示波器探頭，你了解多少？

　　2.2.3 有源差分探頭

　　差分信號(hào)是互相參考，而不是參考接地的信號(hào)。差分探頭可測(cè)量浮置器件的信號(hào)，實(shí)質(zhì)上它是兩個(gè)對(duì)稱的電壓探頭組成，分別對(duì)地段有良好絕緣和較高阻抗。差分探頭可以在更寬的頻率范圍內(nèi)提供很高的共模抑制比(CMRR)。

　　2.3 電流探頭

　　從原理上來(lái)看，用電壓探頭測(cè)得電壓值，除以被測(cè)阻抗值，很容易就可以獲得電流值。然而，實(shí)際上這種測(cè)量引入的誤差很大，所以一般不采用電壓換算電流的方法。電流探頭可以精確測(cè)得電流波形，方法是采用電流互感器輸入，信號(hào)電流磁通經(jīng)互感變壓器變換成電壓，再由探頭內(nèi)的放大器放大后送到示波器。

　　2.3.1 交流電流探頭

　　交流電流在互感器中，隨著電流方向的變化，產(chǎn)生電場(chǎng)的變化，并感應(yīng)出電壓。交流電流探頭屬于無(wú)源設(shè)備，無(wú)需外接供電。

　　2.3.2 直流電流探頭

　　傳統(tǒng)電流探頭只能測(cè)量交流交流信號(hào)，因?yàn)榉€(wěn)定的直流電流不能在互感器中感應(yīng)電流。然而，利用霍爾效應(yīng)，電流偏流的半導(dǎo)體設(shè)備將產(chǎn)生與直流電場(chǎng)對(duì)應(yīng)的電壓。所以，直流電流探頭是一種有源設(shè)備，需要外接供電。

　　所以電流探頭基本上分成兩類：即AC電流探頭和AC/DC電流探頭，AC電流探頭通常是無(wú)源探頭，AC/DC電流探頭通常是有源探頭。

　　2.4 邏輯探頭

　　使用示波器觀察分析數(shù)字波形的模擬特點(diǎn)時(shí)，需要用到邏輯探頭，為隔離確切地成因，數(shù)字設(shè)計(jì)人員通常需要查看在具體邏輯條件下發(fā)生的特定數(shù)據(jù)脈沖，這要求邏輯觸發(fā)功能?？梢栽诖蠖鄶?shù)示波器中增加這種邏輯出發(fā)功能。

　　2.5 其他探頭

　　由于示波器的應(yīng)用范圍十分廣泛，所以除了上述的探頭類型外還有各種專用探頭，這些專業(yè)探頭根據(jù)其前端傳感器的不同而有不同的功用，下面我們介紹其中的兩種，僅供讀者了解。

　　光電探頭在原理上是普通電壓探頭與光電轉(zhuǎn)換器件的組合，可直接測(cè)量光器件和光纖傳輸?shù)墓庑盘?hào)。

　　溫度探頭是普通電壓探頭與溫度傳感器的組合，可直接測(cè)量物體的溫度。溫度探頭屬傳感器探頭的一種，各種傳感器探頭與示波器配合可測(cè)量多種物理量。

　　3 示波器探頭對(duì)測(cè)量的影響

　　3.1 負(fù)載效應(yīng)

　　所謂負(fù)載效應(yīng)就是在被測(cè)電路上接入示波器時(shí)，有時(shí)示波器的輸入電阻會(huì)對(duì)被測(cè)電路產(chǎn)生影響，致使被測(cè)電路的信號(hào)發(fā)生變化。若負(fù)載效應(yīng)的影響很大，就不能準(zhǔn)確地進(jìn)行波形測(cè)量。若要減小負(fù)載效應(yīng)，就需要將示波器一端的輸入電阻增大。輸入電阻越大，輸入電容越小，負(fù)載效應(yīng)就越小。

　　在示波器測(cè)量中，另外一種負(fù)載效應(yīng)指的是探頭對(duì)被測(cè)電路的負(fù)載效應(yīng)，為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要減輕探頭對(duì)被測(cè)電路的負(fù)載效應(yīng)，不至影響到被測(cè)信號(hào)，因此應(yīng)選擇高輸入阻抗的探頭。探頭的輸入阻抗可以等效為電阻與電容的并聯(lián)。低頻時(shí)(1MHz以下)探頭的負(fù)載主要是阻抗作用;高頻時(shí)(10MHz以上)探頭的負(fù)載主要是容抗作用。為了減輕探頭對(duì)被測(cè)電路的負(fù)載作用，應(yīng)選擇高阻抗、低容抗的探頭，例如帶寬100MHz用的無(wú)源探頭，它的輸入電阻是1~10Ω，輸入電容是1~10pF。有源探頭的負(fù)載作用優(yōu)于無(wú)源探頭，頻率特性更好。

　　3.2 阻抗匹配

　　阻抗是電壓和電流之比，在理想情況下，對(duì)被測(cè)儀器進(jìn)行測(cè)試時(shí)不應(yīng)影響它的正常工作，測(cè)量值也應(yīng)和未接測(cè)試儀器時(shí)相同。當(dāng)連接儀器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要考慮阻抗對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響，為了保證儀器之間能夠傳送最大的功率，阻抗應(yīng)該匹配。如果阻抗為純電阻，應(yīng)使輸入阻抗與輸出阻抗的值相等。如果阻抗包含電抗成分應(yīng)使負(fù)載的輸入阻抗與源的輸出阻抗共軛匹配，這時(shí)能夠傳送最大功率。

　　阻抗匹配的阻抗值通常和使用的傳輸線的特性阻抗值一致。對(duì)于射頻系統(tǒng)，一般采用50Ω阻抗。對(duì)于高阻抗儀器，由于等效并聯(lián)電容的存在，隨著頻率升高，并聯(lián)組合阻抗逐漸變小，將對(duì)被測(cè)電路形式負(fù)載。如1MΩ輸入阻抗，在頻率達(dá)到100MHz時(shí)，等效阻抗只有100Ω左右。因此，高帶寬的示波器一般都采用50Ω輸入阻抗，這樣可以保證示波器與源端的匹配。但是使用50Ω輸入阻抗時(shí)，必須考慮到50Ω輸入阻抗的負(fù)載效應(yīng)比較明顯，此時(shí)最好使用低電容的有源探頭。

　　3.3 電容負(fù)荷

　　隨著信號(hào)頻率或轉(zhuǎn)換速率提高，阻抗的電容成分變成主要因素。結(jié)果，電容負(fù)荷成為主要問(wèn)題，特別是電容負(fù)荷會(huì)影響快速轉(zhuǎn)換波形的上升時(shí)間和下降時(shí)間及波形中高頻成分幅度。

　　4 示波器探頭的主要技術(shù)指標(biāo)

　　4.1 帶寬和上升時(shí)間

　　探頭的帶寬是指導(dǎo)致探頭響應(yīng)輸出幅度下降到70.7%(-3dB)的頻率。上升時(shí)間是指探頭對(duì)步進(jìn)函數(shù)10~90%的響應(yīng)，表明了探頭可以從頭部到示波器輸入傳送的快速測(cè)量轉(zhuǎn)換。大多數(shù)探頭，帶寬與上升時(shí)間乘積接近0.35。在很多情況下，帶寬由脈沖上升時(shí)間驗(yàn)證來(lái)保證最小失真。

　　4.2 電容

　　探頭頭部電容指標(biāo)是指探頭探針上的電容，是探頭等效在被測(cè)電路測(cè)試點(diǎn)或被測(cè)設(shè)備上的電容。探頭對(duì)示波器一端也等效成一個(gè)電容，這個(gè)電容值應(yīng)該與示波器電容相匹配。對(duì)10×和100×探頭，這一電容稱為補(bǔ)償電容，它不同于探頭頭部電容。下面將繼續(xù)介紹補(bǔ)償電容。

　　4.3 畸變(Aberration)

　　畸變是輸入信號(hào)預(yù)計(jì)響應(yīng)或理想響應(yīng)的任何幅度偏差。在實(shí)踐中，在快速波形轉(zhuǎn)換之間通常會(huì)立即發(fā)生畸變，其表現(xiàn)為所謂的“減幅振蕩”。沒(méi)有規(guī)定極限畸變的高頻探頭可以提供使人完全誤解的測(cè)量。存在畸變可以說(shuō)明嚴(yán)重失真的帶寬和滾降(roll-off)特性。