了解示波器探頭,并不是任何探頭都適用所有這些指標(biāo)

本文按字母順序列明了各個指標(biāo)；并不是任何探頭都適用所有這些指標(biāo)。例如，插入阻抗指標(biāo)僅適用于電流探頭；其它指標(biāo) ( 如帶寬 ) 則是通用指標(biāo)，適用于所有探頭。希望本文可以幫助您更好地了解示波器探頭。

1、畸變(通用指標(biāo))

畸變是輸入信號預(yù)計響應(yīng)或理想響應(yīng)的任何幅度偏差。在實踐中，在快速波形轉(zhuǎn)換之間通常會立即發(fā)生畸變，其表現(xiàn)為所謂的“振鈴”。

畸變作為最終脈沖響應(yīng)電平 ± 百分比進行測量或指定。這一指標(biāo)可能還包括畸變的時間窗口，例如：

在前30ns內(nèi)，畸變不應(yīng)超過峰峰值的±3% 或5%。在脈沖測量上看到畸變過多時，在認為畸變是探頭故障來源時，一定要考慮所有可能的來源。例如，畸變實際上是信號源的一部分嗎？還是探頭接地技術(shù)導(dǎo)致的？

觀察到的畸變最常見的來源之一，是疏于檢查及正確調(diào)節(jié)電壓探頭的補償功能。嚴(yán)重過度補償?shù)奶筋^會在脈沖邊沿之后立即導(dǎo)致明顯的峰值。

2、精度(通用指標(biāo))

對電壓傳感探頭，精度一般是指探頭對DC信號的衰減。探頭精度的計算和測量一般應(yīng)包括示波器的輸入電阻。因此，只有在與擁有假設(shè)輸入電阻的示波器一起使用探頭時，探頭精度指標(biāo)才是正確的或適用的。精度指標(biāo)實例如下：

在3%范圍內(nèi)10X ( 對1兆歐±2%的示波器輸入) 對電流傳感探頭，精度指標(biāo)是指電流到電壓轉(zhuǎn)換的精度。這取決于電流變壓器線圈比及端接電阻的值和精度。使用專用放大器的電流探頭的輸出在安培/格中直接校準(zhǔn)，精度指標(biāo)用電流/格設(shè)定值百分比的衰減器精度指定。

3、安培秒乘積(電流探頭)

對電流探頭，安培秒乘積規(guī)定了電流變壓器磁芯的能量處理功能。如果平均電流和脈寬的乘積超過額定安培秒乘積，磁芯會飽和。這種磁芯飽和會導(dǎo)致在飽和過程中發(fā)生的波形部分被削掉或被抑制。如果沒有超過安培秒乘積，那么探頭的信號電壓輸出將呈線性，并保證測量精度。

4、衰減系數(shù)(通用指標(biāo))

所有探頭都有一個衰減系數(shù)，某些探頭可能會有可以選擇的衰減系數(shù)。典型的衰減系數(shù)是1X、10X和100X。衰減系數(shù)是探頭使信號幅度下降的程度。1X探頭不會降低或衰減信號，而10X探頭則會把信號降低到探頭尖端幅度的 1/10。探頭衰減系數(shù)允許擴展示波器的測量范圍。例如，100X探頭允許測量幅度高出100倍的信號。

1X、10X、100X 這些名稱源于以前示波器不會自動傳感探頭衰減及相應(yīng)地調(diào)節(jié)標(biāo)度系數(shù)。例如，10X名稱提醒您所有幅度測量結(jié)果都需要乘以10。當(dāng)前示波器上的讀數(shù)系統(tǒng)自動傳感探頭衰減系數(shù)，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)標(biāo)度系數(shù)讀數(shù)。電壓探頭衰減系數(shù)使用電阻電壓分路器技術(shù)實現(xiàn)。結(jié)果，探頭的衰減系數(shù)越高，輸入電阻一般也越高。另外，分路器效應(yīng)會分隔探頭電容，衰減系數(shù)越高，有效表示的探頭頭部電容越低。

5、帶寬(通用指標(biāo))

所有探頭都有帶寬。10MHz探頭有10MHz的帶寬，100MHz探頭有100MHz的帶寬。探頭的帶寬是指探頭響應(yīng)導(dǎo)致輸出幅度下降到70.7%(-3dB)的頻率。

還應(yīng)指出，某些探頭還有低頻帶寬限制。例如，這適用于AC電流探頭。由于其設(shè)計，AC電流探頭不能傳送DC或低頻信號，因此，必須使用兩個值指定其帶寬，一個值用于低頻，一個值用于高頻。

對示波器測量，真正擔(dān)心的問題是示波器和探頭的綜合總帶寬。這種系統(tǒng)性能最終決定著測量功能。遺憾的是，把探頭連接到示波器上會導(dǎo)致帶寬性能出現(xiàn)一定程度的下降。例如，結(jié)合使用100MHz通用探頭和100MHz示波器時，會導(dǎo)致測量系統(tǒng)的帶寬性能略低于100MHz。為避免整體系統(tǒng)帶寬性能不確定性，泰克指定了無源電壓探頭，以在與指定的示波器型號使用時在探頭尖端上提供規(guī)定的測量系統(tǒng)帶寬。

在選擇示波器和示波器探頭時，要認識到帶寬在許多方面影響著測量精度。

在幅度測量中，隨著正弦波頻率接近帶寬極限，正弦波的幅度會變得日益衰減。在帶寬極限上，正弦波的幅度會作為實際幅度的70.7% 進行測量。因此，為實現(xiàn)最大的幅度測量精度，必需選擇帶寬比計劃測量的最高頻率波形高幾倍的示波器和探頭。

這同樣適用于測量波形上升時間和下降時間。波形轉(zhuǎn)換 ( 如脈沖和方波邊沿 ) 是由高頻成分組成的。帶寬極限使這些高頻成分發(fā)生衰減，導(dǎo)致顯示的轉(zhuǎn)換慢于實際轉(zhuǎn)換速度。為精確地測量上升時間和下降時間，使用的測量系統(tǒng)必需使用擁有充足的帶寬，可以保持構(gòu)成波形上升時間和下降時間的高頻率。最常見的情況下，這使用測量系統(tǒng)的上升時間指明，上升時間一般應(yīng)該比要測量的上升時間快 4-5 倍。

6、電容(通用指標(biāo))

一般來說，探頭電容指標(biāo)是指探頭尖端上的電容。這是探頭在被測電路測試點或被測器件上的電容。探頭尖端電容非常重要，因為它影響著測量脈沖的方式。低頭部電容最大限度地降低了進行上升時間測量的誤差。此外，如果脈沖的時長低于探頭 RC 時間常數(shù)的五倍，會影響脈沖的幅度。

探頭還對示波器輸入表示電容，這只探頭電容應(yīng)與示波器電容相匹配。對10X和100X探頭，這一電容稱為補償范圍，它不同于頭部電容。對探頭匹配，示波器的輸入電容應(yīng)位于探頭的補償范圍內(nèi)。

7、CMRR (差分探頭)

共模抑制比 (CMRR) 是指差分探頭在差分測量中抑制兩個測試點共用的任何信號的能力。這是差分探頭和放大器的一個關(guān)鍵指標(biāo)，其公式為：

CMRR = |Ad/Ac|

其中：Ad = 差分信號的電壓增益，Ac = 共模信號的電壓增益。

在理想情況下，Ad應(yīng)該很大，而Ac則應(yīng)該等于0，因此CMRR無窮大。在實踐中，10,000:1 的 CMRR已經(jīng)被看作非常好了。這意味著將抑制5V的共模輸入信號，使其在輸出上顯示為0.5毫伏。這種抑制對存在噪聲時測量差分信號非常重要。

由于CMRR隨著頻率提高而下降，因此指定CMRR的頻率與CMRR值一樣重要。在高頻上CMRR高的差分探頭要好于在低頻上相同CMRR的差分探頭。

8、衰退時間常數(shù)(電流探頭)

衰退時間常數(shù)指標(biāo)表明了電流探頭支持脈沖的能力。這一時間常數(shù)是次級電感(探頭線圈)除以端接電阻。衰退時間常數(shù)有時稱為探頭 L/R 比。L/R 比越大，在幅度沒有明顯衰退或下落的情況下可以表示的電流脈沖越長。L/R 比越小，在脈沖實際完成前，將看到長時間的脈沖衰落到零。

9、直流(電流探頭)

直流降低了電流探頭線圈磁芯的導(dǎo)磁率。導(dǎo)磁率下降導(dǎo)致線圈電感和 L/R 時間常數(shù)下降，進而會降低低頻的耦合性能，及導(dǎo)致低頻電流測量響應(yīng)丟失。某些AC 電流探頭提供了電流抵償選項，這些選項可以清空DC的效應(yīng)。

10、頻率電流額定值下降(電流探頭)

電流探頭指標(biāo)應(yīng)包括幅度與頻率額定值下降關(guān)系曲線，這一曲線把磁芯飽和與提高的頻率關(guān)聯(lián)起來。頻率提高對磁芯飽和的影響在于，當(dāng)波形頻率或幅度提高時，平均電流為零安培的波形幅度峰值會被削掉。

11、插入阻抗(電流探頭)

插入阻抗是從電流探頭的線圈(二級)轉(zhuǎn)換到被測的攜帶電流的導(dǎo)線 (the primary) 中的阻抗。一般來說，電流探頭反射的阻抗值可以位于幾毫歐范圍內(nèi)，對阻抗為 25 歐姆及以上的電路影響不大。

12、輸入電容 (通用指標(biāo))

探頭尖端上測量的探頭電容。

13、輸入電阻(通用指標(biāo))

探頭的輸入電阻是在零赫茲 (DC) 時探頭置于測試點上的阻抗。

14、最大額定輸入電流(電流探頭)

最大額定輸入電流探頭可以接受、同時仍能實現(xiàn)規(guī)定性能的總電流 (DC 加峰值 AC)。在 AC 電流測量中，必須根據(jù)頻率降低峰到峰額定值，以計算最大總輸入電流。

15、最大額定峰值脈沖電流(電流探頭)

不應(yīng)超過這一額定值，它考慮了磁芯飽和及可能損壞設(shè)備的次級電壓積累。最大額定峰值脈沖電流通常規(guī)定為安培秒乘積。

16、最大額定電壓(通用指標(biāo))

應(yīng)避免接近探頭最大額定值的電壓。最大額定電壓取決于探頭機身或測量點上探頭器件的額定擊穿電壓。

17、傳播延遲(通用指標(biāo))

每只探頭都提供隨信號頻率變化的部分數(shù)量很小的時延或相位位移。傳播延遲是探頭器件及信號通過這些器件從探頭尖端傳送到示波器連接器所需時間的函數(shù)。