示波器探头基础入门指南(下)

2015-05-13 12:47:07   来源:ednchina   

关键字: 示波器  探头基础  入门指南

在《示波器探头基础入门指南(上)》一文中,我们主要介绍了示波器探头的种类及其工作原理,接下来我们将介绍示波器探头的主要指标,如何选择示波器探头,以及在示波器探头的使用过程中应该注意哪些问题。

2 示波器探头的主要指标

2.1 带宽

与示波器一样,示波器探头的频响类似一个低通响应。探头的带宽是指探头响应输出幅度下降到70.7%(-3dB)时对应的输入信号频率。
 

pic_01.jpg

图1探头频响及带宽定义

 

当示波器配合探头使用时,示波器+探头就构成了一套测量系统,此测量系统的带宽满足以下公式:

formula_01.jpg

可见,探头带宽越高,对示波器带宽的影响也就越小。一般我们推荐示波器探头的带宽为示波器带宽的1.5倍,即探头带宽略高于示波器带宽。

 

2.2 上升时间

探头的上升时间是指探头对阶跃函数10%-90%的响应时间。一般而言,探头带宽越高,上升时间越短。


与示波器一样,大多数探头的带宽与上升时间满足0.35公式,即:

Trise = 0.35/BWprobe

示波器+探头测量系统的上升时间则满足以下公式:

formula_03.jpg

 

2.3 输入阻抗

探头一般都标注了输入阻抗值,从50Ω至10MΩ甚至更高。探头的输入阻抗会严重影响探头的负载效应(将在第三节中详述)。输入阻抗越大,探头的负载效应越小,对待测电路正常工作影响也就越小。输入阻抗越小,探头的负载效应越大,对待测电路正常工作的影响就越大。

 

2.4 输入电容

输入电容是有源探头的一项关键指标。有源探头的输入电容一般很小,小至pF甚至零点几pF。小的电容会在高的频带上提供较大的输入阻抗,从而减小负载效应。由输入电容导致的输入阻抗公式如下:

Rin = 1/2πfCin

由以上公式可知,Cin越小,探头可以支持更高的带宽f,这也是为什么有源探头相对于无源探头而言可以提供更大的带宽的原因。

 

2.5 衰减比

一般探头都会对探测到的信号进行衰减,然后输送至示波器。最常见的衰减比为10:1,即信号衰减为原始的十分之一,此时衰减比标注为10X。此外,常见的还有1X、100X、1000X探头等。

 

2.6 最大输入范围

探头都有最大输入范围,超过一定输入范围则可能损坏探头。

 

3 示波器探头使用注意事项

3.1 负载效应

探头的负载效应是指被测电路接上探头后,探头与示波器一起组成了待测电路的并联负载,从而吸引一部分电流流入示波器,对原始待测电路上的信号产品影响。如果负载效应很大,则测到的波形与原始波形变化很大,示波器就不能准确测量波形。
 

pic_02.jpg

图2示波器探头接入引起负载效应

 

那么如何评判探头的负载效应呢?一般来说,探头接入的输入阻抗应为待测电路待测点处输出阻抗的10倍以上,此时负载效应较小,测量误差在允许范围以内。

如下图所示:

pic_03.jpg

图3负载效应示例

 

在探头探测前,探测点的电压为5V × 100KΩ/(100Ω+100KΩ)=4.995V。探头探测后,并联了一个1MΩ的阻抗,此时探测点的电压为:

5V × (90.9k)/[100+(90.9k)] = 4.994V
      
此时,探头引入的负载效应仅为0.001V,可以忽略不计。如果待测点的输出阻抗更高,则需要使用更高输入阻抗的探头。

 

值得一提的是,当我们测试由信号源输出的射频信号时,一般使用的是50Ω传输线缆。50Ω的传输线缆与信号源输出阻抗(50Ω)相匹配,使功率最大的传输至示波器,从而保证了测量精度。
      
 

而在某些时候,工程师希望测试电路板上某个探测点处的频谱,往往使用剪断的50Ω传输线缆,在剪断处剥离地和传输芯,用以接触探测点。线缆另一端则连接至频谱仪。

pic_04.jpg

图4前段剥离的50Ω传输线缆

 

这种做法则是不可取的,电路板上的探测点与射频源的输出不同,由于传输线的50Ω低阻抗,会对测试点处引入较大的负载效应。正确的做法是,使用高输入阻抗的探头取代50Ω传输线缆,与频谱仪连接。      
      

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0513/article_11746.html
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