示波器探頭原理-示波器探頭的工作原理
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示波器探頭類型
我們已經(jīng)研究了10：1和1：1兩種探頭，此外還有多種其它類型的通用探頭。
可切換式示波器探頭
這種探頭將10：1探頭和1：1探頭容為一體，使用起來非常方便，在一般情況下最好使用10：1檔，因為在這一檔探頭對被測電路的負(fù)載效應(yīng)小，而且頻帶寬。而1：1檔則可在測量低頻低電平信號時使用。
衰減器示波器探頭
另一種常用的衰減器探頭為100：1探頭，其輸入電容較低，典型值為2.5pF，輸入電阻為20MW，探頭的額定電壓值很高，典型值為4KV。因此這種探頭適合于在測量高壓變換器等電壓很高的場合使用。
FET示波器探頭
這是一種可在高頻下使用的有源探頭，其使用頻率可達(dá)650MHz。其輸入電容可低達(dá)1.4pF，因此特別適合于在具有很高源阻抗的電路中測量快速瞬變，或者其它要求探頭負(fù)載效應(yīng)最小的場合。由于采用有源設(shè)計方案，所以FET探頭也可用于1：1的情況，仍具有極低的輸入電容。
電流示波器探頭
顧名思義，使用這種探頭時示波器上顯示的是導(dǎo)體中的電流而不是其上的電壓。在這種探頭的頭上裝有一個電流感應(yīng)變壓器，使用時只要把探頭卡到電纜導(dǎo)線上而無需切斷電路，探頭獲得的信號首先變換成電壓，再經(jīng)過比例變換后送到示波器的端，這時示波器顯示的單位為A/格或mA/格。探頭的頻率范圍可達(dá)70MHz以上。
使用電流探頭以后，具有數(shù)學(xué)處理能力的示波器就可以通過將電壓波形和電流波形相乘來進(jìn)行功率的測量，詳細(xì)情況見2.3節(jié)。
隔離放大器
隔離放大器雖然不是一般意義下的探頭，但我們可以把它看成是一種用來把示波器測量點(diǎn)和地電位隔離開來的特殊類?quot;探頭"。這種"探頭"之所以必要是因為，除非使用電源隔離變壓器或者電池來為示波器供電，不然的話，示波器的輸入?yún)⒖嫉鼐€總是在地電位，采用隔離放大器還使我們能夠測量疊加于很大的共模電壓之上的小信號（見圖47）。隔離放大器的輸入單元整個由塑料構(gòu)成。并由電池供電，以保證安全。隔離放大器大都應(yīng)用在電力和控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。
圖47 具有共模電壓的電路
帶有命令開關(guān)的示波器探頭
在探頭方面的一項最新改進(jìn)是針對使用探頭進(jìn)行大量測試工作的用戶。在PM3094和PM3394A系列的示波器中，F(xiàn)luke公司采用了一項稱為探頭命令開關(guān)的新技術(shù)，為此在探頭體上裝了一個小開關(guān)，使用空虛開關(guān)可以啟動預(yù)選的功能，如啟動自動設(shè)置，或者從設(shè)置存儲器中選擇另一組設(shè)置參數(shù)，在組合示波器中命令開送還可以用來啟動"接觸、保持和測量"功能，即進(jìn)行一次采集，將波形凍結(jié)并根據(jù)存貯的波形進(jìn)行多咱參數(shù)的測量。
4.3 其它附件
示波器還可配備多種附件，其中有些附件是為了使示波器適合于在某種測量環(huán)境下使用，例如：接口，上架機(jī)件及軟件包，而另一些附件則有助于方便、有條有理的攜帶示波器及探頭或者有助于專門的測量工作。
視頻行選擇器
這個附近件對于視頻工程師的工作是極理想的工具。它能生成行、場及幀同步脈沖用以觸發(fā)示波器，使得視頻工程師可以對某一視頻行的各部分進(jìn)行研究。通過開關(guān)可以觀察行的另碼，當(dāng)該行到來時示波器就觸發(fā)。
某些型號的示波器，如PM3394A具有內(nèi)置式的視頻行選擇器。這時，此功能的控制機(jī)構(gòu)則為示波器控制機(jī)構(gòu)的一部分。
終端負(fù)載
當(dāng)測量低阻抗系統(tǒng)時，示波器必須配以正確的終端負(fù)載以避免信號失真。某些示波器的輸入端可以由開關(guān)切換成50Ω的輸入阻抗。對于沒有這種功能的示波器則可使用這種終端負(fù)載附件來和示波器的輸入端配合使用，終端負(fù)載的衰減系數(shù)有1：1、10：1及100：1多咱。此外還有75Ω規(guī)格的終端負(fù)載可供其它視頻系統(tǒng)使用。
示波器探頭接口
在示波器最常見的接口是RS-232接口和GPIB接口（詳見2.4節(jié)），使用這些接口可以將數(shù)據(jù)傳給示波器或者從示波器取出，雖然通過接口傳送波形可能只限于數(shù)字存儲示波器，但是模擬示波器也可配備接口以便對示波器的設(shè)置進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
電池和逆變器
這些附件使臺式示波器可以在沒有市電的場合，如車輛或收音機(jī)中使用，還能使示波器能進(jìn)行對地浮置的測量。這也意味著，當(dāng)被測系統(tǒng)處于地電位時，使用這類附件可以避免地回路。
其它配件
攜帶箱可在運(yùn)輸時保護(hù)示波器，這對于經(jīng)常外出施行的用戶非常有價值。
附件盒可以和示波器配套，保存探頭及其它小的附件。由于探頭應(yīng)當(dāng)按照它所配用的示波器來調(diào)整，所以給示波器配以附件盒是非常有用的。
保護(hù)罩可以保護(hù)示波器的前面板不致?lián)p傷和弄臟。
示波器可以使用戶很方便的在實驗室的不同地點(diǎn)經(jīng)常流動使用示波器，并且常常還要以有來存放附件及硬考設(shè)備。有些示波器還可以再配備附加的存儲器盒，暈樣當(dāng)示波器開機(jī)后就可以恢復(fù)關(guān)機(jī)關(guān)原來的設(shè)置狀態(tài)。
4.4 軟件
可供用戶使用的軟件包有很多種，其中有些用來進(jìn)行簡單的波形傳送及在計算機(jī)中存貯波形；而另一些軟件則有來進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析。下面介紹若干專門為測度儀器設(shè)計的軟件包的實例。
圖48 視頻行選擇器和選擇的視頻行信號
通訊軟件
有多種軟件包可以實現(xiàn)將波形從示波器傳送到PC機(jī)，并將其存貯在PC機(jī)的硬盤上。示波器捕獲的波形可以和示波器的設(shè)置一起在PC機(jī)的屏幕上顯示出來，而且還能將這些信息存貯在硬盤上便隨時調(diào)用。
有些軟件包還能將波形由計算機(jī)送回給示波器作為參考波形使用。如果對傳送時間的要求不苛刻，通常使用RS-232接口來實現(xiàn)示波器與計算機(jī)之間的連接。這是因為每個PC機(jī)上都有RS-232接口，使用非常方便。某些軟件包還能以HP-GL文件的形式傳送和存貯波形。使用市場上已有的文字處理軟件可以把這種文件作為圖形直接編入文件中去，本書中大量的屏幕波形圖就是這樣生成的。
另一些軟件包，如Any Wave給示波器增添了寶貴的自動測試功能。例如，可以使用這類程序生成測試的范圍（樣板），定義出上限和下限的波形曲線，然后就可以用這個測試樣板作為參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行立即的、自動的通過/不通過測試。測量的波形可以通過RS-232或者IEEE通訊接口傳送給PC機(jī)，并將不通過的波形自動存貯下來。
對于裝有樣板測試功能的示波器來說Any Wave軟件也使得測試包絡(luò)的生成更加容易，使用PC機(jī)的鍵盤和鼠標(biāo)就可以對包絡(luò)進(jìn)行編輯。如果愿意，也可以從一個采集到的波形出發(fā)來生成包絡(luò)。
除此之外，Any Wave軟件還可用來為任意波形發(fā)生器生成波形描述數(shù)據(jù)。
存貯的波形還可以用統(tǒng)計圖表軟件包或者專門的分析軟件來進(jìn)行處理。
編程環(huán)境軟件
這些軟件包能為使用標(biāo)準(zhǔn)編程語言，如"Quick-Basic"或"C"等編寫測試程序提供一種編程環(huán)境。在這種編程環(huán)境下，應(yīng)用程序的開發(fā)工作變得更加容易、更加有效、更加迅速。使用諸如TestTeam和Lab Windows等軟件包，則可以提供各種儀器的驅(qū)動程序，使編程工作進(jìn)一步簡化，這些軟件包不僅能支持示波器的應(yīng)用，而且有助于在使用諸如多表表、信號發(fā)生器、程控電源、頻率計和信號并關(guān)等多種儀器時編寫測試程序。暈樣編寫的程序可以在TestTeam的環(huán)境下執(zhí)行，也可以轉(zhuǎn)換成獨(dú)立的可執(zhí)行文件來控制測試系統(tǒng)。
示波器探頭的工作原理
示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變電信號轉(zhuǎn)換成圖像，顯示在熒光屏
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