測試測量關鍵基礎之示波器（一）

　　Rprobe在改善頻響的同時會和示波器輸入電阻產(chǎn)生一個分壓，所謂10：1的分壓就是指示波器實際測量到的電壓是探頭前端處電壓的1/10，也就是信號經(jīng)過探頭會有一個10倍衰減。比較簡單的探頭需要手工設置示波器的探頭衰減倍數(shù)來得到正確的顯示，更多的探頭在和示波器連接端有一個自動檢測的針腳，當探頭插上時示波器可以通過這個pin讀出探頭的衰減比，并自動調(diào)整顯示的比例。

　　高阻無源探頭中還有2個特殊的種類。一類是高壓探頭，其衰減比可達100:1或1000:1，所以測量電壓范圍很大；還有一類是1:1的探頭，即信號沒有衰減就進入示波器，由于不象10：1的探頭那樣需要示波器再放大顯示，所以示波器本身的噪聲沒有放大，測量的噪聲會小很多，在小信號和電源紋波的測量場合應用很多。

　　高阻無源探頭的優(yōu)點是便宜，因為成本不高，同時輸入阻抗高，測量范圍大，連接方便，所以廣泛應用于通用測試場合。但是隨著測試頻率的提高，各種二階寄生參數(shù)很難控制，僅僅靠簡單的匹配電路已經(jīng)不能把帶寬再提高了，所以高阻無源探頭的帶寬一般都在600MHz以下。

　　另一種無源探頭是低阻無源探頭，這是最不常用的一種探頭，但有其自身的特點。以下是這種探頭的原理框圖。

　　低阻無源探頭要求示波器的輸入阻抗為50 歐姆，前端等效串了一個分壓電阻。根據(jù)串阻阻值的不同，可以實現(xiàn)不同的分壓比，比如串個450 歐姆的電阻就是10：1 的分壓。由于采用50 歐姆的傳輸電纜，示波器端也是50 歐姆的匹配，所以整個探頭的帶寬比較高。如Agilent 的54006A 探頭帶寬可以達6GHz。

　　但是由于探頭的輸入阻抗低（只有500 歐姆或 1k 歐姆），測試中如果并在電路里還是可能對被測信號產(chǎn)生一點影響的，特別對高輸出阻抗的電路，因此應用不是特別廣泛。

　　低阻無源探頭的最大好處是以接近普通高阻無源探頭的價格提供了比較高的測試帶寬（1G～6GHz），缺點主要是輸入阻抗低。

　　前面我們介紹過高阻無源探頭的輸入阻抗高，但帶寬做不高，低阻無源探頭帶寬可以做高但輸入阻抗不高。那么能不能有一種探頭輸入阻抗又高帶寬又高呢？實際上是有的，這種探頭就是有源探頭。

　　其實有源探頭也是個廣泛的說法，是指需要供電的探頭。應用比較廣泛的有源電壓探頭的原理如下。

　　有源探頭的前端有一個高帶寬的放大器，放大器是需要供電的，這也是有源探頭名稱的由來。我們知道放大器的輸入阻抗都是比較高的，所以有源探頭可以提供比較高的輸入阻抗；同時放大器的輸出驅(qū)動能力又很強，所以可以直接驅(qū)動后面50 歐姆的負載和傳輸線。由于50 歐姆的傳輸線可以提供很高的傳輸帶寬，再加上放大器本身帶寬較高，所以整個探頭系統(tǒng)相比無源探頭就可以提供更高帶寬。

　　我們可以看到有源探頭的所有優(yōu)異特性都是由其前端的放大器帶來的，但是這個高帶寬的放大器造價很高，而且又要放在探頭前端有限的空間內(nèi)，因此實現(xiàn)成本很高。一般無源探頭的價格都是幾百美金左右，而有源探頭的價格普遍在幾千美金量級，所以有源探頭一般用在需要高的測量帶寬的場合。

　　但是有源探頭也不是沒有缺點，限制有源探頭廣泛應用的除了價格因素外，另外一個原因在于其有限的動態(tài)范圍。我們知道象這種高帶寬放大器的輸入電壓范圍是不可能很大的，所以它不可能象無源探頭有那么大的測量范圍。一般常用的10：1的無源探頭的動態(tài)范圍普遍在幾百伏，而一般有源探頭的典型動態(tài)范圍都在幾伏左右，所以應用場合會有一些限制。

　　有源探頭里還有一個分支是差分有源探頭，區(qū)別在于其前端的放大器是差分放大器。差分放大器的好處是可以直接測試高速的差分信號，同時其共模抑制比高，對共模噪聲的抑制能力比較好。

　　還有一種有源探頭是電流探頭，電流探頭使的前端有一個磁環(huán)，使用時這個磁環(huán)套在被測的供電線上。由于電流流過電線所產(chǎn)生的磁場就被這個磁環(huán)收集到，磁通量和電線上流過的電流成正比。磁環(huán)內(nèi)部有一個霍爾傳感器，可以檢測磁通量，其輸出電壓和磁通量成正比。因此，電流探頭的輸出電壓就和被測電線上流過的電流成正比。典型電流探頭的轉(zhuǎn)換系數(shù)是0.1V/A 或 0.01V/A。

　　電流探頭的主要好處是不用斷開供電線就可以進行電流測量，同時由于其基于霍爾效應，所以即可以進行直流測量，也可以用于交流測量。電流探頭的典型應用場合是系統(tǒng)功率測量、功率因子測量、開關機沖擊電流波形測量等。電流探頭的主要缺點在于其小電流的測量能力受限于示波器的底噪聲，所以小電流測量能力有限。一般小于10mA 的電流就很難測量到了。（完）