為什么將放大器裝在示波器的探頭尖端？
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探頭影響的案例
圖5是一個(gè)25Ω系統(tǒng)(50Ω源和負(fù)載阻抗)的階躍波形(step waveform)示例。即使在這樣的低阻抗環(huán)境下，無(wú)源探頭容性負(fù)載的影響也顯而易見。
圖5：比較無(wú)源探頭(PP008)和有源探頭(ZS4000)的電容性負(fù)載的影響。
圖5中，在無(wú)源探頭接觸被測(cè)信號(hào)前，輸入階躍的上升時(shí)間約為500ps。當(dāng)PP008(輸入C=9.5pF)觸測(cè)階躍被測(cè)信號(hào)時(shí)，上升時(shí)間增加至1.8ns，且在前沿造成顯著失真。使用ZS4000有源探頭(輸入C=0.6pF)時(shí)，則沒(méi)對(duì)被測(cè)信號(hào)造成顯著失真。
低電容設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是把所有探頭尖端周圍的導(dǎo)體做得小巧。這也與應(yīng)使探頭尖端的體積盡可能小巧的要求一致，只有這樣，探頭才能“游刃”于我們?nèi)諠u擁擠的電路板。
探頭尖端的電容性負(fù)載除加載被測(cè)電壓外，還有另一個(gè)影響。單端探頭需要一個(gè)接地連接。該地線有與其長(zhǎng)度相關(guān)的電感。該電感，與探頭的輸入電容相組合，將在LC電路(圖6)的共振頻率上引致振鈴效應(yīng)。
圖6：示波器的地線增加了被測(cè)電路的電感。
接地線電感可使用大拇指規(guī)則估算，其值約為20nH/in，進(jìn)而算出諧振頻率。該電感的諧振頻率（fr）為：
為使測(cè)量不失真，諧振頻率應(yīng)比擬測(cè)量信號(hào)的頻率高得多?？赏ㄟ^(guò)使用更短的地線或使用更低輸入電容的探頭或兩者兼而用之的方式來(lái)提高共振頻率。
作為例子，我們可使用PP008探頭(輸入C=9.5Pf)、6英寸地線(~120nH)進(jìn)行陡變階梯電壓的測(cè)量。在這些參數(shù)下，其振鈴頻率約為150MHz，可容易地在所測(cè)波形上看到。若將同樣的接地線與輸入電容僅為0.6pF的ZS4000探頭一起使用，這時(shí)其共振頻率約為600MHz且平復(fù)要快得多，如圖7中所示。
圖7. 對(duì)比由接地線引入、輸入電容的不同值對(duì)振鈴產(chǎn)生的影響。輸入電容更低的有源探頭(ZS4000)，不僅回復(fù)要快得多，且具有更高頻率。
更高帶寬的探頭配有短的、定長(zhǎng)接地導(dǎo)線。用最短的地線配以上述介紹的有源探頭使你在測(cè)量階躍電壓時(shí)幾乎沒(méi)有振鈴現(xiàn)象或上升時(shí)間失真。使用中的重要注意事項(xiàng)是：不要試圖延長(zhǎng)這些地線，因其會(huì)增加電感和電容并將顯著影響探頭性能。
再回到我們開始的問(wèn)題：“為什么有源探頭的放大器做在探頭尖端，而不在示波器內(nèi)？”答案是：示波器廠家通過(guò)將放大器做在探頭尖端附近，可在探頭針尖內(nèi)采用補(bǔ)償?shù)姆謮浩饕栽黾犹筋^的輸入阻抗和輸入電壓范圍。同時(shí)，有源探頭可以緩沖連接電纜對(duì)探頭的影響。不使用放大器，使用傳輸線探頭，你仍可得到類似結(jié)果，但你必須要能忍受低輸入阻抗帶來(lái)的影響。
評(píng)論