示波器的探头衰减设置是什么

四种常见的示波器探头介绍

发布時间:   浏览次数:   作者:迈昂科技

      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,示波器探头的確是示波器大家族中不可缺少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我们来跟大家做一些简单介绍。

一、无源探头       衰减无源电压探头是最常用的探头常见的无源探头带宽都在500MHz鉯下,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於无源探头的范畴

      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。

      差分探頭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負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

      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。 在选择电鋶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

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    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。

    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。

    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號被衰减1/10,因此上观测的值要乘以10

    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個校正器的调整端。如图2所示

    如图3左边所示,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,如圖3右边所示这样,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

    示波器探头在x10挡具有高阻抗和低电容量嘚特性,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

    注意:在x10挡测量信号波形必须调整探头上的,使方波的顶部平直

   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

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对于曾经操作过示波器的人而言几乎每个人都使用过一两次示波器探头。有些人的使用体验很好而有些人的感受却不尽如人意,而这可能是他们自身操作的结果本攵将试图澄清有关示波器探头的一些误解和半真半假之言,让用户获得更良好的结果

示波器探头带宽与配合它们使用的示波器带宽采用楿同的方法进行规定,即产品响应的 -3dB 点举例来说,如果使用 100MHz 带宽的探头测量 100MHz 1Vpp 正弦波那么探头输出将显示正弦波 0.7Vpp 的幅度。因此100MHz 的探头並不适合测量 100MHz的信号。常规的经验是使用具有 3 倍至 5 倍时钟频率或数字系统中触发率最快的探头来进行测量。这样就具备了捕获时钟或数芓信号基频的第三或第五谐波的能力使得示波器屏幕上的信号能更准确地表示具有方形边缘的真实信号。另一个有用的规则是BW*Tr=0.35(针对 10-90 Tr)使用此规则可以确定测量给定的上升时间所需的带宽,也可以用于确定具有特定带宽的探头所能测量的最快边缘

2. 只有高带宽测量才需偠有源探头。

有源探头的低负载是它们最常被忽视的优势每当探头与目标发生接触时,探头变成它所测量的电路的一部分探头与电路の间的这种紧密接触效应称为探头负载。负载越大对被测信号带来的探头干扰就越多。探头制造商对探头的输入电阻和电容做出了规定典型的 500MHz 无源探头为并联 10 M?,电感 9.5pf;而典型的 1GHz 有源探头为并联 1 M?电感 1pf。在直流中对于被测电路而言,无源探头看起来像是一个 10M? 的对哋阻抗而有源探头将为 1M?。两者都是非常大的阻抗这意味着在低频率信号上没有明显的影响。在较高频率下探头电容将会对被测电蕗产生不利影响。例如在 75MHz 的频率下,无源探头电容将呈现 150 ? 的对地阻抗而有源探头电容将呈现2.5K? 的对地阻抗。有源探头的较小电容将導致10kHz 以上交流信号含量的负载较无源探头少

3. 所有探头的衰减比均为 10:1。

探头会使被测信号衰减这样呈现给示波器的信号就不会超过示波器的输入范围。较大衰减比如 10:1、50:1、100:1 等用于测量较高的电压,而小衰减比如 2:1 和 1:1适用于较低的电压。测量系统的噪声(示波器噪声加探头噪声)会使得探头衰减比成正比增加在选择探头时,这是一个重要的考虑因素10:1 的无源探头和 1:1 的无源探头都可以用于测量 1Vpp 的典型信号,泹 1:1 的无源探头会带来更有利的信噪比

4. 只需建立稳定的连接即可开始测量

当人们看到探头所含的众多连接附件时,可能会产生这一误解認为只要简单地将它们与探头相连就可以达成测量目标。这些附件旨在为用户提供方便使他们能够简单、快速地进行定性测量,检查电源是否通电或者时钟是否切换定量测量包括上升时间、周期、过冲等等,在进行定量测量时最好要去掉附件,采用尽可能短的连接較长的附件会在探头的信号路径添加电感,大大降低它的带宽同时增加被测电路的探头负载。

这一说法不言而喻但对示波器探头而言,这可能并不确切探头的接地方式会出现错误。探头的接地引线具有电感属性它的阻抗随着频率的增加而增加。探头接地引线越长其电感越大,频率也越低在低频率下阻抗会出现问题。沿着探头的屏蔽向下返回的电流会遇到此阻抗这会使得探头带宽降低,造成可觀察到的信号振铃此外,接地引线越长引线造成的环路越大,它也变成拾取杂散噪声的更大天线最好是始终采用尽可能短的接地连接。

6. 使用电流探头和电压探头测量功率

电流因此,上述观点似乎合理实际上,它的错误在于这个说法不完整。为了使用示波器准确哋测量功率电压探头和电流探头需要进行偏差校正。电压探头和电流探头的电气长度通常不一样这是由电缆长度和设备延迟所造成,使得两个探头的信号在不同的时间到达示波器其结果是,对于像切换模式电源这样的系统而言电压和电流动态变化,导致电压乘以电鋶的乘积不正确对探头进行偏差校正可以去除两个探头之间的信号传输时间差异并纠正错误。关于探头使用的文献将包含这一过程的详細信息它通常需要对已知信号进行探测,例如制造商随同探头一起提供的偏差校正夹具并通过在示波器上调整通道延迟来将其在时间仩对准。许多示波器具有内置的偏差校正操作功能能在探测到校准信号时自动执行时间对准。

7. 使用隔直 / 交流耦合来消除直流

很多时候待分析的有用信号是交流信号,位于相对较大的直流信号顶部测量直流电源的纹波和噪声就是一个常见的例子。“老派”的方法是将一個大电容与探头串联隔离掉直流分量,使信号能够在屏幕上居中并放大用于分析。另一种更好的方法是利用具有“探头偏置”能力的探头如 Keysight N7020A 电源探头。探头偏置位于示波器和探头向探头内注入调零电压之处最好位于探头的大电阻值探针电阻器后方。使用探头偏置的優势是只消除了直流使用隔直时,低频内容也被滤除在直流电源上测量纹波和噪声时,隔直可以滤除低频电源漂移和供电变化探头偏置的另一个优势是,用户调整接入偏置示波器知道消除了多少直流,并能显示此信息以及在运算或自动测量中使用。

8. 不要把示波器探头放在温箱内

曾几何时,这种说法并没有错误但是,现在有多种高温选项提供给用户例如,是德科技提供一系列电压和电流探头可以在温箱内使用,其工作温度范围为 -50° C 到+150° C除了高温能力之外,这些探头还具有更长的电缆这样他们可以温箱内部连接到测试设備所在的温箱外部。

9. 电流探测器在测量“小”电流时不起作用

许多示波器电流探头用户在试图测量小电流(1-50mA)时曾有过不愉快经历,他們发现不同测量的电流探头偏差比被测电流大这是由于多种因素造成的,如穿过探头的引线的位置变化、探头的热漂移、残余磁化强度戓用于测量电流的导线环路中的外部信号

耦合针对非常小的电流(uA 及以下)的测量,有一种新型的电流探头如 KeysightN2820A 高灵敏度电流探头。这種探头没有采用之前的磁场感应方法而是依赖欧姆定律。这种差分电压探头能测量由 1m? 到 1M? 的感应电阻器的电压并在示波器上显示电鋶测量结果。这种方法能消除前文提及的错误源使得用户能够用示波器精确地测量非常小的电流。

10. 驱动示波器的同时不能使用两个探头

囿一份来自探头制造商的产品介绍还没有进行公开这份产品介绍关乎探头支架和探头定位器,因此往往被忽视这些方便的附件可以为鼡户提供协助,使得用户能在探测多个位置的同时操作示波器它们具有不同的复杂性,有些是简单的双脚架与探头相连形成稳定的三腳架,探头成为第三只“脚”;有些是具有多轴、可无限定位的支架位于能对水平目标和垂直目标进行探测的方位。

11. 探测现代高密度目標很难

高密度目标的探测并不像很多用户认为的那么困难探头制造商始终致力于打造新的附件或探头产品线,以期使高密度目标的探测哽为容易他们缩小了新无源探头的直径,使其更容易捕获目标;在某些情况下他们给有源探头增加前灯用来照亮目标。甚至还出现了┅种新型的磁性探头 Keysight N2851A用户可以将一个小探头连接点焊接到目标上,探头与探测部位相连由探头内的小磁铁固定就位。如此一来通过迻动磁铁,探头就可以很容易地从一个位置移动到另一个位置


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