示波器探头的基本知识
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。
示波器及探头使用
示波器及探头使用公司目前使用的示波器以数字示波器为主，分为两类，一类是福禄克（FLUKE）数字示波器，另一类是泰克（Tektronix ）,另外还有一台建伍（KENWO0D）模拟示波器。
示波器在生产和研发中都是非常重要的一种仪器，而且也是非常昂贵的一种仪器，所以正确使用示波器不仅能提高工作效率，也能减小对示波器的不合理损耗。
一、示波器基础知识♦什么叫示波器？示波器本质上是一种图形显示设备，它描绘电信号的图形曲线。
在大多数应用中，呈现的图形能够表明信号随时间的变化过程：垂直（Y）轴表示电压，水平（X）轴表示时间。
有时称亮度为Z轴。
这一简单的图形能够说明信号的许多特性，例如：信号的时间和电压值振荡信号的频率信号所代表电路的“变化部分” 信号的特定部分相对于其他部分的发生频率是否存在故障部件使信号产生失真信号的直流值（DC）和交流值（AC）信号的噪声值和噪声是否随时间变化。
♦波形测量频率和周期不断重复的信号具有频率特性。
频率的单位是赫兹（Hz）,表示一秒时间内信号重复的次数。
成为周期每秒。
重复信号也具有周期特性，即信号完成一个循环所需要的时间量。
周期和频率互为倒数关系，即1/ 周期等于频率，同理1/ 频率等于周期。
电压电压是电路两点间的电势能或信号强度。
有时把地线或零电压作为参考点。
如果测量的是波形从最高峰值到最低峰值的电压值，则称为电压的峰值- 峰值。
幅度幅度是指电路两点间电压量。
幅度通常指被测信号以地或零电压为参考时的最大电压。
其他有些示波器还提供了测量相位、占空比、延时、上升时间等的功能。
♦示波器的分类模拟示波器本质上，模拟示波器工作方式是直接测量信号电压，并通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。
示波器屏幕通常是阴极射线管（CRT。
电子束投到荧幕的某处，屏幕后面总会有明亮的荧光物质。
当电子束水平扫过显示器时，信号的电压是电子束发生上下偏转，跟踪波形直接反映到屏幕上。
在屏幕同一位置电子束投射频度越大，显示得也越亮。
示波器高压探头原理
示波器高压探头原理
示波器高压探头是一种常见的电子测量仪器，用于测量高压电路中的电压信号。
它的工作原理主要包括信号采集部分、信号传输部分和信号处理部分。
示波器高压探头的信号采集部分通常由电容、限流电阻和电阻组成。
其中，电容作为信号的采集元件，能够将高压信号转化为电流信号；限流电阻能够限制电流的流动，保护示波器高压探头不被过大的电流损坏；电阻用于与信号接地，形成信号回路。
信号采集部分与示波器主机相连，通过信号传输部分将采集到的信号传输给示波器主机进行处理。
信号传输部分主要由特殊材料制成的电缆组成，该电缆能够承受高压电场的作用，同时能够将采集到的信号准确地传输到示波器主机。
在传输过程中，需要注意信号传输的阻抗匹配，确保信号的准确传输。
信号处理部分是示波器高压探头的核心部分，它有助于处理采集到的信号，使其能够在示波器屏幕上显示出来。
信号处理部分主要包括信号放大、滤波和保护等功能。
示波器高压探头将采集到的小电流信号转化为示波器能够处理的较大电压信号，以便在示波器屏幕上显示出来。
同时，示波器高压探头还能够对信号进行滤波，去除掉一些噪声，使得信号更加清晰。
另外，为了保护示波器高压探头和示波器主机，通常会在信号处理部分添加过压保护电路。
通过上述工作原理，示波器高压探头能够准确地采集高压电路中的电压信号，并
将其传输给示波器主机进行处理和显示。
示波器高压探头广泛应用于电力系统、电子设备、通讯系统等领域，为工程师和技术人员提供了便捷和可靠的电压测量手段。
示波器探头
示波器探头1. 简介示波器探头（也称为测量探头）是示波器电子设备中的一个重要组成部分，用于连接被测电路和示波器，将电路上的信号转换为示波器可以显示和分析的电压波形。
探头的设计与性能直接影响着示波器的测量准确性和灵敏度。
本文将介绍示波器探头的基本原理、结构和使用方法，并介绍一些常见的示波器探头类型及其特点。
2. 基本原理示波器探头的基本原理是通过在被测电路上插入一个高阻抗的输入电路，将电路上的信号采集到探头中，并通过电缆传输到示波器输入端。
探头在信号采集过程中应尽量不改变被测电路的特性，避免对被测电路造成影响。
为了满足高阻抗和低串扰的要求，示波器探头通常采用共模抑制和差模传输技术。
共模抑制可以抑制干扰信号对被测信号的影响，而差模传输可以将两个相等但反向的信号进行差分处理，提高信号的传输质量。
3. 结构和类型示波器探头的结构通常包括探头头部、探头主体和连接线。
探头头部是用于与被测电路接触的部分，需要具有良好的接触性能和适配不同电路的能力。
探头主体包含信号采集电路和阻抗转换电路，用于将被测信号转换为示波器可以接收的电压波形。
连接线负责将采集到的信号传输到示波器输入端。
根据不同的应用场景和测量需求，示波器探头可以分为以下几种常见类型：3.1 被动探头被动探头是最常用的示波器探头类型之一，也是最基本的探头类型。
它采用被动元件（如电阻、电容和电感等）作为信号采集电路，主要用于测量幅值较小的低频信号。
被动探头具有简单、易用和低成本的特点，但在高频和大幅值信号测量时，性能可能会受到限制。
3.2 主动探头主动探头是专门用于测量高频和大幅值信号的示波器探头。
它通过在探头主体中增加放大器电路，将被测信号放大后再传输到示波器输入端。
主动探头具有较高的输入阻抗和增益，可以在保持信号完整性的同时提高测量精度和灵敏度。
3.3 差分探头差分探头是用于测量差分信号的示波器探头。
它通常由两个采样通道和一个差分放大器组成，将两个信号进行差分放大后传输到示波器输入端。
示波器无源探头的原理
示波器无源探头（Passive Oscilloscope Probe）是一种不需要外部电源即可工作的示波器探头。
它的原理是基于阻抗变换和信号耦合，以适应示波器输入端的要求。
无源探头通常由探头本体、耦合电容、输入阻抗变换网络（通常是一个有源元件，如运算放大器）和终端电阻组成。
以下是示波器无源探头的基本工作原理：
1. 耦合电容：无源探头的输入端通常接有一个耦合电容，用于阻止直流分量通过探头进入示波器，这样可以保护示波器的电子元件不受直流电压的影响。
同时，耦合电容允许交流信号通过。
2. 输入阻抗变换网络：示波器的输入阻抗通常很高，以减少对被测电路的影响。
无源探头内部的输入阻抗变换网络可以将探头侧的较低阻抗转换为示波器输入所需的高阻抗。
这通常通过使用运算放大器和其他电阻元件来实现。
3. 终端电阻：无源探头的输出端接有一个终端电阻，这个电阻的值通常与示波器的输入阻抗相匹配，以确保信号在传输过程中不会因为阻抗不匹配而衰减。
4. 信号耦合：探头的本体通常由导电材料制成，可以用来耦合被测电路的信号。
由于探头本身不提供电源，它不会对被测电路产生影响，这使得无源探头非常适合用于测量敏感电路。
无源探头的优点是不需要外部电源，使用方便，且对被测电路的影响较小。
然而，无源探头的带宽通常有限，对于高速信号的测量可能不够理想。
在需要更高带宽和更精确测量的情况下，可能需要使用有源探头（Active Probe），有源探头内部包含有源电子元件，可以提供更宽的带宽和更好的性能。
示波器探头基础知识培训
TekProbeTM 探头接口
TekProbeTM 探头接口
基于BNC的探头接口形式 泰克在80年代中期发明 提供有源探头的供电 提供探头倍率的自动识别 提供探头类型的自动识别 提供工程单位的显示 理论上最好的BNC系统的带宽是4GHz
C2 = low frequency compensation. Scope input C varies.
系统的带宽
系统的上升时间 tr(10%~90%) tr(System)=√tr(scope)2+tr(probe)2
系统的带宽
BW(-3dB)
1
BW(SYSTEM)=
√(1
)2 + ( 1
f0 =
1
2 p (RC||RP)(CC+CP)
NOTE: Vcc is an AC Ground
探头对被测点的影响
例如：Rc＝10K Re＝10 Cc= 100pF
Rp＝1M Cp=20pF
原电路增益和截止频率： 增益＝ 1000 截止频率 ＝ 1/2 *p*10k *100pF=160KHz
等效阻抗
标准附件
与各种电路连接的附件
探头附件
泰克的无源探头家族
1X无源探头 － P6101B 通用无源探头－10X，1 MΩ 输入阻抗
P3010 • P6103B • P6109B • P6111B • P6112 • P6114B • P6117 高性能无源探头－ 10X读出，10 MΩ 输入阻抗
探测小尺寸电路
当今的小 尺寸/表面 贴封电路 已经非常 普及
各种探头附件应 对小尺寸电路
各种探头附件应对小尺寸电路
无源探头选型考虑的因素
示波器探头知识
示波器被誉为“电子工程师的眼睛”，作为示波器不可缺少的组成部分，示波器探头的参数直接影响到测试结果的准确性及正确性，因此，能否正确选取合适的示波器探头直接关系到测试工作的成败，作为一名电子工程师，我们必须知道各种示波器探头的特点、原理及适用场合。
示波器探头的种类有很多，大体上可以分为电压、电流、逻辑等几大类，如下图所示：♦电压探头理想中的电压探头没有负载效应，不会对测量造成任何影响，同时对信号没有任何失真。
理想探头具备如下特征：1).输入电阻无限大；2).输入电容为0；3).带宽无限大；4).动态范围无线大；5).1:1衰减；6).无延迟；7).无相位偏移；8).机械结构适合测量应用。
在实际中，这种理想探头是不存在的。
为了说明探头对测量的影响，我们可以把探头模型简单等效为一个R、L、C电路，把这个模型与被测电路放在一起，如下图所示：如上图所示，Rprobe是探头的输入电阻，为了尽可能减少探头对被测电路的影响，要求探头本身的输入电阻Rprobe越大越好，但是Rprobe是不可能做到无穷大的，所以就会和被测电路产生分压，使得实测电压比实际电压小。
为了避免探头电阻负载造成的影响，一般要求Rprobe要大于Rsource和Rload的10倍以上。
大部分探头的输入阻抗在几十K欧姆到几十兆欧姆之间。
Cprobe是探头本身的输入电容。
这个电容不是刻意做进去的，而是探头的寄生电容。
这个寄生电容也是影响探头带宽的最重要因素，因为这个电容会衰减高频成分，把信号的上升沿变缓。
通常高带宽的探头寄生电容都比较小。
理想情况下Cprobe 应该为0，但是实际做不到。
一般无源探头的输入电容在10pf 至几百pf 间，带宽高些的有源探头输入电容一般在0.2pf 至几pf 间。
Lprobe是探头导线的寄生电感，通常1mm 探头的地线会有大约1nH 的电感，信号和地线越长，电感值越大。
探头的寄生电感和寄生电容组成了谐振回路，当电感值太大时，在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振，造成信号的失真。
探头知多少？
探头知多少？探头知多少？探头是工程师日常必备工具，它被用来衔接和探测被测器件，对于测试、测量至关重要。
而面向不同应用需求，不同品牌探头，在挑选探头与用法探头办法上往往存在着无数问题，那么工程师们关于探头的诸多问号该如何解决呢？一、什么是探头？探头是把信号源衔接到示波器输入上的某类设备或网络。
不管探头事实上是什么，它必需在信号源和示波器输入之间提供足够便利优质的衔接。
探头是示波器与被测物的桥梁，没有这座桥梁，示波器就无法读取被测物的信息。
二、为什么有这么多探头?可供挑选的示波器型号和功能十分广泛，只是市场上浮现大量探头的基本缘由之一。
不同的示波器要求不同的探头。
400 MHz示波器要求支持400 MHz带宽的探头。
但是，许多功能和成本相同的探头会争夺100 MHz示波器，因此，必需设计一套不同的探头，来支持100 MHz的带宽。
普通来说，应尽可能挑选与示波器的带宽相匹配的探头。
三、到底怎么选探头？因为广泛的示波器测量应用和需求，市场上可供挑选的示波器探头无数，因此探头挑选过程很简单引起混淆。
为削减大量的混淆及缩小挑选过程，应向来遵守示波器创造商的探头建议，这一点十分重要，由于不同的示波器是为不同的带宽、升高时光、敏捷度和输入阻抗考虑因素而设计的。
全面利用示波器的测量功能要求探头要与示波器的设计考虑因素相匹配。
四、探头对测量有何影响?为获得信号的示波器显示，必需把信号的某个部分转换成示波器的输入，其中测试点(TP) 后面的电路用法信号源Es和相关电路阻抗Zs1和Zs2表示，这是Es上的正常负荷。
在示波器衔接到测试点上时，探头阻抗Zp和示波器输入阻抗Zi成为信号源上负荷的一部分。
按照阻抗的相对值，在测试点中增强探头和示波器导致各种负荷效应。
五、探头指标有哪些？畸变（通用指标）、精度（通用指标）、安培秒乘积（探头）、衰减系数（通用指标）、带宽（通用指标）、（通用指标）、CMRR（差分探头）、衰退时光常数（电流探头）、直流（电流探头）、频率电流额定值下降（电流探头）、升高时光（通用指标）、第1页共2页。
2024年度示波器探头基础入门指南(上)
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示波器探头使用注意事项
2024/3/24
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正确连接示波器与探头
确保示波器与探头之间的接口匹配，避免使用不合适的 转接器或适配器。
将探头的接地夹连接到被测电路的接地端，确保测量的 准确性和安全性。
在连接探头前，确保示波器和探头均已关闭电源，以防 止电气冲击。
拧紧探头与示波器之间的连接螺丝，确保接触良好，避 免信号失真或噪声干扰。
2024/3/24
1. 提取电路中的信号
3. 提供适当的阻抗匹配，以减小 信号失真和反射
4
种类与特点
种类
1. 无源探头
2. 有源探头
2024/3/24
5
种类与特点
3. 差分探头
4. 电流探头
特点
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种类与特点
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02
03
04
无源探头
简单、低成本，但带宽和负载 效应有限。
有源探头
带宽限制
探头的带宽是指其能够准确传输信号的最高频率。在选择探头时，需要根据被测信号的频 率范围选择合适的带宽，以确保信号的准确传输。
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探头对地电容影响
对地电容的定义
探头对地电容是指探头与地之间的等效电容。这个电容会对被测电路产生影响，尤其是在高频信号测量中。
2024/3/24
对地电容的影响
对地电容会与被测电路中的其他元件形成谐振回路，导致信号失真或产生振荡。此外，对地电容还会引入额外的噪声 和干扰，影响测量结果的准确性。
频率响应
频率响应描述了探头在不同频率下的 幅度和相位特性。理想的探头应具有 平坦的频率响应，即在不同频率下具 有相同的幅度和相位特性。
2024/3/24
示波器电压探头原理
示波器电压探头原理示波器是一种用于测量电信号波形的仪器，而电压探头是示波器的重要组成部分。
电压探头的作用是将被测电路的电压转换为示波器可以测量的电压信号，并保持信号的准确性和稳定性。
本文将介绍示波器电压探头的原理及其工作方式。
一、电压探头的基本原理电压探头的基本原理是利用高阻抗输入电路来测量电路中的电压信号。
通常情况下，电压探头由一个内部电阻和一个电容组成。
电阻用于限制电流的流动，电容则用于对电压进行滤波。
当电压探头连接到被测电路上时，内部电阻和电容将与被测电路并联。
由于电压探头的输入阻抗很高，可以忽略不计，因此它不会对被测电路造成影响。
同时，电容的作用是对电压信号进行滤波，以提供稳定的测量结果。
二、电压探头的工作方式电压探头的工作方式可以分为两个步骤：信号传递和信号调节。
1. 信号传递在信号传递过程中，电压探头将被测电路的电压信号传递给示波器。
当电压探头连接到被测电路上时，探头的输入端将接收到电压信号。
由于电压探头的高阻抗输入电路，这个过程基本上是无损的，不会对被测电路造成影响。
2. 信号调节在信号传递到示波器之前，电压探头会对信号进行调节以适应示波器的测量范围。
这通常涉及到放大和衰减两个过程。
放大是指将被测电路的电压信号放大到示波器可以测量的范围内。
放大过程通常由探头内部的放大器完成。
放大器可以将电压信号放大几十倍或几百倍，以便更好地显示在示波器屏幕上。
衰减是指将被测电路的电压信号降低到示波器可以接受的范围内。
衰减过程通常由探头内部的电阻网络完成。
电阻网络可以根据示波器的测量范围选择不同的衰减系数，以保证测量的准确性和稳定性。
三、电压探头的使用注意事项在使用电压探头时，需要注意以下几点：1. 阻抗匹配：要确保电压探头的输入阻抗与示波器的输入阻抗匹配，以保证测量的准确性。
一般情况下，示波器的输入阻抗是固定的，而电压探头的输入阻抗可以通过选择不同的探头进行调整。
2. 频率响应：电压探头的频率响应是指在不同频率下的响应能力。
示波器探头
示波器探头1 概述示波器探头对测量结果的准确性以及正确性至关重要，它是连接被测电路与示波器输入端的电子部件。
最简单的探头是连接被测电路与电子示波器输入端的一根导线，复杂的探头由阻容元件和有源器件组成。
简单的探头没有采取屏蔽措施很容易受到外界电磁场的干扰，而且本身等效电容较大，造成被测电路的负载增加，使被测信号失真。
1.1 示波器探头的定义本质上，示波器探头是在测试点或信号源和示波器之间建立了一条物理和电子连接；实际上，示波器探头是把信号源连接到示波器输入上的某类设备或网络，它必须在信号源和示波器输入之间提供足够方便优质的连接。
连接的充分程度有三个关键的问题：物理连接、对电路操作的影响和信号传输。
1.2 示波器探头的发展过程在过去50年中，各种示波器探头接口设计一直在不断演进，以满足提高的仪器带宽速度和测量性能要求。
在最早的年代，通常使用香蕉式插头和UHF型连接器。
在20世纪60年代，普通BNC型连接器成为常用的探头接口类型，因为BNC体积更小、频率更高。
目前，BNC探头接口仍用于测试和测量仪器设计，当前更高质量的BNC型连接器提供了接近4GHz的最大可用带宽功能。
之后，某些厂家提出了普通BNC型探头接口设计变通方案，在使用BNC连接器的同时，额外提供了一个模拟编码的标度系数检测针脚，作为机械和电子接口设计的一部分，使得兼容的示波器能够自动检测和改变示波器显示的垂直衰减范围。
1.3 示波器探头的结构形式大多数探头由探头头部、探头电缆、补偿设备或其他信号调节网络和探头连接头组成。
如图1所示。
图1 探头的结构形式为进行示波器测量，必须先能够在物理上把探头连接到测试点。
为实现这一点，大多数探头至少有一两米长的相关电缆，如图1所示。
但是探头电缆降低了探头带宽：电缆越长，下降的幅度越大。
除了一两米长的电缆外，大多数探头还有一个探头头部或带探针的把手，探头头部可以固定探头，用户则可以移动探针，与测试点接触。
通常这一探针采用弹簧支撑的挂钩形式，可以把探头实际连接到测试点上。
示波器探头基础知识
ScopeArt先生”团队成员示波器探头是示波器使用过程中不可或缺的一部分;它主要是作为承载信号传输的链路;将待测信号完整可靠的传输至示波器;以进一步进行测量分析..很多工程师很看重示波器的选择;却容易忽略对示波器探头的甄别..试想如果信号经过前端探头就已经失真;那再完美的示波器所测得的数据也会有误..所以正确了解探头性能;有效规避探头使用误区对我们日常使用示波器来说至关重要在绝大多数示波器测量环境下;我们都需要使用探头..示波器探头有很多种;内部原理构造迥异;使用方法也各不相同..本文主要给大家介绍示波器探头的种类及工作原理;探头使用过程注意事项以及如何选择示波器探头..1 示波器探头种类及工作原理对于DC直流或一般低频信号而言;示波器探头只是一个由特定阻抗R所形成的一段传输线缆..而随着待测信号频率的增加和不规则性;示波器探头在测量过程中会引入寄生电容C以及电感L;寄生电容会衰减信号的高频成分;使信号的上升沿变缓..寄生电感则会与寄生电容一起构成谐振回路;使信号产生谐振现象..所有这些都会对我们测量信号的准确性带来挑战..图1 探头电气特性示意图示波器探头按供电方式分可分为无源探头和有源探头..无源探头又分为无源低压、无源高压及低阻传输线探头等;有源探头又分为有源单端、有源差分、高压差分探头等..此外;在一些特殊应用下;还会使用到电流探头AC、DC、近场探头、逻辑探头以及各类传感器光、温度、振动探头等..无源探头是最常用的一类电压探头;也是我们在购买示波器时标配赠送的探头..如图2所示..图2 无源探头示意图无源探头一般使用通用型BNC接口与示波器相连;所以大多数厂家的无源探头可以在不同品牌的示波器上通用某些厂家特殊接口标准的探头除外;但由于示波器一般无法自动识别其他品牌的探头类型;所以此时需要手动在示波器上设置探头衰减比;以保证示波器在测量时正确补偿探头带来的信号衰减..图3所示为日常最为常见的一类无源探头原理示意图;它由输入阻抗Rprobe、寄生电容Cprobe、传输导线一般1至1.5米左右、可调补偿电容Ccomp组成..此类无源探头一般输入阻抗为10M;衰减比因子为10：1..图3无源探头原理图在使用此类探头时;示波器的输入阻抗会自动设置为高阻1M..此时示波器BNC通道输入点的电压Vscope与探头前端所探测的电压值Vprobe的关系满足以下对应关系：Vprobe/Vscope = 9M + 1M / 1M = 10 : 1由关系式可知;示波器得到的电压是探头探测到电压的十分之一;这也是无源探头10：1衰减因子的由来..无源探头具备高阻抗10M;因此它对待测电路的负载效应将在第二部分详述很小;能覆盖一般低频频段500MHz以内;耐压能力强300V-400Vrms;价格便宜;通用性好;所以得到广泛使用..当无源探头的衰减因子为100：1、1000：1甚至更高时;此类探头一般归类为无源高压探头..由于其衰减比很大;因此能测量高压、超高压电信号..图4 R&S RT-ZH10高压探头还有一类无源探头;其衰减比为1：1;信号未经衰减直接经过探头传输至示波器;其耐压能力不及其它无源探头;但它具备测试小信号的优势..由于不像10：1 衰减比探头那样信号需要示波器再放大10倍显示;所以示波器内部噪声未放大;测量噪声更小;此类更适用于测试小信号或电源纹波噪声..图5 R&S HZ-154 1:1/10:1可调衰减比无源探头无源传输线探头是另一类特殊的无源探头;其特点是输入阻抗相对较低;一般为几百欧姆;支持带宽更高;可达数GHz以上..图6为输入阻抗为500的10：1无源传输线探头原理图：图6传输线探头原理图传输线探头具备低寄生电容;低输入阻抗的特性;一般用来测量高频信号..在使用传输线探头时应该注意将示波器输入阻抗设置为50;以与传输线50阻抗相匹配;传输线探头的典型应用为测量50传输线上的电信号;通过SMA-N等不同的转换接头;传输线探头也可用在频谱分析仪等其它测试设备上..图7传输线探头的典型应用需要注意的是;由于传输线探头的低阻抗;它的负载效应会比较明显..因此;此类探头仅适用于与低输出阻抗几十至100欧姆的电路测试..对于更高输出阻抗的电路;我们可以选择使用高阻有源探头的方案;将在后续详述..图8 R&S RT-ZZ80 8.0GHz无源传输线探头介绍完无源探头;我们接下来看看有源探头..顾名思义;有源探头区别于无源探头最大的特点是“有源”;即它需要提供电源才能工作..如今大多数有源探头都配备有特殊接口;通过与示波器连接从示波器获得电源;而不需要额外提供外置电源某些型号除外..下图所示为有源单端探头原理图：图9 有源单端探头原理图有源单端探头一般具备高阻抗1M上下;低寄生电容..其前端有一个高带宽的放大器;有源探头的供电主要用于此放大器..放大器驱动信号经过50传输线到达示波器;示波器的输入阻抗需选择为50作匹配..由于其较低的寄生电容和50欧姆传输;有源单端探头可以提供比无源探头更高的带宽;因此主要应用在高频信号的测量领域..优点和缺点往往是并存的;有源单端探头亦是如此..能够测量更高带宽的信号是其优点;但由于需要集成有源放大器;因而其成本相对于无源探头来说更高;一个几 GHz带宽的有源单端探头价格可达数万人民币..除此之外;由于高带宽放大器的信号输入范围十分有限;因而其动态范围有限;一般有源单端探头的动态范围仅在几伏范围之内;探头所能承受的最大电压也只有几十伏..相对于前面所说的无源传输线探头;有源单端探头同样可以应用在低阻抗高频率信号的测量环境;且由于其输入阻抗相对于无源传输线探头更高;因此它的负载效应更小..不仅如此;R&S有源单端探头还可以与RT-ZA9N型转换接头;USB供电附件连接;进而用在射频信号源和频谱分析仪上;用来测试特殊环境下的信号;如传统50欧姆同轴线缆无法连接的探测点处;或者需要使用高阻探头探测待测点信号频谱时..图10 R&S RT-ZS系列单端有源探头与RT-ZA9 N型转换头相连除了有源单端探头之外;有源差分探头是另外一类重要的有源探头..我们可以从字面上来理解这两种探头的区别;有源单端的前端有两处连接点：信号点和地..有源差分顾名思义主要用来测试差分信号;探头前端有三处连接点：信号正、信号负、地..图11 有源单端探头前端左与有源差分探头前端右有源差分探头的原理图如下：图12有源差分探头原理图与有源单端探头相比;其最大不同在于使用了差分放大器..有源差分探头同样具备低寄生电容和高带宽特性;所不同的是;有源差分探头具有高共模抑制比CMRR;对共模噪声的抑制能力比较强..有源差分探头主要用来测试差分信号;即测试两路信号一般为相位相差180度的正反信号的相对电压差;与地无关..图13差分信号测试原理示意图上图显示了用有源差分探头测试差分信号的原理;图中红色波形显示的为差分信号Vin+;蓝色波形显示为差分信号Vin-;二者幅度相同;相位相差180 度..Vin+和Vin-经由差分探头正、负探测点探测后经过差分放大器放大;然后传输至示波器;最后得到如图绿色差分波形..这里要介绍几个概念;以便大家能够更好的理解共模抑制比CMRR..共模Common Mode：差分信号两端具有相同幅度和相位的信号成分;用表达式表示为Vcm =Vin+ + Vin-/2.由于理想的Vin+、Vin-幅度相同;相位相反;所以二者相加应该为零..但在实际工作环境下;Vin+、Vin-上会叠加上噪声干扰Vnoise..由于 Vin+、Vin-所处环境相同;因而在二者上叠加的噪声也往往相同;所以由CM表达式可知：CM = Vnoise.差模Differential Mode：差分信号两端不同的信号成分;用表达式表示为Vdm = Vin+ - Vin-.共模抑制Common Mode Rejection：差分放大器对共模信号的抑制能力;即差分放大器的一项主要能力是对Vnoise进行抑制消除..如果共模电压Vcm经过差分放大器的增益为Acm;差模电压Vdm经过差分放大器的增益为Adm;则我们可以用共模抑制比Common Mode Rejection Ratio即CMRR来表示共模抑制能力;其表达式为：CMRR = Adm / Acm举例如下图：差模信号Vdm幅度为1V;经过差分放大器后幅度为2V;即Adm = 2. 共模信号Vcm幅度为4.5V;经过差分放大器后幅度抑制为0.45V;即Acm=0.1. 因此;CMRR = 2 / 0.1 = 20：1 = 26dB..图14 差分信号测试举例对于理想的差分放大器而言;我们希望其完全抑制共模信号;从而消除噪声Vnoise对差分信号测量的影响..对于一般的差分信号测量而言;20dB的CMRR已经足够;而R&S RT-ZD40的CMRR可达50dB;性能非常优异..图15 R&S RT-ZD40有源差分探头值得一提的是;R&S的有源单端探头和有源差分探头上都配备了MicroButton多功能按钮和ProbeMeter探头计功能..其中;MicroButton是位于有源探头前段的一个微型按钮;用户可以在测试时很方便的按动按钮;从而执行对示波器的特定控制可自定义;如：自动设置、默认设置、单次运行、连续运行等..图16 MicroButton多功能按钮ProbeMeter则是集成在有源探头前端的16位DC电压计;可用来直接在探头点处测试直流电压;这与其他厂家使用探头捕获波形然后输送到示波器;进而对波形进行测量得到DC数值的方案完全不同..很显然;ProbeMeter摒除了探头传输的失真影响;从而具备了0.1%的高精准度..在使用差分探头时;可以借助此功能方便快捷查看单端、共模、差模电压数值..图17 ProbeMeter探头电压计有源差分探头可用于绝大多数较小幅度差分信号的测量;但对于幅度达上百甚至上千幅的高压差分信号而言;有源查分探头就显得力不从心了..此时我们只能借助于高压差分探头的帮忙;相对于一般差分探头而言;高压差分探头具有更高的动态范围;能够承受更高的电压..图18 R&S RT-ZD01 ±1400V 高压差分探头高压差分探头相对于无源高压探头而言价格昂贵;因此有用户在测试高压差分信号时会选择将示波器的电源接地线剪断;使示波器“浮起来”进行测试;这是非常危险的;一定要杜绝此类行为..我们将在第二部分详细说明..电流探头严格意义上说也属于有源探头的一种;几乎所有的电流探头在使用过程中都需要供电..电流探头主要分为三类：AC仅能测试交流电、DC仅能测试直流电、AC+DC..而目前大多数电流探头都具备了AC+DC的测量功能..电流探头的原理如下;主要是利用电磁效应AC测量和霍尔效应DC测量..图19 AC+DC电流探头原理图当有AC电流经过导线穿过电流探头的前段闭合钳口时;会有相应磁场产生;通过磁场的强弱直接感应到电流探头的线圈..探头就象一个电流变压器;系统直接测量的是感应电流..如果是DC或者低频电流;当电流钳闭合后;电流导线附近会出现一个磁场..磁场使霍尔传感器内的电子发生偏转;在霍尔传感器的输出产生一个电压..系统根据这个电压产生一个反相补偿电流至电流探头的线圈;使电流钳中的磁场为零;防止磁饱和..系统根据反相电流测得实际得电流值..电流探头的选择主要依据其测量带宽、量程以及钳口直径等..MSO数字逻辑探头在数字逻辑测试中会经常使用;与一般8bit模拟探头相比;数字逻辑探头根据示波器所设置的判决门线电平;将捕获的电压按照0、1跳变1bit的数字信号在屏幕上显示出来..用户可以根据多路数字信号的逻辑电平及关系来判断逻辑电路的性能..图20 R&S RTO-B1数字逻辑探头EMI近场探头是另一类特殊的探头类型;它实际使用了天线接收原理;用来捕获电路板上空间辐射的电磁场干扰;特别是在系统集成中做EMI电磁干扰的诊断..图21 EMI近场探头示意图除了以上给大家介绍的各种探头之外;还有光探头、温度传感探头及其他各类传感探头等..原则上来说;任何一款能够将各物理量转换成电压信号并具备与示波器互连能力的传感器都可以作为示波器探头;用户可以根据具体使用环境和需求选择适合的探头类型..------未完待续-----------------------------------------作者介绍:聂文伟先生于2008年毕业于北京交通大学电信学院;电磁场与微波技术专业;获工学硕士学位..毕业后供职于ZTE中兴通讯股份有限公司;先后从事无线产品测试与海外营销方面的工作..2012年加入罗德与施瓦茨公司;现任罗德与施瓦茨公司西安示波器业务发展工程师;主要负责西北地区的示波器产品市场推广工作..在示波器探头基础入门指南上一文中;我们主要介绍了示波器探头的种类及其工作原理;接下来我们将介绍示波器探头的主要指标;如何选择示波器探头;以及在示波器探头的使用过程中应该注意哪些问题..2 示波器探头的主要指标2.1 带宽与示波器一样;示波器探头的频响类似一个低通响应..探头的带宽是指探头响应输出幅度下降到70.7%-3dB时对应的输入信号频率..图1探头频响及带宽定义当示波器配合探头使用时;示波器+探头就构成了一套测量系统;此测量系统的带宽满足以下公式：可见;探头带宽越高;对示波器带宽的影响也就越小..一般我们推荐示波器探头的带宽为示波器带宽的1.5倍;即探头带宽略高于示波器带宽..2.2 上升时间探头的上升时间是指探头对阶跃函数10%-90%的响应时间..一般而言;探头带宽越高;上升时间越短..与示波器一样;大多数探头的带宽与上升时间满足0.35公式;即：T rise = 0.35/BWprobe示波器+探头测量系统的上升时间则满足以下公式：2.3 输入阻抗探头一般都标注了输入阻抗值;从50至10M甚至更高..探头的输入阻抗会严重影响探头的负载效应将在第三节中详述..输入阻抗越大;探头的负载效应越小;对待测电路正常工作影响也就越小..输入阻抗越小;探头的负载效应越大;对待测电路正常工作的影响就越大..2.4 输入电容输入电容是有源探头的一项关键指标..有源探头的输入电容一般很小;小至pF甚至零点几pF..小的电容会在高的频带上提供较大的输入阻抗;从而减小负载效应..由输入电容导致的输入阻抗公式如下：R in = 1/2πfCin由以上公式可知;Cin越小;探头可以支持更高的带宽f;这也是为什么有源探头相对于无源探头而言可以提供更大的带宽的原因..2.5 衰减比一般探头都会对探测到的信号进行衰减;然后输送至示波器..最常见的衰减比为10：1;即信号衰减为原始的十分之一;此时衰减比标注为10X..此外;常见的还有1X、100X、1000X探头等..2.6 最大输入范围探头都有最大输入范围;超过一定输入范围则可能损坏探头..3 示波器探头使用注意事项3.1 负载效应探头的负载效应是指被测电路接上探头后;探头与示波器一起组成了待测电路的并联负载;从而吸引一部分电流流入示波器;对原始待测电路上的信号产品影响..如果负载效应很大;则测到的波形与原始波形变化很大;示波器就不能准确测量波形..图2示波器探头接入引起负载效应那么如何评判探头的负载效应呢一般来说;探头接入的输入阻抗应为待测电路待测点处输出阻抗的10倍以上;此时负载效应较小;测量误差在允许范围以内..如下图所示：图3负载效应示例在探头探测前;探测点的电压为5V × 100K/100+100K=4.995V..探头探测后;并联了一个1M的阻抗;此时探测点的电压为：5V × 90.9k/100+90.9k = 4.994V此时;探头引入的负载效应仅为0.001V;可以忽略不计..如果待测点的输出阻抗更高;则需要使用更高输入阻抗的探头..值得一提的是;当我们测试由信号源输出的射频信号时;一般使用的是50传输线缆..50的传输线缆与信号源输出阻抗50相匹配;使功率最大的传输至示波器;从而保证了测量精度..而在某些时候;工程师希望测试电路板上某个探测点处的频谱;往往使用剪断的50传输线缆;在剪断处剥离地和传输芯;用以接触探测点..线缆另一端则连接至频谱仪..图4前段剥离的50传输线缆这种做法则是不可取的;电路板上的探测点与射频源的输出不同;由于传输线的50低阻抗;会对测试点处引入较大的负载效应..正确的做法是;使用高输入阻抗的探头取代50传输线缆;与频谱仪连接..R&S提供了RT-ZA9的BNC-N转接头方案;它可以将高输入阻抗的R&S有源探头1M与频谱仪或接收机相连接;对需要高阻抗测试的DUT进行精准测量..图5 RT-ZA9转接头示意图前面介绍过;探头一般含有电阻、容性阻抗和感性阻抗..电阻的负载效应会对信号DC分量测量造成影响;对波形的幅度测量造成误差..容性阻抗对AC分量的测量造成影响;比如会影响延缓信号的上升时间..感性阻抗则会对波形测量引入振铃现象..图6探头负载效应分类3.2 探头补偿我们在与电子测量工程师的交流中;经常提到探头补偿的问题..当我们购买示波器后第一次使用时;或者因探头资源紧张而临时拿其他品牌探头使用时;都会涉及到探头补偿问题..所谓探头补偿是指示波器与探头连接使用时;调整探头的可变电容;在探头与示波器之间进行频率补偿;使频率达到相对稳定的状态..当补偿完成后;具备如下关系式:R scope × Cscope= Rprobe× Cprobe即：为了最大限度地传送信号;示波器的输入电阻和电容必须与探头输出的电阻和电容相匹配;此时探头具有最优信号传送能力..那么如何进行探头补偿呢探头补偿一般针对无源探头而言有源探头也存在补偿;使用过无源探头的工程师可能会发现;在无源探头与示波器接触的一端上有一个小孔;这个小孔内有一个十字旋钮..通过探头自带的螺丝刀小工具即可深入小孔内调节探头的可调电容值..图7调节无源探头的可调电容值具体原理如下图所示：图8通过调节探头可调电容Ccomp来实现探头匹配探头补偿的步骤如下：连接探头与示波器通道；将探头前端连接至示波器上的探头补偿Π方波信号一般为1KHz、1V的信号；使用自带小工具调节探头可调电容;使得示波器上显示的方波信号的高低电平部分保持平稳;即实现探头与示波器的匹配..在调节探头时;示波器上显示的方波信号可能存在以下三种状态：图9探头欠补偿、过补偿、匹配状态的波形3.3 谐振效应在使用探头测量信号上升沿时;把示波器的时基范围调小;一般能看到在上升沿的过冲部分存在振铃现象;即探头带来的谐振效应..图10探头带来的振铃效应探头不仅存在阻抗以及寄生电容;还存在寄生电感特别是在测试高频信号时..探头是由导线和地线组成的;通常导线及地线越长;电感值就越大..探头上的寄生电感和寄生电容容易形成谐振回路;在输入信号的激励下;在某些频率上产生高频减幅谐振;从而出现振铃现象..图11振铃现象的产生如下图所示;探头的输入阻抗会在特定频率fx处达到最小值..图12探头输入阻抗此时探头的寄生电感、寄生电容以及待测信号源构成谐振回路;出现谐振效应;谐振频率为:其中;Lcon为探头寄生电感;Cin为输入电容..如果谐振频率刚好落在探头带宽范围之内;则在测试此频率的信号时会出现谐振现象..为了降低这种效应;使用者往往使用最短的地线;从而减小探头的Lcon寄生电感;使得fresonance 谐振频率最大化;从而超出示波器探头的带宽范围;也就进一步有效避免了谐振效应..探头地线的长度严重影响谐振效应;以下图片充分说明了地线长短对波形上升沿测量的影响..图13不同长短的底线的谐振效应由图示可知;地线越短;谐振效应越小;上升沿引起的振铃现象越不明显;此时的测量精度也就越高..所以;在测试环境允许的情况下;尽可能地使用更短的地线..3.4 浮地测量问题测量差分信号时;我们往往面临以下3种选择：使用两个通道CH1、CH2;分别测试差分信号两端;然后相减；图14使用两个单端探头测量差分电压使用差分探头测试；图15使用差分探头测量差分电压直接使用单端探头浮地测量；图16使用浮地的方法测量差分信号第1种方法需要两个通道及探头之间的完全一致性..即便如此;两个通道上产生的不同噪声也会对测量结果造成影响;此种方法测试的CMRR共模抑制比很差;不作推荐..第2种方法是最值得推荐的方法;使用差分探头具有高CMRR在示波器探头综述上有记载;测得数值精确..然而;差分探头往往价格昂贵;并非所有客户愿意花重金采购..因而就有了第3种方法;使用单端探头对差分信号直接进行浮地测量..差分信号两端一正一负;如果要使用单端探头进行探测;往往将单端探头的地端与差分信号的负端相接..而单端探头接上示波器后;探头地线会与示波器电源地线共地;从而将差分信号的负端拉至地;对原始差分信号有影响..因此;有人想到浮地测量的方法;即将示波器电源地线剪断;使示波器浮地..浮地测量在电源测试中可能会造成触电危险;因为有些差分电压的负端高达负的上百上千伏..在测试过程中;如果人手不小心触碰到示波器其他通道的BNC接地壳;则会触电因此;浮地测量不是推荐的测量方法..图17浮地测量带来触电危险除了以上3种常见测量方法之外;还可以使用通道隔离的示波器;或者使用隔离电源对示波器供电的方法..在此就不作详述了..3.5 其他品牌探头兼容性问题我们在日常使用示波器时经常出现原始匹配探头丢失或损坏的情况..此时;能够解决问题的办法通常是拿手头上其他品牌的探头临时配合示波器使用..很多人不了解具体情况;插上示波器探头就开始测试;这样往往测得的数值存在很大偏差;是不可取的并非不同品牌示波器和探头不能配合使用;实际上;目前市面上绝大多数品牌示波器的无源探头均具备统一的BNC接口;可以与其他品牌示波器配合使用..但是在正式测量之前;有几点需要注意..首先;一般示波器无法自动识别其他品牌探头的衰减比衰减因子;所以在与其他品牌探头一起使用时;需要在示波器上手动设置探头衰减比;这样才能防止测量值偏差10几倍甚至上千倍的错误..其次;不同品牌的示波器和探头之间同样存在不匹配问题;即前面所述探头补偿问题..所以;在测试之前;需要对探头进行补偿..此外;不同厂家的有源探头包括有源单端、有源差分、部分电流探头等甚至部分无源探头设计为独特接口标准..针对此类探头;有时可采用不同的转换接头使用;如R&S为有源探头提供的BNC转N型的RT-ZA9转接头等..而大多数不具备转接头的探头则无法与其他品牌示波器通用..-----------------------------------完------------------------------------------。
示波器探头使用
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怎样把有源探头物理连接到不同类型的电路板形状 上?
力科单端探头实例， 其中带有接地使用的软 引线和信号输入使用的 直触针 这种技术保证了以最 小电容和电感实现可靠 接触
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可互换探头触针
每种触针都可以用于信号 或接地连接
普通触针 尖触针
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灵活间距的信号和接地路径使用的设备
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为什么担心示波器探头?
探头从环境中拾取的噪声会增加到信号中。这是尽量缩短信
号引线和地线的另一个原因。 解决方法:尽量减小地线的长度
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选择适当的示波器探头 •无源探头
•有源探头 •差分探头
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基本探头类型
无源探头
没有有源器件，如放大器 它只由无源部件组成 通过使用有源器件，如晶体管或FET，能够实现更宽的带宽、更高的阻
器可以设置的最大灵敏度。 配套的通道精度有限，严重限制着“抑制” (减)去A和B “公共”信号的能力
线路 电压
1W 并联
示波器保持安全接 地
负荷电路
在下述情况下，通道“A” – 通道“B”是不够的： 共模电压 >> 被测电压
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示波器差分测量: “A” - “B”
“A” – “B”的局限性
4 inches
100 10 1
10 nH
1
10
100
1G
10 G
Frequency (MHz)
在探头中增加引线时，会产 生谐振，特别是在较高频率 时。
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地线长度也很重要 (低频时的常见缺陷)
使用10无源探 头测量的脉冲 A: 没有地线 B: 50 cm地线 C: 10 cm地线 D: BNC直接电 缆连接 (真实信号形状)
【很全】示波器探头知识全解析
【很全】示波器探头知识全解析作为一名专业的电源设计及测试工程师，我们每天都在使用各种不同的数字示波器进行相关电气信号量的量测。
与这些示波器相配的探头种类也非常多，包括无源探头(包括高压探头，传输线探头)、有源探头（包括有源单端探头、有源差分探头等），电流探头、光探头等。
每种探头各有其优缺点，因而各有其适用的场合。
其中，有源探头因具有带宽高，输入电容小，地环路小等优点从而被广泛使用在高速数字量测领域，但有源探头的价位高，动态范围小，静电敏感，校准麻烦，因此，每个工程师使用示波器的入门级探头通常是无源探头。
最常见的500Mhz的无源电压探头适用于一般的电路测量和快速诊断，可以满足大多数的低速数字信号、TV、电源和其它的一些典型的示波器应用。
本文我们将集中讨论无源电压探头的模型和参数设定以及使用校准原理。
10倍无源探头的模型以及输入负载设定图1. 探头原理图图1是工程师常用的10倍无源电压探头的原理图，其中，Rp (9 MΩ)和Cp位于探头尖端内，Rp为探头输入阻抗, Cp为探头输入电容, R1 (1 MΩ)表示示波器的输入阻抗，C1表示示波器的输入电容和同轴电缆等效电容以及探头补偿箱电容的组合值。
为了精确地测量，两个RC时间常量（RpCp和R1C1）必须相等；任何不平衡都会带来测量波形的失真,从来引起使一些参数如上升时间、幅度的测量结果不准确。
因此，在测量前需要校准示波器的探头的工作以保证测量结果的准确性。
从探头的信号模型我们可以分析，对于信号的DC 量测，输入容性Cp和C1等效为开路。
信号通过Rp和R1进行分压，最终示波器的输入为：Vout=[R1/Rp+R1]*Vin=1/10* Vin示波器输入信号衰减为待测输入信号的1/10。
对于较高频率的输入信号,容抗对于信号的影响会大于阻抗。
例如，一个标准的1MΩ~10pF的无源电压探头，输入信号的频率为100MHz，此时，探头输入容抗为Xc(Cp)=1/（2×π×f×C）=159Ω，容抗远远小于9MΩ的探头阻抗，信号电流更多的会通过输入电容提供的低阻回路，9MΩ阻抗的高阻回路等效为旁路。
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Leabharlann 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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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. 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
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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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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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?
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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
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