示波器探头的基本知识

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第二, 信號源的阻抗
探頭具有輸入阻抗,當它與實際電路連接時, 都是並 聯到測試電路中去,這樣就會改變原電路的性質.通常情況 下, 探頭的輸入阻抗都遠遠高于待測電路,所以我們不考慮 其影響,但是在電源中的某些敏感電路中,當探頭加上去時, 會發現電源不能正常工作.因為已經改變原電路的阻抗或 者引入的輸入電容改變原電路的上升時間. 從上面的例子 中我們可以看到,最好選用高阻抗,低電容的探頭,以最大限 度信號源的探頭負荷.
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第一, 信號的頻率成分. 純正的正弦曲線擁有單一的頻 率,例如1KHz的純正 正弦波就只有1KHz的頻率成分. 但 是如果是1KHz的方波呢? 其頻率成分就比較複雜, 它還 包含很多次的諧波成分,3次,5次,7次…….如果不考慮 這些諧波成分的話,波型就會失真. 所以我們在在選用 探頭時就需要考慮信號的頻率成分帶寬跟探頭帶寬之間 的關係,一般遵行5倍原則,就是探頭的帶寬要比信號基 礎頻率高3~5倍, 才能保證測試的精確性. 另外信號的 上升時間也需要考慮,基本頻率只有100KHz,上升時間為 10nS的方波, 其諧波成分遠比純正的1MHz的正弦波高的 多. 我們現在做的硬開關的switch power supply其內 部波型絕大多數為方波.
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2)無源探頭的地線是同示波器的大地連接在一起的. 示 波器廠商設計該類探頭就只是用于測試以大地為參考點 的信號,不能測試電源一次側的信號.雖然我們的示波器 都是把地線剪掉了的,這就相當于示波器變成了一個浮 地的設備,變得可以測試一次側的信號,但是從準確性,安 全性方面來說都是欠妥的.在我們部門出現過用10X電 壓探棒測試二次側電壓跟100X電壓探棒測試輸入AC電 壓,結果把100X電壓探棒的接地線瞬間燒斷的事故.如果 需要同時監測一次,二次側的信號的情況,一次側請用差 分探棒. 3)探頭在使用的過程中要注意輕拿輕放,因為10X探棒的 接地線比較細,非常容易折斷.
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3)該探頭的量程是 DC15A current 和 50A peak pulse current. 這個量程在我們的測試中很容易突破,所以需要非 常小心.用該探頭測試輸入電流時,一般在正常工作時其電流 是不會超過15A的,但在開機的瞬間,inrush current會遠遠 高于50A, 達到200多A,甚至超過300A. 所以在做這樣的測 試時需要先將探頭取下,待電源工作穩定以後再加入探頭.
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5. 電容: 探頭電容指標是指探針上的電容.這個電容對測 量脈衝有很大的影響. 因為它跟探頭的輸入電阻一起決 定了探頭的上昇時間. 還有示波器的輸入端也是有電容 的,所以探頭的電容與示波器的電容一定要匹配,過補償 欠補償都會造成測量的誤差. 10X和100X的探頭上的調 節旋鈕就調節探頭的電容. 6. 額定最大電壓: 每個探頭都有其額定最大電壓值,在使 用過程中應避免接近甚至超過這個值, 因為容易造成探 頭的損壞.
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7.CMRR(共模抑制比): 這個參數是指差分探頭的一個最重 要的指標. CMRR會隨頻率的提高而下降. CMRR=Ad(差分信號電壓增益)/Ac(共模信號電壓增益)
8. 傳播延遲: 傳播延遲是探頭器件及信號通過這些器件從 探針傳送到示波器連器所需要時間的函數.通常情況傳播延 遲是由於探頭的電纜導致的.
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二. 目前部門的探頭介紹
1. 10X電壓探頭( Tek P5050) 帶寬: 500MHz 10MΩ 輸入電容: 11.1pF 輸入電阻:
最快上升時間:0.8nS 典型延遲時間: 5.5nS 額定最大輸入電壓: 300V 工作溫度範圍: -15 to 55 degree C
4)該探頭的使用溫度範圍是0~50degree C.不能在高于 50度的環境中使用. 在其它部門曾發生電流探頭在chamber 中被烤壞的事故. 5. TCP 305 和TCP 303電流探頭
這兩種探頭的量程都比較大,不過還是需要注意TCP 305的量程.其它注意事項跟TCP 202 差不多.
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示波器探頭的基本知識
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Date: 2006.11.01
目錄 一 二 三 四 探頭的指標 部門探頭基本參數介紹 怎樣選擇探頭 探頭使用注意事項
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一 理解探頭的指標 1. 畸變: 畸變是輸入信號預計響應或者理想響應的任何幅度 偏差. 畸變產生的原因一般有兩個,一是探頭的質量,二是不 合適的探頭補償.在使用探頭的過程可以先測量示波器的 標準方波,檢查是否有畸變發生,排除的方法有檢查探頭的 接地是否良好,探頭的補償是否恰當. 2. 衰減係數: 所有探頭都有一個衰減係數,典型的衰減係數是 1X,10X,100X等. 1X 探頭不會降低或衰減信號. 10X探頭 則會把信號降低到探針幅度的1/10 . 衰減係數可以擴展示 波器的測量範圍.衰減係數越高,探頭的輸入電阻就越大.如 果示波器不能自動識別探頭的衰減係數,需要手動設置.
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4. 50/500X高壓差分探頭(Tek P5205) 帶寬: 100MHz/5MHz 輸入電容: 3.5pF 輸入電阻: 8MΩ 最快上升時間:3.5nS 典型延遲時間: 17nS 額定最大輸入電壓: 50X檔時—130V 500X檔時—1300V CMRR(共模抑制比): >3000:1 操作溫度範圍:0 to 40 degree C 5. 電流探頭( Tek Tcp202) 帶寬: 50MHz 最快上升時間: <7nS 典型延遲時間: 17nS 最小分辨率: 10mA/div 額定最大電流測量範圍: 15A DC + Peak AC Current 50A Peak Pulse Current Page 5 of 10 操作溫度範圍:0 to 50 degree C
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3. 精度: 電壓探頭,精度是指探頭對DC信號的衰減.探 頭精度的計 算和測量一般包括示波器的輸入電 阻. 電流探頭,精度是指電流到電壓轉換的精度. 4. 帶寬: 探頭的帶寬是指探頭響應導致輸出幅度幅度下 降到70.7%(-3dB)的頻率. 所以,用一個帶寬100MHz的 探頭去測試一個頻率為100MHz幅度為1V的信號, 測試 值就只有0.707V,這樣的測試結果是不可以接受的. 對 示波器的測量,真正擔心的是問題是示波器和探頭的綜 合總帶寬. 如果用兩個帶寬都為100MHz的探頭和示波 器綜合使用, 實際上測量系統的帶寬性能要低於 100MHz.
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四 探頭使用注意事項 探頭是比較精密的儀器配件, 在電性上和物理上很多方 面都很脆弱,容易損壞,所以大家在使用的過程中需要非常 小心,請注意以下事項. 1. 10X電壓探頭, 1)確記其最大量程只有300V, 所以在測試主MOSFET 等高壓器件是請不要選用該類探頭.
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2. 10X電壓探頭( Tek P6139) 帶寬: 500MHz 輸入電容: 8pF 輸入電阻: 10MΩ 額定最大輸入電壓: 300V 工作溫度範圍: -15 to 55 degree C 3. 100X電壓探頭(Tek P5100) 帶寬: 250MHz 輸入電容: 2.75pF 輸入電阻: 10MΩ 額定最大輸入電壓: 2500V 工作溫度範圍: -15 to 55 degree C
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4. Tek TCP202 電流探頭 該類探頭的損壞率是相當高的,為什麼呢?因為它對物 理撞擊和超規格使用都非常敏感.使用過程中請注意以下 事項: 1)探頭頭部的感應磁環不能經受撞擊;穿線孔較小,故 只能套入較小的線材.如果線材較大還要強行套入, 也會引 起探頭損壞. 2)探頭與示波器的連接頭非常精密,內部包含轉換電 路,也不能經受撞擊.
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第三, 信號源的幅度(最大,最小值) 信號源的幅度考慮也非常重要, 用很大量程的探 頭來測試小信號,一是精確度 的考慮,二是大才小用, 如果信號源的幅度很大,超 過了探頭的承受能力,就會 損壞探頭. 第四 物理連接考慮因素 1.方便連接 2.安全方面考慮 3.連接線太長會引入干擾
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6.電流探頭( Tek Tcp305) 帶寬: 50MHz 最快上升時間: <7nS 典型延遲時間: 19nS 最小分辨率: 5mA/div 額定最大電流測量範圍: 50A DC 50A Peak Pulse Current 操作溫度範圍:0 to 50 degree C 需要配合TCP A300使用 7.電流探頭( Tek Tcp303) 帶寬: 20MHz 最快上升時間: <7nS 典型延遲時間: 53nS 最小分辨率: 5mA/div 額定最大電流測量範圍: 150A DC 500A Peak Pulse Current 操作溫度範圍:0 to 50 degree C Page 6 of 10 需要配合TCP A300使用 P&C SBG
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2. 100X 電壓探頭 現在我們部門的100X電壓探頭常用于測試一次的主 MOSFET等高壓元件,在這個測試過程中需要非常小心. 一定要先檢查示波器的接地線已經剪掉, 再者就是要注 意不可同時用無源探頭測試一次,二次側的信號. 同10X 電壓探棒一樣, 100X電壓探棒的接地線也很容易折斷. 3. 50X/500X高壓差分探頭 差分探頭的使用注意事項相對少一些,但是輕拿輕 放是一定要做到的. 猛烈撞擊和摔打等都很容易造成損 壞. 差分探頭系統通常包含敏感的器件,過壓可能損壞這 些器件,包括靜電放電.所以差分探頭還要注意ESD防護 喔.差分探頭的操作溫度範圍是0~40 degree C, 在50 degree C的高溫環境中不能使用.
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9. 溫度範圍: 電流探頭對環境溫度非常敏感,溫度升 高,其量程和帶寬都會跟著下降,而且精度也隨之下降. 電壓探頭的測量精度也會隨著溫度變化而變化. 10.上升時間: 探頭的上升時間跟示波器的上升時間 一樣重要,這兩個時間一起決定了測試系統的上升時 間. 我們在做量測時,希望量測系統的上升時比待測時 間快3~5倍.
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三 怎樣選用探頭
1. 了解所要測試的信號源,是選擇探頭的開始. 信號類型: 電壓信號, 電流信號, 邏輯信號, 其它信號 就目前我們做電源而言, 基本上測試的都是電壓信號和 電流信號,因為數字電 路基本都是集成在控制IC內部, 在外部表現出來的也只 是基本的高低電平,所 我們現在也基本用不上數字識別探頭. 信號的特點: 選用某一個探頭去測試一個信號, 對信號 特點的了解非常重要. 我們需要了解那些特點呢?