淺談示波器測量中探頭的選擇和使用
發布時間:2010-11-01 來源:與非網
示波器測量的中心議題:
- 波形再現性不理想
- 無法正確觀測波形
示波器測量的解決方案:
- 了解探頭種類和各種探頭之間的差別
- 注意探頭種類的選擇
- 探頭電容測量帶寬
muqian,shuzijiadianjishudegaosufazhanshiyuciduiyingdedianzihuilusuduriyijiakuai,duiguanceboxingxinhaodeshiboqihetantoudeyaoqiuyeyuelaiyuegao,yincishiboqidecaiyangsulvhetantoumonidaikuanyededaolefeisufazhan。danshi,bushaoshiboqizaishijiceliangguochengzhongquechuxianleboxingzaixianxingbulixianghuowufazhengqueguanceboxingdengxianxiang。wentijiujingzainali?yuanyinzaiyusuizhebeicexinhaopinlvdejiakuai,tantoudezhongyaoxingyegengjiatuchu,ruguotantouxingnengbujia,jiukenengdaozhiwufazhengquewanchengceliang,benwenjiangzhongdianjieshaojidiancelianggaosuxinhaoshixuyaozhuyidetantouxuanzeheshiyongwenti。
一、電壓探頭的主要種類
探頭是電壓傳感器的一種,用戶應根據被測對象電壓值、輸出阻抗、電壓頻率選擇相適合的電壓探頭。目前示波器所使用的探頭種類非常多,探頭不同,其輸入阻抗(電阻值、電容值)或huo模mo擬ni帶dai寬kuan也ye有you很hen大da差cha別bie,在zai準zhun備bei測ce量liang之zhi前qian,用yong戶hu需xu要yao充chong分fen了le解jie探tan頭tou種zhong類lei和he各ge種zhong探tan頭tou之zhi間jian的de差cha別bie。一yi般ban在zai高gao頻pin測ce量liang中zhong被bei經jing常chang使shi用yong的de探tan頭tou大da致zhi分fen為wei以yi下xia三san種zhong:

二、高頻測量時需要注意的問題
負荷效應
當探頭與被測量回路相連接,探頭的輸入阻抗將對被測係統產生影響。這種現象稱為負荷效應。例如:在zai測ce量liang反fan饋kui回hui路lu時shi,探tan頭tou阻zu抗kang會hui改gai變bian回hui路lu內nei電dian壓ya相xiang位wei,結jie果guo使shi回hui路lu動dong作zuo發fa生sheng變bian化hua,在zai震zhen動dong回hui路lu中zhong可ke能neng改gai變bian震zhen動dong頻pin率lv,更geng為wei嚴yan重zhong時shi出chu現xian震zhen動dong停ting止zhi等deng情qing況kuang。因yin此ci測ce量liang時shi要yao考kao慮lv到dao探tan頭tou可ke能neng產chan生sheng的de負fu荷he效xiao應ying,特te別bie是shi在zai測ce量liang靜jing電dian容rong量liang等deng敏min感gan電dian路lu時shi,更geng需xu要yao注zhu意yi探tan頭tou種zhong類lei的de選xuan擇ze。
探頭電容測量帶寬
在測量100MHz以上高頻波形成分時,信號源阻抗和探頭電容容量形成低通濾波器,對測量結果產生顯著影響。以50Ω回路為例(圖1),在終端測量信號波形時,信號源的等效阻抗為25Ω(50Ω並聯),這裏因為回路內追加了探頭電容,形成的低通濾波器截止頻率為 fc=1/2πRC。如果使用14pF的無源探頭截止頻率則為 fc=455MHz,輸入容量為0.9pF的截止頻率則為 fc=7GHz。
測量高輸出阻抗回路時,負荷效應會更加明顯,所以推薦使用輸入電容較小的有源探頭/FET探頭。
因電感而產生共振
在使用探頭觀測波形信號時必然用到同軸電纜,yinweitantoushitongguotongzhoudianlanchuanshubeicexinhaodianlanbirancunzaidiangan,diangancunzaijiuhuiyutantoushurudianrongchanshenggongzhen。ruguogongzhenpinlvzaishiboqimonidaikuanyiwaibuhuiduiboxingguancechanshengyingxiang;但如果阻抗或電容較大,發生共振時,示波器可能觀測到被測信號本來沒有的紋波或震鈴。
1~2cm長度電纜的電感值約為10nH,上文介紹三種探頭的共振頻率如表1顯示。

此外,除了探頭輸入端中存在的電感,還需要注意探頭地線中電感所產生的影響。
那麼,使用探頭測量時,如何抑製共振的產生呢?
首(shou)先(xian)在(zai)使(shi)用(yong)示(shi)波(bo)器(qi)確(que)認(ren)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)時(shi),建(jian)議(yi)所(suo)使(shi)用(yong)探(tan)頭(tou)輸(shu)入(ru)端(duan)和(he)地(di)端(duan)盡(jin)量(liang)短(duan)。如(ru)果(guo)對(dui)被(bei)測(ce)信(xin)號(hao)再(zai)現(xian)性(xing)有(you)更(geng)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu),則(ze)需(xu)要(yao)將(jiang)探(tan)頭(tou)輸(shu)入(ru)端(duan)與(yu)被(bei)測(ce)端(duan)直(zhi)接(jie)相(xiang)連(lian),使(shi)用(yong)較(jiao)粗(cu)的(de)銅(tong)線(xian)與(yu)探(tan)頭(tou)地(di)端(duan)相(xiang)連(lian)以(yi)盡(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)地(di)線(xian)電(dian)感(gan)的(de)影(ying)響(xiang),如(ru)果(guo)探(tan)頭(tou)輸(shu)入(ru)端(duan)無(wu)論(lun)如(ru)何(he)無(wu)法(fa)直(zhi)接(jie)連(lian)接(jie)到(dao)被(bei)測(ce)端(duan)時(shi),則(ze)在(zai)探(tan)頭(tou)輸(shu)入(ru)前(qian)端(duan)附(fu)加(jia)50~100Ω的(de)電(dian)阻(zu),以(yi)防(fang)止(zhi)共(gong)振(zhen)產(chan)生(sheng)。在(zai)該(gai)情(qing)況(kuang)下(xia),因(yin)附(fu)加(jia)電(dian)阻(zu),測(ce)量(liang)係(xi)統(tong)模(mo)擬(ni)帶(dai)寬(kuan)將(jiang)被(bei)降(jiang)低(di),以(yi)抑(yi)製(zhi)因(yin)共(gong)振(zhen)而(er)產(chan)生(sheng)的(de)震(zhen)鈴(ling),使(shi)被(bei)測(ce)波(bo)形(xing)接(jie)近(jin)原(yuan)始(shi)波(bo)形(xing)。
電纜特性
yibanzaiceliangshi,tongguotongzhoudianlanjiangbeicexinhaochuanshudaoshiboqi,dianlanyinjuyourouruanxinghegaopintexingmuqianbeiguangfanxuanyong。danshi,zaishijishiyongguochengzhong,jishidianlancunzaihenxiaodewanqu,gaiwanqubufendaodiantiyehuibeisunhuai,shiqidianganzhifashengbianhua,yingxiangdianlandechuandaotexing/反(fan)射(she)特(te)性(xing),以(yi)至(zhi)於(yu)不(bu)能(neng)正(zheng)確(que)觀(guan)測(ce)波(bo)形(xing)的(de)高(gao)頻(pin)成(cheng)分(fen),這(zhe)是(shi)影(ying)響(xiang)高(gao)頻(pin)波(bo)形(xing)觀(guan)測(ce)的(de)一(yi)個(ge)因(yin)素(su),所(suo)以(yi)在(zai)使(shi)用(yong)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)觀(guan)測(ce)時(shi),盡(jin)量(liang)使(shi)電(dian)纜(lan)不(bu)要(yao)彎(wan)曲(qu),才(cai)可(ke)以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)再(zai)現(xian)被(bei)測(ce)波(bo)形(xing)。
觀測高頻信號時,需要選擇合適的探頭,更需要掌握正確使用探頭的方法。希望本文能夠為讀者在高頻測量時提供幫助。
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