示波器探頭的選擇和作用及原理

　　示波器因為有探頭的存在而擴(kuò)展了示波器的應(yīng)用范圍，使得示波器可以在線測試和分析被測電子電路，如下圖：

　　示波器探頭的作用

　　探頭的選擇和使用需要考慮如下兩個方面：

　　其一：因為探頭有負(fù)載效應(yīng)，探頭會直接影響被測信號和被測電路;

　　其二：探頭是整個示波器測量系統(tǒng)的一部分，會直接影響儀器的信號保真度和測試結(jié)果。

　　01、探頭的負(fù)載效應(yīng)

　　當(dāng)探頭探測到被測電路后，探頭成為了被測電路的一部分。探頭的負(fù)載效應(yīng)包括下面3部分：

　　阻性負(fù)載效應(yīng);

　　容性負(fù)載效應(yīng);

　　感性負(fù)載效應(yīng)。

　　探頭的負(fù)載效應(yīng)

　　阻性負(fù)載相當(dāng)于在被測電路上并聯(lián)了一個電阻，對被測信號有分壓的作用，影響被測信號的幅度和直流偏置。有時，加上探頭時，有故障的電路可能變得正常了。一般推薦探頭的電阻R>10倍被測源電阻，以維持小于10%的幅度誤差。

　　探頭的阻性負(fù)載

　　容性負(fù)載相當(dāng)于在被測電路上并聯(lián)了一個電容，對被測信號有濾波的作用，影響被測信號的上升下降時間，影響傳輸延遲，影響傳輸互連通道的帶寬。有時，加上探頭時，有故障的電路變得正常了，這個電容效應(yīng)起到了關(guān)鍵的作用。一般推薦使用電容負(fù)載盡量小的探頭，以減小對被測信號邊沿的影響。

　　探頭的容性負(fù)載

　　感性負(fù)載來源于探頭地線的電感效應(yīng)，這地線電感會與容性負(fù)載和阻性負(fù)載形成諧振，從而使顯示的信號上出現(xiàn)振鈴。如果顯示的信號上出現(xiàn)明顯的振鈴，需要檢查確認(rèn)是被測信號的真實特征還是由于接地線引起的振鈴，檢查確認(rèn)的方法是使用盡量短的接地線。一般推薦使用盡量短的地線，一般地線電感=1nH/mm。

　　探頭的感性負(fù)載

　　02、探頭的類型

　　示波器探頭大的方面可以分為：無源探頭和有源探頭兩大類。無源有源顧名思義就是需不需要給探頭供電。

　　無源探頭細(xì)分如下：

　　低阻電阻分壓探頭;

　　帶補(bǔ)償?shù)母咦锜o源探頭(常用的無源探頭);

　　有源探頭細(xì)分如下：

　　單端有源探頭;

　　差分探頭;

　　電流探頭

　　常用的高阻無源探頭和有源探頭簡單對比如下：

　　有源探頭和無源探頭對比

　　低阻電阻分壓探頭具備較低的電容負(fù)載(<1pf)，較高的帶寬(>1.5GHz)，較低的價格，但是電阻負(fù)載非常大，一般只有500ohm或1Kohm，所以只適合測試低源阻抗的電路，或只關(guān)注時間參數(shù)測試的電路。

　　低輸入電阻探頭結(jié)構(gòu)

　　帶補(bǔ)償?shù)母咦锜o源探頭是常用的無源探頭，一般示波器標(biāo)配的探頭都是此類探頭。帶補(bǔ)償?shù)母咦锜o源探頭具備較高的輸入電阻(一般1Mohm以上)，可調(diào)的補(bǔ)償電容，以匹配示波器的輸入，具備較高的動態(tài)范圍，可以測試較大幅度的信號(幾十幅以上)，價格也較低。但是不知之處是輸入電容過大(一般10pf以上)，帶寬較低(一般500MHz以內(nèi))。

　　常用的無源探頭結(jié)構(gòu)

　　帶補(bǔ)償?shù)母咦锜o源探頭有一個補(bǔ)償電容，當(dāng)接上示波器時，一般需要調(diào)整電容值(需要使用探頭自帶的小螺絲刀來調(diào)整，調(diào)整時把探頭連接到示波器補(bǔ)償輸出測試位置)，以與示波器輸入電容匹配，以消除低頻或高頻增益。下圖的左邊是存在高頻或低頻增益，調(diào)整后的補(bǔ)償信號顯示波形如下圖的右邊所示。

　　無源探頭的補(bǔ)償

　　高壓探頭是帶補(bǔ)償?shù)臒o源探頭的基礎(chǔ)上，增大輸入電阻，使得衰減加大(如：100:1或1000:1等)。因為需要使用耐高壓的元器件，所以高壓探頭一般物理尺寸較大。

　　高壓探頭的結(jié)構(gòu)

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