你真的了解示波器探頭？

來源：中翔儀器更新時間：2024-07-13 閱讀：

PART/01 探頭基本介紹

探頭是連接被測電路與示波器的器件，它可將被測的電信號從測量點(diǎn)引入到示波器，使得示波器可以測試和分析電子電路。

理想的探頭應(yīng)具有如下特點(diǎn)：

PART/02 探頭的指標(biāo)

01衰減系數(shù)

指探頭信號幅值的衰減比例。典型的衰減系數(shù)有1×、10×、100×。1× 探頭不會對信號進(jìn)行衰減，10× 探頭會將信號衰減10倍再輸入示波器。

早期我們使用探頭時（如圖1），需要人工在示波器上設(shè)置與探頭相同的衰減系數(shù)，才能測得真實(shí)的數(shù)值，一般探頭有1×和10×兩個檔位。

現(xiàn)在部分探頭上有一個檢測針腳（如圖2），示波器可以通過這個針腳來自動檢測讀取探頭的衰減系數(shù)，并自動改變示波器屏上顯示的垂直衰減范圍，但前提是示波器本身支持自動識別探頭，探頭也支持被識別。

02 帶寬

探頭的帶寬和示波器的帶寬定義一樣，通常指正弦波信號衰減到-3dB時的頻率，此時測得的信號幅度只有真實(shí)信號的70.7%。200MHz探頭就有200MHz帶寬，1GHz探頭就有1GHz帶寬。

帶寬代表著探頭能傳送多大頻率的信號給示波器，如果探頭帶寬不夠，信號會被嚴(yán)重衰減。

探頭帶寬的選擇：

探頭帶寬不是越高越好，因?yàn)樵肼暰鶆蚍植荚诟鱾€頻率之間，探頭帶寬越高，引入信號的噪聲也就越多。應(yīng)基于探頭帶寬不低于示波器帶寬的原則，才能使探頭充分利用示波器的帶寬。

當(dāng)探頭帶寬小于示波器帶寬時，系統(tǒng)帶寬會受到限制而產(chǎn)生波形失真，這便是探頭和示波器之間的不匹配造成的。

如果被測信號的頻率范圍低，建議選擇低帶寬探頭，因?yàn)榈蛶捥筋^的靈敏度高，對于需要精確測量信號微小變化的應(yīng)用非常重要。而高帶寬探頭響應(yīng)時間快，可以更好地跟蹤瞬變信號，在射頻工程、無線電通信等領(lǐng)域可提供更準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

03 上升時間

如果需要測量方波信號，就需要考慮探頭的上升時間，指的是輸出信號從10%上升至90%所需的時間。一般探頭帶寬越高，靈敏度越高，同時上升時間越短，被測信號的還原度就越高。

測試具有上升沿的信號，示波器上測得的上升沿時間是各個器件上升時間的平方和的方根值。舉個簡單的例子，如方波信號上升沿時間為5ns，則經(jīng)過一個上升時間為2ns的探頭，最終的上升時間就大致為：

如果換成0.5ns的探頭，則總上升時間為：

因此在測量信號的上升時間或下降時間時，為了盡可能還原真實(shí)信號，就需要選擇探頭上升時間遠(yuǎn)小于被測信號上升時間的探頭，一般需要3~5倍。

04 輸入電壓

輸入電壓指示波器探頭能測多高電壓，不同類型的探頭有不同的最大電壓范圍。比如一般10×的無源探頭的最大輸入電壓為300V RMS CAT Ⅱ。

其中CAT Ⅱ 指的是一類測試場景，300V RMS CAT Ⅱ指的是在CAT Ⅱ類測試場景下可以測量的最大電壓，且這個電壓值會隨著頻率的變化而變化。一般廠家會給出探頭的電壓額定曲線，如圖：

05 輸入電容

輸入電容是探頭輸入端與地之間所存在的電容，輸入電容的大小會影響探頭的頻率響應(yīng)和輸入阻抗，頻率響應(yīng)是指探頭在不同頻率下對輸入信號的響應(yīng)能力。

輸入電容越小，探頭的頻率響應(yīng)越高，對高頻信號的響應(yīng)能力越強(qiáng)，同時穩(wěn)定性越強(qiáng)，容易抵抗外界的干擾，抗噪性能好。所以在一些對穩(wěn)定性和噪聲性能要求較高的應(yīng)用中，通常選擇較小輸入電容的探頭。

06 輸入電阻

輸入電阻指探頭輸入端的電阻，它決定了探頭對被測電路的影響程度。

輸入阻抗越大，探頭對被測電路的負(fù)載影響越小，精度越高。而輸入阻抗過低時，會產(chǎn)生過大的負(fù)載，從而影響到被測電路的工作狀況。

07 示波器補(bǔ)償范圍

無源探頭是通用設(shè)備，但在不同示波器或不同通道使用時，都會存在誤差。因此，探頭一般帶有一個補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可對探頭進(jìn)行補(bǔ)償校準(zhǔn)。

通過探頭補(bǔ)償可以提高示波器測量的準(zhǔn)確性和精度，保證數(shù)據(jù)的可靠性，如果補(bǔ)償不足或者補(bǔ)償過度，就會測得錯誤的數(shù)據(jù)。

當(dāng)示波器更換新探頭或探頭長時間未使用時，我們應(yīng)該對探頭進(jìn)行補(bǔ)償校準(zhǔn)。校準(zhǔn)需使用探頭包裝里的螺絲刀擰動可調(diào)電容旋鈕。

具體校準(zhǔn)過程如下：

把探頭的BNC接至通道1，另一端接到示波器校準(zhǔn)信號輸出端口。
將探頭的衰減比調(diào)到x10檔，同時將示波器上探頭接入通道的倍率調(diào)成一致。
觀察示波器產(chǎn)生的方波形狀是否為標(biāo)準(zhǔn)的方波。如果探頭有過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償，得到的方波有過沖或上升沿頂部變緩現(xiàn)象，如下圖。
通過螺絲刀調(diào)節(jié)探頭上面的螺絲孔位置，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容，使得方波波形達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。
準(zhǔn)完成。