你了解探頭的那些重要參數(shù)嗎？

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

01帶寬

在我們選擇探頭時(shí)，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(hào)衰減到-3dB（即高頻處增益下降到0.707）時(shí)的頻率。

圖1 -3dB衰減示意圖

那么如果我們?nèi)绾胃鶕?jù)被測(cè)信號(hào)的頻率來(lái)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(cè)量到更多的諧波分量。所以選擇示波器和探頭帶寬時(shí)至少要選擇被測(cè)量方波信號(hào)的5次諧波頻頻率以上的帶寬。

02阻抗匹配

探頭輸入阻抗相當(dāng)于在被測(cè)電路上并聯(lián)了一個(gè)電阻，對(duì)被測(cè)信號(hào)有分壓和增加負(fù)載的作用，選擇不當(dāng)會(huì)影響被測(cè)信號(hào)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(duì)被測(cè)電路的負(fù)載作用。另外還需要注意輸入阻抗會(huì)隨著頻率的增加而下降。

例如我們?cè)谟锰筋^ X10 檔測(cè)量信號(hào)，隨信號(hào)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(cè)量結(jié)果。為了消除這種影響，我們需要通過(guò)探頭端的可調(diào)電容進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)節(jié)，消除低頻或高頻增益。如圖2所示：

圖2 探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)

03探頭衰減比

在使用示波器探頭的時(shí)候，都會(huì)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(hào)幅值的衰減比例，例如1X的探頭就沒(méi)有對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減，而10X的探頭就會(huì)將信號(hào)幅值降到原本的1/10。需要注意的是在使用探頭的時(shí)候，需要根據(jù)探頭的衰減系數(shù)在示波器上設(shè)置好對(duì)應(yīng)的比例，才能得到真實(shí)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(cè)試的時(shí)候檔位的選擇會(huì)對(duì)測(cè)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(lái)說(shuō)不同的檔位對(duì)應(yīng)的帶寬是不同的。ZP1500D的X50檔對(duì)應(yīng)的是5MHz帶寬，適合測(cè)量低頻信號(hào)，而X500檔位為100MHz帶寬，高速信號(hào)測(cè)量必選。

圖4 ZP1500D參數(shù)圖

04上升時(shí)間

上升時(shí)間指的是測(cè)量信號(hào)上升沿（10%~90%）時(shí)的最短時(shí)間，我們可以把這個(gè)參數(shù)理解為對(duì)上升沿測(cè)試的靈敏度，上升時(shí)間越短，靈敏度越高，那么對(duì)于被測(cè)信號(hào)的還原度就越高。

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

圖5 被測(cè)信號(hào)上升時(shí)間相對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試誤差關(guān)系曲線圖

05總結(jié)

為了保證獲得更好的精度，使用的探頭需要對(duì)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?cè)谶x擇探頭的時(shí)候就會(huì)更加準(zhǔn)確。而如果探頭選擇錯(cuò)誤，就會(huì)導(dǎo)致波形失真，從而導(dǎo)致測(cè)試數(shù)值有偏差。