示波器探头浅谈

2014-10-13 13:44:26来源: newmaker 关键字:示波器  探头  传输信号
一个理想的探头应当易于连接,具有可靠而安全的触点、不会降低其传输信号的质量或者造成失真、具有线性的相位行为、无衰减、具有无限的带宽、高的抗噪性能以及不会成为信号源的负载。然而,实际上所有这些属性均不可能绝对实现,而且某些情况下离所要求的测量情况还会有很大的差距。实际应用中,需要测量的信号往往难以获取,其阻抗变化可能非常大,整体设置对噪声非常敏感而且依赖于频率,带宽有限,而且信号传播的差异会在多个测量通道之间引起轻微的时间偏差(相位和时间偏差)。

幸运的是,示波器制造商竭尽全力将与探头相关的影响降至最低,使其能够更容易连接到电路,而且性能更可靠。比如,一只手拿着探头而另一只手操作示波器的方式是很难做到的。

因此,R&S RTO系列示波器的有源探头让用户能够利用探头上的一个按钮来控制示波器功能,而且包含许多功能的控制。该测量仪器上还具备一个称为R&S ProbeMeter的集成电压计,可以进行比传统示波器通道更为准确的DC测量。

电压探头以及AC或者AC/DC电流探头是两款基本的探头类型。但是还存在许多专为具体测量任务而设计的其它探头,包括设计用于数字电路逻辑状态故障排解的逻辑探头。环境探头设计为可以在广泛的温度范围下工作,而温度探头可以用来测量组件的温度,并且可以用在很可能出现高温的电路中。另外还有设计用于晶片级探测站中的探头,以及将光信号转换为电信号的光学探头,使得能够在示波器上查看光学信号,某些特定的探头还可用于测量高电压。

示波器探头分类

无源探头

无源探头是最简单而且价格最便宜的探头类型,可以提供大部分必需的测量功能。无源探头本质上由电线和接头所构成,而当需要衰减时,还会具备电阻和电容。无源探头中不存在有源组件,所以无需示波器提供电源也能进行工作,本质上非常耐用。

1X(“单倍”)探头是指探头具有与示波器相同的动态范围,而衰减探头则是通过将信号电平衰减 10 倍、100 倍甚至更高的倍数,从而扩展仪器的测量范围。最为通用的探头是 10X 类型的探头,因为它所造成的负载效应很低,而且提供更大的电压测量范围。10X 探头是许多仪器的典型“标配”探头。

连接至示波器 1M欧姆输入端的 1X 无源高阻抗探头具有很高的灵敏度(小衰减),而将 10:1 的无源高阻抗探头连接到示波器的 1M 欧姆输入端时,可以提供比 1X 探头更宽广的动态范围、更高的输入阻抗以及更低的电容。将 10:1 无源低阻抗探头连接至示波器的 50 欧姆输入端时,其阻抗几乎不随频率变化而变化,但由于其标称阻抗为 500 欧姆,因此会成为信号源的一个明显负载。

当信号幅值相当低时,便需要采用1X探头;但对于中低幅值成分混合的信号,采用1X/10X衰减比可调探头则更为方便。无源探头的典型带宽范围为小于100 MHz ~ 500 MHz。对于50欧姆环境中所遇到的高速(高频)信号,需要采用50欧姆的探头,其带宽可达数千兆赫兹,上升时间可达100 ps甚至更快。

无源探头中包含一个低频调整控件,在探头连接至示波器时使用。低频补偿用于使探头的电容与示波器输入端的电容相匹配。高频调整控件仅适用于50 MHz以上的工作频率。特定供应商用于更高频率的无源探头会在出厂前完成调整,所以仅须执行低频调整。而有源探头则无须执行这些类型的调整,因为它们的属性和补偿均在出厂前便已确定

有源探头

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有源探头的优点包括对信号源的负载很低,探头尖端具有可调的直流偏置(对直流电平上叠加的交流信号具有高分辨率),以及能够被示波器自动识别,无须手动调节。有源探头具有单端型及差分型两种类型。有源探头采用了诸如场效应晶体管等有源元件,其输入电容非常低,对于在大频率范围内保持高输入阻抗来说很有好处。它们还可以用来测量阻抗未知的电路,并且允许使用更长的接地线。由于有源探头的负载极低,所以当连接至高阻抗电路时(无源探头的负载相对来说过大),有源探头是必不可少的。

然而,有源探头中的集成缓冲放大器只能在有限的电压范围内工作,而有源探头的阻抗取决于信号的频率。此外,虽然有源探头可以用来处理上千伏特的电压,但其毕竟是有源器件,机械可靠程度比不上无源探头。

差分探头

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尽管可以对各个信号采用单独的探头进行探测并测量出差分信号,但最佳方法仍然是采用差分探头。差分探头利用内置的差分放大器对两个信号进行相减,因此仅占用一个示波器通道,而且还能在比单端型探头更宽广的频率范围内提供足够高的 CMRR(共模抑制比)性能。差分探头可以使用在单端和差分应用中。
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关键字:示波器  探头  传输信号

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1013/article_9671.html
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