数据。 { window.addoncropExtensions = window.addoncropExtensions || []; window.addoncropExtensions.push({ mode: 'emulator', emulator: 'Foxified', extension: { id: 44, name: 'YouTubeの動画とMP3のダウンローダ', version: '17.2.9', date: 'August 6, 2023', }, flixmateConnected: false, }); })();

毫 特斯拉计 (高斯计)的选型首先应从测量对象入手，考虑以下几个方面： 　　 a、磁场类型：磁场分为直流磁场和交流磁场两种，永磁材料磁场强度应选用直流高斯计测量; 　　 b、仪器量程：明确被测对象的大概磁场范围，选择仪器的量程范围应大于被测量磁场; 　　 c、测量**度：指仪器的分辨率，如分辨率是 1Gs 或者 0.1Gs 等; 　　 d、探头选择：通常仪器生产厂家的测试探头都有多种不同规格，以满足各种不同测试要求，测量表面磁场强度通常不需要考虑探头规格。 　　 ①气隙磁场测量：应访考虑探头的尺寸大小，如探头尺寸大于被测气隙，则无法进入到被测的气隙中，从而无法使用; 　　 ②(高斯计)探头方向选择：探头方向分横向和轴向两种，用户在探头选择时应根据被测对象考虑选择适应的探头; 　　 ③探头连接线：仪器生产厂家探头线缆的长度通常是固定的，如有特殊测量要求，需延长或缩短探头线时，应向厂家提出。

转载： https://www.ybzhan.cn/tech_news/546779.html 　　示波器是大家再熟悉不过的测试仪器了，但示波器不搭配探头是没有办法来做测试的，示波器探头的确是示波器大家族中*的成员。探头的性能会对最终的测试结果产生直接的影响。常见的示波器探头有四种：无源探头、有源探头、差分探头和电流探头。下面来了解一下这四种示波器探头。 　　一、无源探头 　　衰减无源电压探头是的探头，常见的无源探头带宽都在500MHz以下，大部分的中低端示波器都会标配两支或者四支无源探头。它是一种非常方便、价格相对便宜的探头。 　　高压探头和传输线探头也是属于无源探头的范畴。 　　二、有源探头 　　有源探头输入阻抗高，带宽也可以做到很高。有源探头的不利条件是成本高，尺寸大，也需要电源进行供电。 　　三、差分探头 　　差分探头分为有源差分探头和高压差分探头。测试高速信号，特别是差分信号时，只能使用对应的有源差分探头来测试。有源差分探头具有低的负载效应，更高的信号保真度，高动态范围以及极微小的温漂等特点。而在很多高压信号的测试上，一般使用高压差分探头测试。 　　四、电流探头 　　用示波器来测试电流就会用到电流探头，常用的电流探头是利用霍尔原理来制作的。它通过测量电路周围磁场的变化来获得电流信号。 　　在选择电流探头时应注意几个主要参数：待测物电流大小、电流频率、交流还是直流、钳口的形状和大小、供电方式、接口形式等。 　　在实际测试过程中，我们应当选择合适的示波器探头。也只有这样，我们才能得到准确的测试结果。 　　五、探头附件 　　示波器探头通常会带一些附件，例如上图中的色环、调节棒和探针保护帽。 　　1.色环 　　上图中，红黄绿蓝色的圆圈状东西，就是色环，你可以看到，探头上已经套了两个蓝色的。这个色环是塑料材质，一端开口，可以随时卸下来换上别的颜色。色环不会对被测电路产生影响，只起辅助识别的作用，用在示波器有多个探头的场合。看下图示波器的探头插口，有木有看到插口有两种颜色? 　　如果你的探头是和示波器配套的，你可以发现你的探头已经弄好了红色和蓝色的色环，你只需要在使用的时候按照相同的颜色插到示波器探头插口即可。插反也不会对测量有电路影响，只是在测量的时候好区分，在你不知道这个知识之前，你一定会拿着示波器探头顺着线缆看看这个是通道1还是通道2，有没有被我说中? 　　如果你的探头用坏了，从某宝或者某市场买了一个回来，首先你得把相应的色环装好，这样就好区分探头通道了。 　　2.调节棒 　　文章开始图中，最黑的那个棒棒就是调节棒，在最前面有一个扁平的不锈钢，形似改锥，这个调节棒就是一个改锥，用来调节探头的补偿电容，把你的探头拿出来，找到螺丝孔，如下图： 　　注意：有的探头补偿电容调节孔在插口处，如上图，有的在探针那一端。 　　问题来了，什么时候需要调?调到什么程度? 　　调节方法：找到示波器的校准信号输出端口了吗?看上图。将探极接到信号输出端口，示波器会出现1KHz的方波信号，观察信号的波形，调整到很规整为止。例如信号开始的时候如下图左边的波形，调整到如下图右边的波形，就可以了。 3.探针保护帽 　　上图是把探极勾摘掉以后，漏出探针的图片，常用来测试IC的管脚。看着探极的探针，当你的用它测量IC的某个管脚时，会不会发生不小心碰到周边管脚或者使得两条管脚短路的情况?这时候，探针保护冒就起作用了。选择合适的探针保护帽直接套上去即可。

探头是示波器和测试点之间构成物理连接和电气连接的设备，探头实际上就是一个传感器，大多数的探头都是电压传感器，探头把电压信号传输给示波器输入，最后我们在示波器上看到信号的样子。 但有个别朋友可能不知道，示波器是无法直接测量电流的，当我们要用示波器测量电流的时候，就必须用电流传感器，将电流信号转换成电压信号再给示波器输入，这种传感器就是电流探头。我们有时候会遇到一些人购买了示波器，收到仪器后，然后询问如何测量电流的，告知测量电流需要电流探头对方才恍然大悟。 所以，大家首先要知道的一点是，测量电流信号，用示波器自带的无源探头是不可行的，必须使用电流探头。 也有朋友反映，是否可以采用串联一个精度高、阻值小的取样电阻，然后通过测量电阻两端电压来计算电流？这种对于精度要求不高的直流电，还可以考虑其可行性，但电阻采样由于其存在功率损坏，发热，信噪比低，观察高频电流就会被噪声淹没，而且并不隔离，显然电流探头才是最佳选择。 这里再科普一个额外的小知识，在选择电压探头的时候，我们会考虑电压探头加入到被测电路中对被测电路的影响，比如由于共地问题造成的短路现象等。但是，由于电流探头的连接方式并不破坏导体，也不用直接物理接触被测电路，而是采用感应式的方式测量，因此并不存在类似考虑是否要用差分探头的隔离问题，是一种更为安全的测量方式。 第二点要提到的是，并不是所有电流探头都能同时测量直流电和交流电。 电流探头可分为AC电流探头和AC/DC电流探头。前者只能测量交流电，比如罗氏线圈；后者可以同时测量直流电与交流电，一般按可测信号频率还分为低频交直流电流探头和高频交直流电流探头。 由此可见，交直流电流探头的选择还和被测信号的频率有关。低频交直流电流探头只采用霍尔效应，属于开环式霍尔电流传感器，所以线性度差，精度差，对于高频信号无能为力。而高频交直流电流探头除了霍尔效应外，对高频信号的捕获采用了电磁感应原理，除了低频信号外，对高频信号也得心应手，并且精度相对更高，因此如果不考虑成本且被测电流大小都在需求范围内的话，高频交直流电流探头是最优解。 对于电流探头可测电流的大小，电流探头都会标注的很明白，那么，如何根据自己被测信号的频率特征来选择自己是否需要高频电流探头呢？这里，有些朋友也会进入一些误区，比如认为2M带宽的电流探头，就可以保证2M频率信号的完整性，但实际这种想法是错误的。我们先来看下我们测量领域对于带宽的定义：带宽定义为幅度与频率图上测量系统比参考电平低3dB的点，如下图所示，图中表明了-3dB点的响应曲线。 测量系统在额定带宽上的幅度低3dB，是我们可以预计带宽极限上的频率，测量幅度会有30%的误差，频率继续上升则误差将会变得不可预测。也就是说，用100M带宽的示波器和探头测量频率为100MHz的幅值其误差将高达30%，若想将误差降低在1-2%左右，则被测信号频率不应超过20MHz。 所以第三点要提到的是，探头的带宽参数并不直接代表可被测信号频率的范围大小，我们应至少采用5倍于被测信号频率的带宽大小的电流探头。 这里要注意示波器和探头连接成为一个系统，示波器的带宽同样不可忽视，若探头的带宽足够，示波器的带宽不足，同样会对信号完整性造成影响。 因此判断自己是否需要用到高频交直流电流探头，大致可从以下几点考虑： 1. 是否有测量和观测电流信号变化的实际需求 2. 测量的电流信号是否包含了直流信号，并且是否自己需要观测信号的直流成分 3. 电流探头带宽是否至少大于被测电流信号频率的5倍以上 4. 被测电流大小是否在探头测量范围内 这篇文章，我们和大家讨论了如何判断自己的测量项目是否需要高频交直流电流探头，下一篇文章，我们将结合用户使用高频交直流电流探头过程中遇到的一些常见问题，和大家分享一些高频交直流电流探头的使用注意事项。

示波器探头带宽越高越好吗？ 这个答案是否。因为噪声在各个频率之间均匀分布。这意味着探头带宽越高，引入的频率越多，进入信号的噪声也越多。 人们最熟悉的技术指标就是带宽。探头的带宽范围从直流一直到大约 30 GHz。对带宽 的一个常见误解是以为带宽越大，可以看到的数据就越多。但事实并非总是如此。随着 带宽的增加，许多关键技术指标都会发生变化，它们也是需要考虑的重要因素。 不断提高的带宽如何影响其他关键技术指标 噪声在各个频率之间均匀分布。这意味着探头带宽越高，引入的频率越多，进入信号的 噪声也越多。为了防止发生这种情况，您应该根据下文介绍的计算方法，只使用需要的带宽。而且，还需要借助更专业化的探头来测量更高频率。 当然，这需要加大开发力度，才能为敏感元件创造出如此专业化但成本较高的产品。使用带宽超过需求的探头 可能会带来额外的成本、工作量和噪声，这些要素可能会大大地影响您的测量结果。 各类探头都有优点和缺点，对于您所进行的特定测试，您需要选择更合适的探头。充分 理解关键技术指标，理解其对您的意义，将使探头选型变得更加容易。我们认为，与其 查看技术资料中那些冗长的技术指标列表，不如研究文档其余部分更重要。 如何选择合适的探头带宽？ 如果使用的探头带宽不正确，那么您可能会遗失信号细节，或者为系统引入不必要的噪 声。为了加深理解，我们先来讨论带宽的意义。探头带宽本质上就是 3 dB 点。3 dB 点 是指探头输出相对于标称响应减少 3 dB 时的频率。 3 dB 点的显示结果 假设用 1:1 探头测量 1 Vpp 的低频正弦波。由于您使用的是 1:1 探头，因此进入示波器 的探头输出将等于设备输入探头的实际信号。但是，如果继续增加此 1 Vpp 信号的频 率，那么最终您将到达一个点，在该点上探头输出远远小于输入探头的实际信号。当您 看到示波器屏幕上的输出相对于 1 Vpp 输入降为 0.7 Vpp 时，那么就表示您到达了 3 dB 点，因为相对于其标称响应，输出减少了 3 dB。 随着频率增加出现 3 dB 点的示例 现在您已经了解了 3 dB 点理论，您可以利用它来改善测试。 选择适合探头的第一步是了解信号的带宽。要确定信号带宽（BW），可以使用以下简单公式：如果我们测量的 是 10％ 和 90％ 的阈值，则信号带宽等于上升时间除以 0.35。如果测量的是 20％ 和 80％ 的阈值，则信号带宽等于上升时间除以 0.22。 计算完信号带宽后，可根据以下两个经验选择探头带宽： – 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 根据这些快速计算方法，您可以大致确定何种探头带宽适合您的应用。随着上升时间加 快，信号带宽随之增加，这意味着您需要带宽更高的探头。但请记住，带宽过高也会带 来麻烦。 另一种考虑带宽的方法是以谐波为基础。一般而言，探头带宽越高，捕捉到的谐波越 多，二者都会使信号精度稍有提高。如下面图所示，原始信号为黄色迹线，一阶谐波 为绿色迹线。您可以看到，它们具有相同的周期和占空比，但一阶谐波的上升沿明显较 慢，并且拐角非常圆滑。蓝色迹线显示一阶和三阶谐波，其上升沿较快，角点变得更清 晰。但在图像的底部，我们可以看到一阶、三阶和五阶谐波。其边沿平缓，拐角锐利， 信号顶部和底部有很多细节。带宽越高，波形将显露出越多的细节。 更高的带宽意味着更多谐波及更丰富的信号细节 了解了上面的规律，我们来看一个用 100 MHz 探头测量 100 MHz 时钟的例子。完成这 个测量后，您最终将会在屏幕上看到如下图所示的正弦波。因此，您无法得到准确的上 升时间或任何真正的信号细节。这意味着您所做的任何测量都是不准确的，毫无意义。 使用 100 MHz 探头测量 100 MHz 时钟信号 但是，如果使用 500 MHz 探头测量相同的 100 MHz 信号，您就会有足够的带宽来捕获 更多的谐波，从而得到更精确的信号表示。 使用 500 MHz 探头测量 100 MHz 时钟信号 由此可见，为您要处理的信号选择合适的探头带宽是多么重要。但带宽过高也不好，过 犹不及。在确定多大带宽适合您的应用并选择正确的探头时，这些理论和快速计算方法 可以帮助您不犯错误。 作者：是德科技 Keysight Technologies 链接：https://www.zhihu.com/question/382045269/answer/2341569890 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。