示波器探頭基礎(chǔ)系列之五——示波器探頭使用指南（下）

對(duì)于許多應(yīng)用要求高的阻抗和頻率（如2GHz以上），則有源探頭成為有力的工具。有源探頭使用具有高的輸入阻抗的場(chǎng)效應(yīng)管放大器和緩沖器電路。典型的有源探頭提供1：1的電壓增益和1MOhm輸入電阻和2.2pF輸入電容，1G帶寬。其電路原理圖如圖14所示：

圖 14 有源探頭原理圖

關(guān)鍵部件包括由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的源極，互補(bǔ)雙極晶體管構(gòu)成的發(fā)射機(jī)。FET提供很高的輸入電阻，大于1011倍探頭輸入電阻。有源探頭要求供電，并有一個(gè)更為嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)范圍。實(shí)際上，高帶寬有源探頭最大的缺點(diǎn)在于其很容易被高壓打壞。因?yàn)橛性刺筋^遠(yuǎn)遠(yuǎn)比無源探頭貴，使用者注意應(yīng)該避免這一點(diǎn)。實(shí)際上，有源探頭填補(bǔ)了高阻探頭和低容值探頭的各自缺點(diǎn)。具有高達(dá)2GHz的帶寬和相對(duì)高的輸入電阻，并可以驅(qū)動(dòng)相對(duì)長(zhǎng)的電纜線。加上有源探

頭可以調(diào)節(jié)偏置和耦合，因此常被用作測(cè)試儀器需要離開待測(cè)電路一定距離的ATE自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

圖15 探頭地線電感的簡(jiǎn)化模型

探頭接地和信號(hào)完整性

當(dāng)頻率提高時(shí)，探頭的二階效應(yīng)如探頭地線電感將影響測(cè)量波形。地線電感由地線長(zhǎng)度和信號(hào)頻率共同決定。考慮圖15的簡(jiǎn)化模型，探頭地線提供了一個(gè)信號(hào)回路，其電感值為

地平面幾何形狀的函數(shù)。如傳統(tǒng)的繞線電感為25nH/inch, 10：1、高電阻探頭的電感值為100-150nH。這些電感和探頭電容組成諧振回路。如典型的探頭電容為15pF，一個(gè)7英寸地線為175nH，其諧振頻率為98Mhz。如果信號(hào)頻率在這個(gè)值附近，將會(huì)出現(xiàn)”振鈴“現(xiàn)象。

圖 16 10：1探頭，7英寸地線測(cè)量結(jié)果

總結(jié)

對(duì)于使用快速模擬電路和數(shù)字電路的現(xiàn)代的電子技術(shù)而言，探頭的使用變得異常復(fù)雜。當(dāng)信號(hào)頻率變高，電路的負(fù)載效應(yīng)使得非常復(fù)雜。工程師需要考慮選擇合適的探頭和連接技術(shù)來減少這些影響。

探頭使用者有用的公式

計(jì)算帶寬和上升時(shí)間的測(cè)量系統(tǒng)

Cs 源電容（單位Farads）

Co 輸入電容（單位Farads）

Rs 源電阻 （單位 Ohm）

f 源頻率（單位Herts）

txxx 上升時(shí)間（單位 秒）

BW 帶寬（-3dB，單位Herts）

上升時(shí)間，Tr：

帶寬，BW：

上升時(shí)間為帶寬的函數(shù)：

系統(tǒng)上升時(shí)間：

信號(hào)上升時(shí)間：