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示波器的探头

即使是最先进的仪器,其精度也取决于输入仪器的数据。探头功能与示波器相结合,作为测量系统的一部分操作。精密测量始于探头尖端。与示波器和被测器件(DUT)紧密配合的探头不仅可以把信号干净地带入示波器,还可以放大和保持信号,实现最高的信号完整性和测量精度。

为保证准确地重建信号,在选择与示波器配套使用的探头时,应尽量选择超过信号带宽五倍的探头。

探头实际上变成了电路的一部分,引入了电阻、电容和电感负荷,不可避免地会改变测量。为实现最准确的结果,我们的目标是选择负荷最低的探头。探头与示波器的理想组合,将使这种负荷降到最低,使您能够利用示波器的所有处理能力、特性和功能。

在连接中要考虑的另一个因素是探头的外形。小型探头可以更简便地接入当前密集封装的电路。下面简要介绍了探头类型。


无源探头

为测量典型信号和电压电平,无源探头以经济的价格提供了杰出的易用性和多种测量功能。无源电压探头与电流探头配套使用,为测量电源提供了理想的解决方案。大多数无源探头拥有某种衰减因数,如10X、100X、等等。按照惯例,衰减因数(如10X衰减器探头的衰减因数)在因数后面有一个X。相比之下,放大因数(如X10)则在前面有一个X。

与1X探头相比,10X (读作“10倍”)衰减器探头降低了电路负荷,是一种完美的通用无源探头。信号源频率越高,阻抗越高,电路负荷影响越大,因此在选择探头前,一定要分析这些信号/探头负荷交互。10X衰减器探头改善了测量精度,同时也把示波器输入上的信号幅度降低了10倍。由于它衰减信号,因此10X衰减器探头很难观察小于10毫伏峰峰值的信号。1X探头与10X衰减器探头类似,但没有衰减电路。由于没有这条电路,被测电路会引入更多的干扰。

可以使用10X衰减器探头作为通用探头,但保留1X探头,测量低速度、低幅度信号。某些探头拥有方便的功能,探头尖端可以在1X和10X衰减之间方便地切换。如果探头有这种功能,在进行测量前要先确认使用的设置是否正确。许多示波器可以自动检测使用的是1X探头还是10X探头,并相应地调节屏幕读数。但在某些示波器中,必须设置正在使用的探头类型,或在伏特/格控制功能中读出正确的1X或10X标记。

10X衰减器探头的工作方式是均衡探头的电气属性与示波器的电气属性。在使用10X衰减器探头前,必需为特定示波器调节这一均衡。这种调节称为探头补偿,本入门手册“运行示波器”一节更详细地进行了介绍。

图40.jpg

无源探头(如图40所示)提供了完美的通用探测解决方案。但是,通常无源探头不能准确地测量拥有超快速上升时间的信号,可能会给灵敏的电路带来过高的负荷。信号时钟速率和边沿速度稳步提高,需要速度更高、负荷效应更低的探头。在测量高速信号和/或差分信号时,高速有源探头和差分探头提供了理想的解决方案。

有源探头和差分探头

信号速度不断提高及逻辑家族电压不断降低,使得设计人员很难实现准确的测量结果。信号保真度和设备负荷是关键问题。在这么高的速度上,完整的测量解决方案包括高速、高保真探测解决方案,以与示波器的性能相匹配,如图41所示。

图41.jpg

有源和差分探头采用专门研制的集成电路,在示波器接入和传输过程中保留信号,保证信号完整性。为测量快速上升时间的信号,高速有源探头或差分探头将提供更准确的结果,如图42所示。

较新的探头类型能够使用一个设置,获得三种测量,而不用调节探头尖端连接。这些探头可以从同一个探头设置中,进行差分测量、单端测量和共模测量。

逻辑探头

图43所示的逻辑探头提供了两个8通道适配夹。每条通道末端有一个探头尖端,带有嵌入式接地,简化了与被测器件的连接。每个适配夹第-条通道上的同轴电缆颜色为蓝色,识别起来非常简便。常用接地采用车用连接器样式,可以简便地制作定制接地,连接到被测器件上。在连接到方形针脚时,您可以使用适配器,连接到探头头部,与探头尖端齐平延长探头接地,从而可以连接到头部。这些探头提供了杰出的电气特点及最低的电容负荷。

专用探头

除_上面提到的探头类型外,还有许多其它专用探头和探测系统,包括电流探头、高压探头、光学探头、等等。

探头附件

许多现代
示波器提供了输入内置的专用自动功能及配对的探头连接器。在智能探头接口中,把探头连接到仪器上时,会把探头的衰减因数通知示波器,然后示波器会确定画面量程,从而可以在屏幕上把探头的衰减表示为读数。某些探头接口还识别探头类型,即无源探头、有源探头或电流探头。接口可以作为探头的DC电源使用。有源探头有自己的放大器和缓冲电路,要求DC电源。

另外还提供了地线和探头尖端附件,在测量高速信号时改善信号完整性。地线适配器在探头尖端与到DUT的地线连接之间提供了灵活的间距,同时从探头尖端到DUT保持非常短的地线长度。

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