探秘示波器探头

示波器探头的作用是什么？ 示波器为什么需要配置示波器探头？ 示波器探头是如何工作的？ 示波器是一种常用的电子测量仪器，可以把人们肉眼看不到的电信号转换成可见图像，被广泛的应用于多个行业当中。示波器中最不可缺少的一个元件就是示波器的探头，那么探头在示波器中发挥着怎样的作用呢? 一.示波器探头简介 示波器探头是在测试点或信号源和示波器之间建立了一条物理和电子连接;实际上，示波器探头是把信号源连接到示波器输入上的某类设备或网络，它必须在信号源和示波器输入之间提供足够方便优质的连接。连接的充分程度有三个关键的问题：物理连接、对电路操作的影响和信号传输。 二.示波器探头的分类 市场上提供了数百种、甚至上千种不同的示波器探头。示波器探头的一个技术指标是频率特性，按频率划分探头的种类有其方便之处，但是示波器探头的频率覆盖范围有限很难按无线电频率的LF、HF、VHF、UHF、RF等波段来划分。示波器探头是所有探头中的一种，最常使用的探头是电压电流探头，而探头通常是按测量对象进行分类的。 1无源电压探头 1.1无源探头 无源探头由导线和连接器制成，在需要补偿或衰减时，还包括电阻器和电容器。探头中没有有源器件(晶体管或放大器)，因此不需为探头供电。无源探头一般是最坚固、最经济的探头，它们不仅使用简便，而且使用广泛。 1.2高阻无源电压探头 从实际需要出发，使用最多的是电压探头，其中高阻无源电压探头占最大部分。无源电压探头为不同电压范围提供了各种衰减系数1×，10×和100×。在这些无源探头中，10×无源电压探头是最常用的探头。对信号幅度是1V峰峰值或更低的应用，1×探头可能要比较适合，甚至是必不可少的。在低幅度和中等幅度信号混合(几十毫伏到几十伏)的应用中，可切换1×/10×探头要方便得多。但是，可切换1×/10×探头在本质上是一个产品中的两个不同探头，不仅其衰减系数不同，而且其带宽、上升时间和阻抗(R和C)特点也不同。因此，这些探头不能与示波器的输入完全匹配，不能提供标准10×探头实现的最优性能。 1.3低阻无源电压探头 大多数高阻无源探头的带宽范围在小于100MHz到500MHz或更高的带宽之间。而低阻无源电压探头(又称为50欧姆探头、Zo探头、分压器探头)的频率特性很好，采用匹配同轴电缆的探头，带宽可达10GHz和100皮秒或更快的上升时间。这种探头是为用于50欧姆环境中设计的，这些环境一般是高速设备检定、微波通信和时域反射计(TDR)。 1.4无源高压探头 “高压”是相对的概念。从探头角度看，我们可以把高压定义为超过典型的通用10×无源探头可以安全处理的电压的任何电压。高压探头要求具有良好的绝缘强度，保证使用者和示波器的安全。 2.有源电压探头 2.1有源探头 有源探头包含或依赖有源器件，如晶体管。最常见的情况下，有源设备是一种场效应晶体管(FET)，它提供了非常低的输入电容，低电容会在更宽的频段上导致高输入阻抗。可以从下面的Xc公式中看出： 2.2有源FET探头 有源FET探头的规定带宽一般在500MHz～4GHz之间。除带宽更高外，有源FET探头的高输入阻抗允许在阻抗未知的测试点上进行测量，而产生负荷效应的风险要低得多。另外，由于低电容降低了地线影响，可以使用更长的地线。 有源FET探头没有无源探头的电压范围。有源探头的线性动态范围一般在±0.6V到±10V之间。 2.3有源差分探头 差分信号是互相参考，而不是参考接地的信号。差分探头可测量浮置器件的信号，实质上它是两个对称的电压探头组成，分别对地段有良好绝缘和较高阻抗。差分探头可以在更宽的频率范围内提供很高的共模抑制比(CMRR)。 3电流探头 从原理上来看，用电压探头测得电压值，除以被测阻抗值，很容易就可以获得电流值。然而，实际上这种测量引入的误差很大，所以一般不采用电压换算电流的方法。电流探头可以精确测得电流波形，方法是采用电流互感器输入，信号电流磁通经互感变压器变换成电压，再由探头内的放大器放大后送到示波器。 3.1交流电流探头 交流电流在互感器中，随着电流方向的变化，产生电场的变化，并感应出电压。交流电流探头属于无源设备，无需外接供电。 3.2直流电流探头 传统电流探头只能测量交流交流信号，因为稳定的直流电流不能在互感器中感应电流。然而，利用霍尔效应，电流偏流的半导体设备将产生与直流电场对应的电压。所以，直流电流探头是一种有源设备，需要外接供电。 所以电流探头基本上分成两类：即AC电流探头和AC/DC电流探头，AC电流探头通常是无源探头，AC/DC电流探头通常是有源探头。 4逻辑探头 使用示波器观察分析数字波形的模拟特点时，需要用到逻辑探头，为隔离确切地成因，数字设计人员通常需要查看在具体逻辑条件下发生的特定数据脉冲，这要求逻辑触发功能。