如何選擇示波器的探頭

加載探頭

示波器探頭是測量鏈中的關(guān)鍵一環(huán)。探頭并不僅僅是連接被測電路與示波器的管道，它對您的測量結(jié)果及被測電路均有所影響。所有探頭均存在著阻性、感性和容性負載；問題是要把這些負載影響限制在可接受的極限范圍之內(nèi)。與探頭有關(guān)的主要測量誤差是容性負載。在這3種誤差源中，阻性負載的影響最小，因為它通常不會在電路中產(chǎn)生非線性行為。雖然太大的阱電流也會產(chǎn)生非線性響應(yīng)，但在使用10MΩ的探頭時不會出現(xiàn)這一問題。最常見的是阻性負載問題是由電路輸出電阻與探頭本身電阻構(gòu)成的電阻分壓器：

這里RSOURCE是被測電路的輸出阻抗。

使用不正確的探頭不僅會使信號失真，而且會使您的電路出現(xiàn)錯誤的行為。

與RSOURCE相比，探頭電阻越低，所測到的波形幅度也就越低（圖1）。例如，如果RSOURCE為1MΩ，測到的幅度比實際值大約低9%。而若RPROBE僅為1MΩ，則測到的幅度將低50%。

感性負載

感性負載會在被觀察信號中出現(xiàn)振鈴（圖2）。振鈴源是由探頭內(nèi)容電容、地線電感及探頭觸針電感構(gòu)成的LC電路。地線電感包括焊在電路檢測點的各跳線電感（圖3）。簡單LC電路的振鈴頻率為：

如果波形上升時間對激勵振鈴而言足夠短，振鈴將作為捕獲信號的一部分出現(xiàn)。例如，要計算地線造成的振鈴頻率，您可假設(shè)探頭地線的電感約為25nH/in。因此，具有8pF電容和6in長地線的探頭的振鈴頻率近似為145MHz：

因而用該探頭測量上升時間大于大約2.4ns的任何波形都將會出現(xiàn)振鈴。

這里BW=帶寬。

探頭的設(shè)計應(yīng)把自身電容減到最小，同時應(yīng)使用盡可能短的接地線（有些探頭在地線上增添鐵磁磁珠以減小振鈴。但您會為此付出增加地線阻抗的代價，而

這又會降低探頭的共模抑制）。在測量中，感性負載一般不成為問題，除非被測信號的頻率成分超過了帶寬，或太差的地線或觸針連接。

這里為您提供兩個識別感性問題的提示。首先，根據(jù)信號頻率、精度要求和其它測量因素，考慮是否會出現(xiàn)振鈴問題。其次，通過減小地線或探頭線的長度，看看能否降低共振頻率。如果確為如此，就存在著感性負載問題。

容性負載

在3種負載效應(yīng)中，解決容性負載問題最為困難，它影響延遲、上升時間和帶寬的測量。在高頻時，容抗將影響幅度測量。由于引入了指數(shù)響應(yīng)，容性負載還會改變被測波形的形狀（圖4）。

對簡單RC電路，指數(shù)響應(yīng)的時間常數(shù)近似等于：

這里CIN是探頭和示波器的組合電容，RTOTAL等于：

這一時間常數(shù)確定了被測信號上升時間的上限。例如，對于100Ω輸出電阻的電路，使用具有1MΩ電阻和8pF電容的探頭時，其上升時間極限為1.8ns（帶寬近似為200MHz）。您的信號可能有更快的上升時間，但有這樣的探頭不能看到如此快的信號。

測量誤差僅僅是容性負載所產(chǎn)生問題的一半。它會把您引入一條死胡同，使

您看不到存在的問題，或忙于解決實際并不存在的問題。您可能確曾有過這樣的經(jīng)歷。容性探頭負載會衰減毛刺，減小振鈴或過沖，減慢跳變沿，使建立和保持時間違規(guī)不再發(fā)生。同樣，容性負載也會使電路不能正常工作。最麻煩的是除非您事先確實知道（不是理論上的）信號的大小和形狀，否則就難以發(fā)現(xiàn)探頭是否影響了測量的結(jié)果。解決辦法是對每一種應(yīng)用，都要保證使用正確的探頭。

兼顧阻性負載和容性負載是相當(dāng)困難的。在改進某一探頭性能時，往往會影響另一性能。因此就有適應(yīng)不同應(yīng)用和預(yù)算的多種探頭。

如何選擇示波器的探頭 [篇2]

探頭的特性和特點中最重要的參數(shù)就是帶寬和輸入阻抗，它們既要與示波器的帶寬和輸入阻抗匹配，又要將對被測電路的影響減到最小。因此選擇探頭時要綜合考慮。

1 帶寬和上升時間

探頭的帶寬或上升時間要等于或優(yōu)于示波器的帶寬。如果觀察純正弦信號，探頭帶寬等于被測信號頻率的最高值即可；如觀察非正弦信號，探頭帶寬應(yīng)能容納被測信號的基波和最重要諧波分量。為精確地測量脈沖的上升時間和下降時間，系統(tǒng)的上升時間（示波器和探頭之和）應(yīng)該比要測量的最快的上升時間快3-5倍。

2 阻抗匹配

探頭的輸入阻抗要與所用示波器的輸入阻抗匹配，另外對被測電路的負載作用最少。對于低輸入阻抗的示波器，應(yīng)選擇有源探頭或50Ω輸入阻抗的探頭；對于高輸入阻抗的示波器，應(yīng)選擇×10的探頭。例如示波器的輸入阻抗是1mΩ/10pf,探頭輸入阻抗最好是10mΩ/1pf，這樣的探頭既有10倍的信號衰減，對被測信號的負載很輕，又能與示波器輸入阻抗匹配。

3 負載作用

減輕探頭對被測電路的負載作用。除了選擇輸入阻抗高的探頭外，還有記住探頭輸入阻抗隨頻率成反比例下降。

4 時間延遲的影響

每種探頭對被測信號的延遲時間存在差異，在進行差分測量以及時間（或相位）一致性測量時，最好使用2個型號相同和電纜長度相等的探頭。

5 良好的接地

探頭的額定頻率特性是在同軸系統(tǒng)內(nèi)測得的結(jié)果。在實際電路應(yīng)用時，往往探頭處于非同軸匹配的系統(tǒng)內(nèi)，因此探頭的接地引線要盡量減短，把串聯(lián)電感減到最小。如發(fā)現(xiàn)高阻探頭接地不良，就要考慮使用低阻同軸探頭或者與探頭匹配的適配器、連接器和夾具。

總結(jié)

探頭對示波器測量至關(guān)重要，所以要求探頭對探測的電路影響必須達到最小，并希望對測量值保持足夠的信號保真度。如果探頭以任何方式改變信號或改變電路運行方式，示波器會看到實際信號的失真結(jié)果，進而可能導(dǎo)致錯誤的測量結(jié)果，或者誤導(dǎo)性的測量結(jié)果。通過以上介紹可知，探頭的選購和正確使用有許多值得注意的地方，只有與示波器和被測電路都匹配良好的探頭才是您該選擇和使用的探頭。

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