如何根據(jù)使用環(huán)境快速挑選合適的示波器探頭?

　　一、探頭選擇的依據(jù)

　　不同類型的探頭適用于不同的測(cè)量環(huán)境，因此，挑選合適的探頭是開展測(cè)量工作的首要任務(wù)。這首先需要對(duì)要測(cè)量的信號(hào)有清晰的認(rèn)識(shí)。對(duì)于電信號(hào)而言，主要是測(cè)量電壓或者電流，這就需要考慮信號(hào)的頻率高低、振幅大小、測(cè)量對(duì)象的輸出電阻高低，以及是否能夠通過(guò)絕緣進(jìn)行差分測(cè)量等因素。

　　在充分了解測(cè)量對(duì)象的這些特性之后，就能從眾多類型的探頭中做出恰當(dāng)?shù)倪x擇。市場(chǎng)上有多種探頭可供選擇，例如專門用于測(cè)量高電壓、高速信號(hào)或者適用于多種場(chǎng)景的探頭。

　　二、電壓探頭的選擇要點(diǎn)

　　(一)選擇電壓探頭時(shí)需考慮的四個(gè)規(guī)格

　　1,頻率范圍

　　電壓探頭的頻率范圍要依據(jù)可測(cè)量的頻率來(lái)確定。不同的測(cè)量場(chǎng)景對(duì)頻率范圍的要求各異，例如在高頻電路測(cè)量中，探頭需要有較寬的高頻響應(yīng)范圍;而在低頻電路測(cè)量中，探頭的低頻特性則更為關(guān)鍵。

　　2,輸入電壓范圍

　　輸入電壓范圍的確定要考慮可觀測(cè)信號(hào)的最大電壓，并預(yù)留一定余量以應(yīng)對(duì)諸如電涌等情況。若輸入電壓范圍選擇不當(dāng)，可能導(dǎo)致探頭損壞或測(cè)量不準(zhǔn)確。例如在電力系統(tǒng)電壓監(jiān)測(cè)中，瞬間的電壓波動(dòng)(電涌)可能出現(xiàn)，如果探頭輸入電壓范圍沒(méi)有足夠余量，就無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量甚至可能被過(guò)高電壓損壞。

　　3,輸入電阻

　　輸入電阻會(huì)對(duì)測(cè)量對(duì)象產(chǎn)生直流電負(fù)載。如果輸入電阻過(guò)低，會(huì)產(chǎn)生較大直流負(fù)載，進(jìn)而影響電路偏壓。在對(duì)偏壓要求嚴(yán)格的精密電路測(cè)量中，不合適的輸入電阻可能使電路工作點(diǎn)偏移，影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性。

　　4,輸入電容

　　輸入電容會(huì)對(duì)測(cè)量對(duì)象產(chǎn)生交流(高頻)電負(fù)載。當(dāng)輸入電容過(guò)大時(shí)，會(huì)影響高速信號(hào)的上升沿等特性。在高速數(shù)字電路或高頻模擬電路測(cè)量中，高速信號(hào)的上升沿和下降沿是重要測(cè)量參數(shù)，過(guò)大的輸入電容會(huì)使這些參數(shù)畸變，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失真。

　　三、有源探頭與無(wú)源探頭

　　1,有源探頭

　　有源探頭在探頭內(nèi)部前端安裝有半導(dǎo)體元件。其工作原理是信號(hào)衰減后直接輸入到探頭內(nèi)部前端的半導(dǎo)體元件。這個(gè)半導(dǎo)體元件能夠緩沖大容量電纜電容，從而極大地減小輸入電容，降低對(duì)測(cè)量對(duì)象的影響。有源探頭在高電阻、高頻率的測(cè)量環(huán)境下具有明顯優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗苡行б种铺筋^負(fù)載效應(yīng)對(duì)測(cè)量對(duì)象的影響。

　　在差分信號(hào)測(cè)量方面，有源探頭有重要應(yīng)用。例如在CAN、LVDS、高速串行通信等差分信號(hào)測(cè)量中，有源探頭可以去除共模電壓，提取差分信號(hào)。并且在配電電源電路等浮動(dòng)電路或電路GND電阻較高的場(chǎng)合，有源探頭能夠?qū)⑹静ㄆ髋c測(cè)量對(duì)象的GND分離，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。

　　2,無(wú)源探頭

　　無(wú)源探頭的信號(hào)是經(jīng)過(guò)數(shù)米長(zhǎng)的電纜后輸入到示波器的半導(dǎo)體元件中。與有源探頭相比，無(wú)源探頭在輸入電容等性能方面存在劣勢(shì)，但在一些對(duì)成本要求較高、測(cè)量環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單的場(chǎng)景下仍有應(yīng)用價(jià)值。

　　四、電流探頭與電流測(cè)量方法

　　1,電流探頭的特點(diǎn)與測(cè)量原理

　　電流探頭的一大優(yōu)勢(shì)是能夠進(jìn)行非接觸式測(cè)量，這樣不會(huì)對(duì)測(cè)量對(duì)象造成過(guò)大影響，它通過(guò)檢測(cè)要測(cè)量的電流周圍的磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

　　【測(cè)量?jī)x所采用的電流測(cè)量方法】

　　2,采用分流電阻的電流測(cè)量方式

　　這種測(cè)量方式需要切斷有電流流過(guò)的線路，采用分流電阻形成旁路。有時(shí)也采用切斷被測(cè)量導(dǎo)體并插入低值電阻(分流電阻)，然后測(cè)量電阻兩端電壓的方法。但這種方法存在一些問(wèn)題，分流電阻產(chǎn)生的電壓會(huì)影響測(cè)量對(duì)象的工作狀態(tài)，并且在電阻極低時(shí)容易受到寄生電感元件和寄生電容的影響，導(dǎo)致輸出電壓帶有頻率特性。不過(guò)，在可以忽略寄生電感元件和寄生電容影響的低頻情況下，這種方法的測(cè)量精度最高。

　　3,采用電流互感器的電流測(cè)量方式

　　這種方式是在磁芯上纏繞線圈制成CT結(jié)構(gòu)感應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低廉。然而，由于它檢測(cè)的是磁場(chǎng)，所以在原理上無(wú)法檢測(cè)直流電。CT感應(yīng)器的工作原理是：當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體內(nèi)有電流時(shí)，磁芯內(nèi)形成磁通量，為了消除該磁通量，在二級(jí)線圈上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，電流流經(jīng)分流電阻，并且被測(cè)電流與二級(jí)線圈的電流存在一定比例關(guān)系。但由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與單位時(shí)間的磁通量變化成比例，所以無(wú)法檢測(cè)磁通量無(wú)變化的直流電，而且變化速度越慢感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越小，不足以進(jìn)行檢測(cè)。

　　在使用電流互感器時(shí)需要注意其直流重疊特性。因?yàn)镃T感應(yīng)器是在鐵芯等磁芯中纏繞線圈，使其具有電感元件的功能。當(dāng)在電感元件上施加直流磁場(chǎng)后，磁芯的磁導(dǎo)率會(huì)減小，電感元件會(huì)衰減，當(dāng)直流磁場(chǎng)增大到一定數(shù)值時(shí)，磁芯會(huì)飽和，無(wú)法再發(fā)揮電感元件的功能。電流探頭的基本結(jié)構(gòu)與在磁芯上纏繞線圈的電感元件結(jié)構(gòu)相同，所以在有直流電的情況下，電流探頭的特性會(huì)發(fā)生變化，直流電流達(dá)到一定大小后電流探頭就會(huì)失靈，無(wú)法輸出波形。

　　4,使用零磁通門傳感器檢測(cè)直流電流

　　由于CT感應(yīng)器不會(huì)對(duì)直流或低頻電流產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以直流和低頻電流產(chǎn)生的磁通量會(huì)殘留在磁芯內(nèi)。零磁通門方法是在磁芯縫隙內(nèi)安裝霍爾效應(yīng)元件，它能檢測(cè)出該磁通量，同時(shí)將負(fù)反饋電流送入線圈以抵消該磁通量。這種方法能夠有效減少磁芯內(nèi)部的非線性影響，從而實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，并且可以避免CT方法中的直流重疊特性。

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