示波器探头基础知识

示波器探头基础知识
示波器探头原理---示波器探头工作原理
示波器探头不仅仅是把测试信号判定以示波器输入端的一段导线，而且是测量系统的重要组成部分。

探头有很多种类型号各有其特性，以适应各种不同的专门工作的需要，其中一类称为有源探头，探头内包含有源电子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。

这种探头通常对输入信号进行衰减。

我们将首先集中讨论通用无源探头，说明共主要技术指标以及探头对被测电路和被测信号的影响，接着简单介绍几种专用探头及其附近。

屏蔽
示波器探头的一个重要任务是确保只有希望观测的信号才在示波器上出现，如果我们仅仅使用一普通导线来代替探头，那么它的作用就好象是一根天线，可以从无线电台、荧光灯，电机、50或60Hz的电源的交流声甚至当地业余无线电爱好者那里接收到很多不希望的干扰信号，这类噪声甚至还能注入到被测电路中去所以我们首先需要的是屏蔽的电缆，示波器探头的屏蔽电缆通过探头尖端的接地线和被测电路连接，从而保证了很好的屏蔽。

一．探头构造图：
4. 一个探头，就算它只是简单的一条电线，它也可能是一个很复杂的电路。

a）对于DC 信号( 0 Hz 频率)，探头作为一对导线与一系列电阻，就向一个终端电阻一样。

b) AC 信号的特性变化是因为：电线具有分布电感(L)，电线具有分布电容(C)。

分布电感反作用于AC信号，在信号频率增加时，阻止AC信号通过。

分布电容反作用于AC信号，在信号频率增加时，减小 AC信号电流通过的阻抗。

这些反作用元件(L 和 C )的交互作用，与电阻元件(R)一起，成为随信号频率不同而变化的探头阻抗。

示波器选型（探头技术指标参数的意义）
自从示波器问世以来，它一直是最重要，最常见的电子测试仪器之一，由于电子技术的发展，示波器的功能在不断上升完善，其它性能和价格也是五花八门主，其探头也是从单一到复杂。

一。

频宽
和示波器一们，探头也具有其允许的有限带宽。

如果我们使用一台100MHz 的示波器和一个100MHz的探头，那么它们组合起来的响应就小于100MHz，探头的电容和示波器的输入电容相加，这就减小了系统的带宽，加大了显示的上升时间tr见第一章1.3节上升时间。

使用1.3节的公式
tr(ns)=350/BW(MHz)
如果示波器和探头各自均为100MHz带宽，其上升时间均为tr=3.5ns 。

则有效系统上升时间就由下式给出：
trsystem=sqr(t2rscope+t2rprobe)
=sqr(3.52+3.52)ns
=sqr(24.5)2ns
=4.95ns
根据4.95ns的系统上升时间求得，系统带宽为350/4.95MHz=70.7MHz。

从上述的计算可以看出，探头本身的频宽要比示波器高。

二．示波器探头最大输入电压
多数通用10：1探头的构造使这些探头适合于最大输入电压为峰值400V或500V的情况下使用，所以这些探头可以用于信号电平高达数百伏的广泛的应用场合，对于需要测量更高电压的场面合，我们推荐使用电压额定值更高的100：1探头。

三．FET示波器探头
这是一种可在高频下使用的有源探头，其使用频率可达650MHz。

其输入电容可低达1.4pF，因此特别适合于在具有很高源阻抗的电路中测量快速瞬变，或者其它要求探头负载效应最小的场合。

由于采用有源设计方案，所以FET探头也可用于1：1的情况，仍具有极低的输入电容。

电流示波器探头
顾名思义，使用这种探头时示波器上显示的是导体中的电流而不是其上的电压。

在这种探头的头上装有一个电流感应变压器，使用时只要把探头卡到电缆导线上而无需切断电路，探头获得的信号首先变换成电压，再经过比例变换后送到示波器的端，这时示波器显示的单位为A/格或mA/格。

探头的频率范围可达70MHz以上。

使用电流探头以后，具有数学处理能力的示波器就可以通过将电压波形和电流波形相乘来进行功率的测量。

1.探头使用过程中遇到的问题解决方法及匹配事宜
首先是带宽，这个通常会在探头上写明，多少MHz。

如果探头的带宽不够，示波器的带宽再高也是无用，瓶颈效应。

另外就是探头的阻抗匹配。

一般示波器的输入阻拦是1MΩ300Mhz以上的示波器通常是50Ω，此时只需将DP-25标示值x2即可。

即x20→x40；x50→x100；x200→x400。

探头在使用之前应该先对其阻抗匹配部分进行调节。

通常在探头的靠近示波器一端有一个可调电容，有一些探头在靠近探针一端也具有可调电容。

它们是用来调节示波器探头的阻抗匹配的。

如阻抗不匹配的话，测量到的波形将会变形。

调节示波器探头阻抗匹配的方法如下：首先将示波器的输入选择打GND上，然后调节Y轴位移旋钮使扫描线出现在示波器的中间。

检查这时的扫描线是否水平（即是否跟示波器的水平中线重合），如果不是，则需要调节水平平衡旋钮（通常模拟示波器有这个调节端子，在小孔中，需要用螺丝刀伸进去调节。

数字示波器不用调节）。

然后，再将示波器的输入选择打到直流耦合上，并将示波器探头接在示波器的测试信号输出端上（一般示波器都带有这输出端子，通常
是1KHz的方波信号），然后调节扫描时间旋钮，使波形能够显示2个周期左右。

调节Y轴增益旋钮，使波形的峰-峰值在1/2屏幕宽度左右。

然后观察方波的上、下两边，看是否水平。

如果出现过冲、倾斜等现象，则说明需要调节探头上的匹配电容。

用小螺丝刀调节之，直到上下两边的波形都水平，没有过冲为止。

当然，可能由于示波器探头质量的问题，可能调不到完全无失真的效果，这时只能调到最佳效果了。

另外就是示波器上还有一个选择量程的小开关：X10和X1。

当选择X1档时，信号是没经衰减进入示波器的。

而选择X10档时，信号是经过衰减到1/10再到示波器的。

因此，当使用示波器的X10档时，应该将示波器上的读数扩大10倍（有些示波器，在示波器端可选择X10档，以配合探头使用，这样在示波器端也设置为X10档后，直接读数即可）。

当我们要测量较高电压时，就可以利用探头的X10档功能，将较高电压衰减后进入示波器。

另外，X10档的输入阻抗比X1档要高得多，所以在测试驱动能力较弱的信号波形时，把探头打到X10档可更好的测量。

但要注意，在不确信号电压高低时，也应当先用X10档测一下，确认电压不是过高后再选用正确有量程档测量，养成这样的习惯是很有必要的，不然，哪天万一因为这样损坏了示波器，要后悔就来不及了。

经常有人提问，为什么用示波器看不到晶振引脚上的波形？一个可能的原因就是因为使用的是探头的X1档，这时相当于一个很重的负载（一个示波器探头使用×1档具有上百pF的电容）并联在晶振电路中，导致电路停振了。

正确的方法应该是使用探头的X10档。

这是使用中应当注意的，即或不停振，也有可能因过度改变振荡条件而看不到真实的波形了。

示波器探头在使用时，要保证地线夹子可靠的接了地（被测系统的地，非真正的大地），不然测量时，就会看到一个很大的50Hz的信号，这是因为示波器的地线没连好，而感应到空间中的50Hz工频市电而产生的。

如果你发现示波器上出现了一个幅度很强的50Hz信号（我国市电频率为50Hz，国外有60Hz的），这时你就要注意下看是否是探头的地线没连好。

由于示波器探头经常使用，可能会导致地线断路。

检测方法是：将示波器调节到合适的扫描频率和Y轴增益，然后用手触摸探头中间的探针，这时应该能看到波形，通常是一个50Hz的信号。

如果这时没有波形，可以检查是否是探头中间的信号线是否已经损坏。

然后，将示
波器探头的地线夹子夹到探头的探针（或者是钩子）上，再去用手触摸探头的探针，这时应该看不到刚刚的信号（或者幅度很微弱），这就说明探头的地线是好的，否则地线已经损坏。

通常是连接夹子那条线断路，通常重新焊上即可，必要时可更换，注意连接夹子的地线不要太长，否则容易引入干扰，尤其是在高频小信号环境下。

示波器探头的地线夹子应该要靠近测量点，尤其是测量频率较高、幅度较小的信号时。

因为长长的地线，会形成一个环，它就像一个线圈，会感应到空间的电磁场。

另外系统中的地线中电流较大时，也会在地线上产生压降，所以示波器探头的地线应该连接到靠近被测试点附近的地上。

高压建议使用有源差分探头。

可将任意间的两点浮接信号，转换成对地的信号，以供应示波器、电表、或计算机使用。

差分探头测量的是〝差动信号〞而一般示波器探棒测量的是〝对地信号〞因此当两点间有任一点〝非地〞时，示波探棒就不能使用，如果冒然使用，将有危险发生。