無源探頭和有源探頭的區(qū)別是什么

當(dāng)您購買中低檔示波器時，通常每個示波器通道會標(biāo)配一個高阻抗無源探頭。相比有源探頭而言，無源探頭更堅固、更便宜。示波器輸入端接 1 M的阻抗時，它們能提供寬動態(tài)范圍和超過 500 MHz 的帶寬。

對于是否需要標(biāo)準(zhǔn)無源探頭以外的其他探頭，您可能會碰到一個難題?？紤]到標(biāo)準(zhǔn)的無源探頭是針對大范圍探測連接而設(shè)計的通用工具，如果要測量具有快速上升/下降時間的高速信號，建議采用具有足夠帶寬的有源探頭。同樣，差分或電流信號的測量也好采用有源差分或電流探頭。因此，可以考慮專用的或在小范圍內(nèi)有更好表現(xiàn)的有源探頭。

單端、差分或多模

示波器在測量信號時以一個公共參考點（即接地）作為基準(zhǔn)。使用示波器和標(biāo)準(zhǔn)單端探頭測得的信號，等于被測器件的特定點與接地之間的電勢差。

如果您需要測量電路中不同元器件上的電壓，而這些元器件未與接地連接，那么您需要進行差分測量。對此，您需要使用差分探頭。由于差分探頭內(nèi)的差分放大器會放大兩個探測點之間的信號差，因此，它會抑制兩點上共有的電壓，并將兩個點之間的電勢差提取到示波器的輸入。

差分探頭是高帶寬示波器用戶的常用工具，但該探頭很難顯示組成差分信號的單獨分量。為了測量差分信號的單端和共模分量，用戶迫切需要一款具有高速數(shù)據(jù)信號測量功能的示波器探頭。

帶寬

示波器和探頭的帶寬被定義為幅度降低 3dB 時的頻率響應(yīng)。大多數(shù)帶寬指標(biāo)為 1 GHz 或更低的示波器或探頭通常具有所謂的高斯響應(yīng)，在 -3dB 頻率約三分之一處開始呈現(xiàn)緩慢的滾降特性。帶寬指標(biāo)超過 1 GHz 的示波器通常具有平坦的頻率或磚墻響應(yīng)，并在 -3dB 點附近具有更為陡峭的滾降特性。

根據(jù)經(jīng)驗，探頭（或示波器）帶寬應(yīng)大于或等于您系統(tǒng)上快信號帶寬的 3 倍到 5 倍，以免造成信號頻率分量的衰減。因此，您必須首先確定哪些是具體信號的快上升或下降時間，并從中推算出信號帶寬。如果您參考的是特定的通信標(biāo)準(zhǔn)，那么您應(yīng)該能夠找到該標(biāo)準(zhǔn)對于快上升/下降時間做出的規(guī)定。確定快上升/下降時間之后，請使用以下公式，根據(jù)您所采用的閾值來確定信號的帶寬。

探頭負(fù)載

當(dāng)您將示波器探頭與電路相連接時，探頭成為被測電路的一部分，探頭的電氣特性會對整個測量系統(tǒng)的響應(yīng)和被測器件的操作帶來影響。探頭將電阻、電容和電感負(fù)載引入到被測器件。

在探頭負(fù)載的這三個來源中，電容性負(fù)載往往麻煩，它會影響到帶寬、上升或下降時間和延遲。電容性負(fù)載通常會改變被測波形的形狀。

這里有一個被測器件的圖表和與被測器件相連的探頭的簡化電氣模型。在理想情況下，V輸入（探頭輸入端的電壓）應(yīng)當(dāng)與 V 源（被測器件在探測之前的電壓）相同。在現(xiàn)實中，由于探頭與被測器件相連，被測器件和探頭的阻抗決定了探頭輸入端的電壓。這是一個簡單的電阻分壓器電路。

探頭噪聲

許多工程師都關(guān)注探頭/示波器的固有噪聲對測量的影響。有多種因素會對測量的噪聲系數(shù)產(chǎn)生影響。不過，您要考慮的一個重要的特性是信噪比。通常，探頭的衰減比越小，會導(dǎo)致信噪比越高、噪聲越低，但同時，它會帶來較低的輸入電阻、較低的動態(tài)范圍和較低的共模范圍等。這之間有一些權(quán)衡。評測探頭噪聲量的一種簡單方法是檢查衰減比和探頭數(shù)據(jù)表或手冊中規(guī)定的探頭的噪聲電平。

探針附件

測量系統(tǒng)的性能由其薄弱的環(huán)節(jié)決定。示波器或探頭的帶寬始終是關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，但是，測量系統(tǒng)不只有示波器和探頭。

事實上，示波器往往“不”是測量系統(tǒng)中薄弱的環(huán)節(jié)。測量系統(tǒng)還包括探頭、電纜、連接器和夾具。這些元素中的每一個都有可能比示波器帶來更大的帶寬損耗。而與探頭和探頭附件不一樣的是，電纜和連接器通常具有非常低的損耗。

探頭響應(yīng)校正

對于高帶寬有源探頭而言，探頭響應(yīng)校正已變得日漸普遍。探頭常見的校正方法是直流調(diào)整，它又引起探頭的直流增益和偏置的調(diào)整。這種方法已用于大量的無源和有源探頭，以便對直流增益和偏置系數(shù)實施妥善補償。

隨著示波器性能提升到幾 GHz 水平，直流校正方法不足以用于高頻響應(yīng)的表征和校正。交流校正是指隨著頻率變化的校正方案，旨在調(diào)整探頭的交流響應(yīng)特性，使之與理想探頭的特性一致，所具有的平坦頻率響應(yīng)達到其額定帶寬（-3dB 點）。在探頭、探頭前端附件和示波器的發(fā)展過程中，制造商準(zhǔn)確地測量多個器件的 S 參數(shù)，對其特性求平均值，并創(chuàng)建出代表常見探頭和示波器系統(tǒng)的校正過濾器。這種形式的校正使得標(biāo)稱校正的準(zhǔn)確度顯著提升，且不會給示波器用戶帶來其他任何不便。

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審核編輯黃宇