被測信號的頻率如何選擇合適帶寬的探頭？

探頭是我們觀測波形的第一步，它是連接被測設(shè)備與示波器輸入端的電子部件，工程師每天都會使用它捕獲波形，進(jìn)行測試分析。但是你了解探頭的那些重要參數(shù)嗎？

一、帶寬

在我們選擇探頭時，首先要看的參數(shù)就是帶寬，探頭和示波器的帶寬定義是一樣的。如圖 1 所示，帶寬所指的頻率是正弦波信號衰減到 -3dB（即高頻處增益下降到 0.707）時的頻率。

圖 1 -3dB 衰減示意圖

那么我們?nèi)绾胃鶕?jù)被測信號的頻率來選擇合適帶寬的探頭呢？

以 1MHz 的方波為例，由于 1MHz 的方波是由 1MHz、3MHz、5MHz、7MHz.。..。. 等正弦波疊加而成，想要得到較為完整的方波信息，最少需要 5 次諧波分量，而且如果想要獲得更加準(zhǔn)確的信息，就需要能夠測量到更多的諧波分量。所以選擇示波器和探頭帶寬時至少要選擇被測量方波信號的 5 次諧波頻頻率以上的帶寬。

二、阻抗匹配

探頭輸入阻抗相當(dāng)于在被測電路上并聯(lián)了一個電阻，對被測信號有分壓和增加負(fù)載的作用，選擇不當(dāng)會影響被測信號的幅度和直流偏置。探頭的輸入阻抗要與所用示波器的輸入阻抗匹配，以減小對被測電路的負(fù)載作用。另外還需要注意輸入阻抗會隨著頻率的增加而下降。

例如我們在用探頭 X10 檔測量信號，隨信號頻率增加，容性負(fù)載影響越明顯，造成探頭與示波器的阻抗不匹配，影響測量結(jié)果。為了消除這種影響，我們需要通過探頭端的可調(diào)電容進(jìn)行補償調(diào)節(jié)，消除低頻或高頻增益。如圖 2 所示：

圖 2 探頭補償調(diào)節(jié)

三、探頭衰減比

在使用示波器探頭的時候，都會看到上面有標(biāo)注衰減系數(shù)，典型的衰減系數(shù)是 1X、10X 和 100X。衰減系數(shù)指的是探頭信號幅值的衰減比例，例如 1X 的探頭就沒有對信號進(jìn)行衰減，而 10X 的探頭就會將信號幅值降到原本的 1/10。需要注意的是在使用探頭的時候，需要根據(jù)探頭的衰減系數(shù)在示波器上設(shè)置好對應(yīng)的比例，才能得到真實的數(shù)值，如圖 3 所示。

圖 3 探頭比率設(shè)置

有的探頭上面有 1X/10X 或 50X/500X 這樣的可選檔位，在我們測試的時候檔位的選擇會對測試有什么影響呢？

我們以 ZP1500D 高壓差分探頭為例，圖 4 為其參數(shù)配置，一般來說不同的檔位對應(yīng)的帶寬是不同的。ZP1500D 的 X50 檔配合 5MHz 帶寬，適合測量低頻信號，而 X500 檔位配合 100MHz 帶寬，高速信號測量必選。

圖 4 ZP1500D 參數(shù)圖

四、上升時間

上升時間指的是測量信號上升沿（10%~90%）時的最短時間，我們可以把這個參數(shù)理解為對上升沿測試的靈敏度，上升時間越短，靈敏度越高，那么對于被測信號的還原度就越高。

在測量脈沖信號上升時間或下降時間時，為了保證合理的精度，探頭和示波器的總上升時間應(yīng)該比被測脈沖塊 3~5 倍。對上升時間比被測脈沖快 3 倍的示波器 / 探頭組合，預(yù)計可以測量 5%誤差范圍內(nèi)的脈沖上升時間。具體我們可以參考圖 5 被測信號上升時間相對于測量系統(tǒng)的測試誤差關(guān)系曲線圖。

圖 5 被測信號上升時間相對于測量系統(tǒng)的測試誤差關(guān)系曲線圖

總結(jié)：

為了保證獲得更好的精度，使用的探頭需要對于電路的影響降低到最小，所以就需要了解探頭相關(guān)參數(shù)的概念，這樣我們在選擇探頭的時候就會更加準(zhǔn)確。而如果探頭選擇錯誤，就會導(dǎo)致波形失真，從而導(dǎo)致測試數(shù)值有偏差。
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