詳解示波器探頭

圖6 探頭校準(zhǔn)示意圖
4.6 額定最大電壓
額定最大電壓由DC + peak AC決定，即輸出電壓的直流值和交流峰值的總和不能超過示波器的額定電壓最大值，如果超過這個(gè)額定最大電壓，會(huì)損壞探頭。
4.7 電壓額定值隨頻率的下降
電壓探頭在低頻時(shí)的最大輸入電壓有明確的規(guī)定，隨著頻率的增加輸入電壓會(huì)相應(yīng)降低。對(duì)于高頻探頭必須注意輸入電壓隨頻率的變化，在頻率高于1MHz時(shí)允許的輸入電壓隨頻率的增加而急劇下降。
5 最佳示波器探頭的選擇
探頭的特性和特點(diǎn)中最重要的參數(shù)就是帶寬和輸入阻抗，它們既要與示波器的帶寬和輸入阻抗匹配，又要將對(duì)被測電路的影響減到最小。因此選擇探頭時(shí)要綜合考慮。
5.1 帶寬和上升時(shí)間
探頭的帶寬或上升時(shí)間要等于或優(yōu)于示波器的帶寬。如果觀察純正弦信號(hào)，探頭帶寬等于被測信號(hào)頻率的最高值即可；如觀察非正弦信號(hào)，探頭帶寬應(yīng)能容納被測信號(hào)的基波和最重要諧波分量。為精確地測量脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間，系統(tǒng)的上升時(shí)間（示波器和探頭之和）應(yīng)該比要測量的最快的上升時(shí)間快3-5倍。
5.2 阻抗匹配
探頭的輸入阻抗要與所用示波器的輸入阻抗匹配，另外對(duì)被測電路的負(fù)載作用最少。對(duì)于低輸入阻抗的示波器，應(yīng)選擇有源探頭或50Ω輸入阻抗的探頭；對(duì)于高輸入阻抗的示波器，應(yīng)選擇×10的探頭。例如示波器的輸入阻抗是1MΩ/10pF,探頭輸入阻抗最好是10MΩ/1pF，這樣的探頭既有10倍的信號(hào)衰減，對(duì)被測信號(hào)的負(fù)載很輕，又能與示波器輸入阻抗匹配。
5.3 負(fù)載作用
減輕探頭對(duì)被測電路的負(fù)載作用。除了選擇輸入阻抗高的探頭外，還有記住探頭輸入阻抗隨頻率成反比例下降。
5.4 時(shí)間延遲的影響
每種探頭對(duì)被測信號(hào)的延遲時(shí)間存在差異，在進(jìn)行差分測量以及時(shí)間（或相位）一致性測量時(shí)，最好使用2個(gè)型號(hào)相同和電纜長度相等的探頭。
5.5 良好的接地
探頭的額定頻率特性是在同軸系統(tǒng)內(nèi)測得的結(jié)果。在實(shí)際電路應(yīng)用時(shí)，往往探頭處于非同軸匹配的系統(tǒng)內(nèi)，因此探頭的接地引線要盡量減短，把串聯(lián)電感減到最小。如發(fā)現(xiàn)高阻探頭接地不良，就要考慮使用低阻同軸探頭或者與探頭匹配的適配器、連接器和夾具。
6 示波器探頭使用注意事項(xiàng)
將待測信號(hào)正確接入示波器是測試工作的第一步，這里我們主要介紹探頭與被測電路連接時(shí)的注意事項(xiàng)。
1. 探頭與被測電路連接時(shí)，探頭的接地端務(wù)必與被測電路的地線相聯(lián)。否則在懸浮狀態(tài)下，示波器與其他設(shè)備或大地間的電位差可能導(dǎo)致觸電或損壞示波器、探頭或其他設(shè)備。
2. 測量建立時(shí)間短的脈沖信號(hào)和高頻信號(hào)時(shí)，請盡量將探頭的接地導(dǎo)線與被測點(diǎn)的位置鄰近。接地導(dǎo)線過長，可能會(huì)引起振鈴或過沖等波形失真。如圖7所示。

圖7 探頭接地方法示意圖

3. 為避免接地導(dǎo)線影響對(duì)高頻信號(hào)的測試，建議使用探頭的專用接地附件。如圖8所示為典型通用電壓探頭所帶有的標(biāo)準(zhǔn)測試附件。

圖8 帶有標(biāo)準(zhǔn)配件的典型通用電壓探頭（圖片來源于泰克《探頭ABC》）
4. 為避免測量誤差，請務(wù)必在測量前對(duì)探頭進(jìn)行檢驗(yàn)和校準(zhǔn)，探頭衰減補(bǔ)償?shù)男?zhǔn)原理和方法我們在前面已經(jīng)介紹過，這里不再贅述。
5. 對(duì)于高壓測試，要使用專用高壓探頭，分清楚正負(fù)極后，確認(rèn)連接無誤才能通電開始測量。
6. 對(duì)于兩個(gè)測試點(diǎn)都不處于接地電位時(shí)，要進(jìn)行“浮動(dòng)”測量，也稱差分測量，要使用專業(yè)的差分探頭。
7 總結(jié)
探頭對(duì)示波器測量至關(guān)重要，所以要求探頭對(duì)探測的電路影響必須達(dá)到最小，并希望對(duì)測量值保持足夠的信號(hào)保真度。如果探頭以任何方式改變信號(hào)或改變電路運(yùn)行方式，示波器會(huì)看到實(shí)際信號(hào)的失真結(jié)果，進(jìn)而可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的測量結(jié)果，或者誤導(dǎo)性的測量結(jié)果。通過以上介紹可知，探頭的選購和正確使用有許多值得注意的地方，只有與示波器和被測電路都匹配良好的探頭才是您該選擇和使用的探頭。
參考文獻(xiàn)
【1】 《交流和直流電流測量》，作者：周家明，北京海洋儀器.
【2】 《阻抗對(duì)測量的影響》，作者：魏乾、韓潔，【M】國外電子測量技術(shù).
【3】 《如何用好示波器探頭》，【M】無線電.
【4】 《電子示波器探頭》，【M】電子儀器信息.
【5】 日立示波器使用說明.
【6】 《探頭ABC》，泰克公司出版.