探頭在測量過程中最常見的錯誤

理想情況下，所有探頭都應(yīng)該是一條不會對被測設(shè)備產(chǎn)生任何干擾的導線，這樣才能精確復(fù)制被測信號。但現(xiàn)實情況是，探頭會給電路帶來負載效應(yīng)，探頭上的電阻、電容和電感元件可能改變被測電路的響應(yīng)。又因為每個電路不盡相同，每次探測設(shè)備，需要選擇對測量影響最小的探頭，這是成功測量的關(guān)鍵。

以下這些錯誤，是大家在測量過程中最常見的，請牢記它們并在平時的測量中規(guī)避這些錯誤，以便獲得更精準的測量結(jié)果。

探頭在交付之前已進行校準，但沒有針對示波器前端進行校準。如果它們未在示波器輸入端上進行校準，就無法得到測量結(jié)果。有源探頭和無源探頭的情況也略有不同。

若有源探頭沒有針對示波器進行校準，則您將看到垂直電壓測量結(jié)果和上升沿時序（以及可能的一些失真）出現(xiàn)差異。大多數(shù)示波器具有參考或輔助輸出功能，還配有指南來引導您完成探頭校準。

無源探頭可以調(diào)節(jié)探頭的可變電容，使補償與正在使用的示波器輸入完美匹配。大多數(shù)示波器都有可以用于校準或參考的方波輸出。探測這個連接，檢查波形是否為方形。根據(jù)需要調(diào)整可變電容，以消除所有下沖或過沖。

只要將探頭連接到示波器并與設(shè)備接觸，探頭就會成為電路的一部分。探頭對設(shè)備施加的電阻、電容和電感負載效應(yīng)會影響你在示波器屏幕上看到的信號。這些負載效應(yīng)可能會改變被測電路的工作狀態(tài)。探頭的基本電路如下圖：

通常，探針的輸入線或引線越長，帶寬減小得就越大。較窄帶寬的測量可能不會受到太大影響，但在進行較寬帶寬的測量時，特別是在 1 GHz 以上時，需要謹慎選擇使用的探針和附件。隨著探頭帶寬降低，將失去測量快速上升時間的能力。為了進行最準確的測量，最好使用盡量短的探針。另外，保持接地線盡量短并靠近系統(tǒng)接地點，也可以確?？芍貜?fù)和準確的測量。

如果必須在探針上添加導線才能接觸到難以到達的探測點，那么最好為探針添加一個電阻，以減弱所添加的導線引起的諧振。

許多人認為只有在探測差分信號時才使用差分探頭，卻不知道在探測單端信號時也可以使用差分探頭來節(jié)省時間和金錢，同時提高測量的準確性。

差分探頭可以進行與單端探頭相同的測量，并且由于差分探頭在兩個輸入端上有共模抑制，所以差分測量結(jié)果的噪聲大為減少。這將幫助你看到被測設(shè)備信號更優(yōu)的表示，而不會被探測所增加的隨機噪聲誤導。

大電流測量：如果使用鉗形探頭測量大電流（10A - 3000A），那么設(shè)備必須足夠小，鉗形探頭才能夾住它；如果設(shè)備太大鉗形探頭無法夾住，那么工程師可能會想辦法在探頭鉗夾上添加額外的導線，但這會改變被測設(shè)備的特性。

最好的解決方案是使用具有柔性回路探頭前端的大電流探頭，叫做 Rogowski 線圈，可以纏繞到任何設(shè)備上，還能幫你在不添加未知特性元器件的情況下探測設(shè)備，使測量結(jié)果保持高度的信號完整性。其測量范圍涵蓋從 mA 級到數(shù)百 kA 的大電流。但它只測量交流電流，且靈敏度也低于某些電流探頭。

小電流測量：使用垂直標度較大的示波器設(shè)置，可以測量大信號，但小電流信號將被測量噪聲掩蓋；使用較小的垂直標度設(shè)置，那么大信號會削波，測量結(jié)果也將失真并失效。選擇具有足夠靈敏度和動態(tài)范圍的小電流探頭，不僅能夠測量從 μA 到 A 的寬量程，還可以使用多個放大器同時查看大小電流偏差。探頭中的兩個可變增益放大器允許你設(shè)置放大視圖以查看小電流波動，還可以縮小視圖以同時查看大電流尖峰。

直流電源上的紋波和噪聲是由較大直流信號上的小交流信號形成的。當直流偏置較大時，可能需要在示波器上使用較大的每格電壓設(shè)置才能在屏幕上顯示信號。與小交流信號相比，這樣做會降低測量的靈敏度并增加噪聲。如果使用隔直流電容器來解決這個問題，那么將阻隔部分低頻交流內(nèi)容而無法觀察到信號在經(jīng)過設(shè)備上的元器件時發(fā)生的變化。

使用具有較大偏置功能的電源探頭，可以將波形置于屏幕中間，而無需移除直流偏置。這樣可以讓整個波形都顯示在屏幕上，同時保持垂直標度較小且處于放大狀態(tài)。通過這些設(shè)置，你可以查看瞬態(tài)、紋波和噪聲的細節(jié)。

在進行重要測量時，務(wù)必選擇具有足夠帶寬的探頭。帶寬不足會使信號失真，令你很難做出明智的工程測試或設(shè)計決定。

普遍接受的帶寬計算公式為：評測從 10% 到 90% 的上升沿時，帶寬乘以上升時間等于 0.35。

值得注意的是，整個系統(tǒng)帶寬也是需要考慮的重要因素。通過探頭和示波器的帶寬確定系統(tǒng)帶寬。計算公式如下：

探頭和示波器的噪聲可能會導致被測設(shè)備的噪聲顯得更大。選擇具有合適衰減比的探頭，將會減小探頭和示波器所添加的噪聲，從而獲得更準確的信號，更清晰地查看被測設(shè)備的情況。

有一種方法可以簡單地估算探頭噪聲大小，就是從探頭的技術(shù)資料或手冊中檢索該探頭的衰減比和探頭噪聲電平。許多探頭制造商將探頭噪聲描述為等效輸入噪聲（EIN），并以 Vrms 為單位表示。較高的衰減比使您可以測量較大的信號，但缺點是示波器將檢測到這些比率并同時放大信號及其噪聲。