PRBTEK分享-關(guān)于示波器探頭的11個錯誤認識

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誤解1. 100 MHz 的“信號”，使用 100 MHz 的示波器探頭。

示波器探頭帶寬與配合它們使用的示波器帶寬采用相同的方法進行規(guī)定，即產(chǎn)品響應(yīng)的 -3dB 點。舉例來說，如果使用 100 MHz 帶寬的探頭測量 100 MHz 1Vpp 正弦波，那么探頭輸出將顯示正弦波 0.7 Vpp 的幅度。因此，100 MHz 的探頭并不適合測量 100 MHz 的信號。常規(guī)的經(jīng)驗是，使用具有 3 倍至 5 倍時鐘頻率或數(shù)字系統(tǒng)中觸發(fā)率最快的探頭來進行測量。這樣就具備了捕獲時鐘或數(shù)字信號基頻的第三或第五諧波的能力，使得示波器屏幕上的信號能更準確地表示具有方形邊緣的真實信號。另一個有用的規(guī)則是 BW*Tr=0.35（針對 10-90 Tr）。使用此規(guī)則可以確定測量給定的上升時間所需的帶寬， 也可以用于確定具有特定帶寬的探頭所能測量的最快邊緣。

誤解2. 只有高帶寬測量才需要有源探頭。

有源探頭的低負載是它們最常被忽視的優(yōu)勢。每當探頭與目標發(fā)生接觸時，探頭變成它所測量的電路的一部分。探頭與電路之間的這種緊密接觸效應(yīng)稱為探頭負載。負載越大，對被測信號帶來的探頭干擾就越多。探頭制造商對探頭的輸入電阻和電容做出了規(guī)定。典型的 500 MHz 無源探頭為并聯(lián) 10 MΩ，電容 9.5 pf；而典型的 1 GHz 有源探頭為并聯(lián) 1 MΩ，電容 1 pf。在直流中，對于被測電路而言，無源探頭看起來像是一個 10 MΩ 的對地阻抗，而有源探頭將為 1 MΩ。兩者都是非常大的阻抗，這意味著在低頻率信號上沒有明顯的影響。在較高頻率下，探頭電容將會對被測電路產(chǎn)生不利影響。例如， 在 75 MHz 的頻率下，無源探頭電容將呈現(xiàn) 150 Ω 的對地阻抗，而有源探頭電容將呈現(xiàn)2.5 KΩ 的對地阻抗。有源探頭的較小電容將導(dǎo)致 10 kHz 以上交流信號含量的負載較無源探頭少。

誤解3. 所有示波器探頭的衰減比均為 10:1。

探頭會使被測信號衰減，這樣呈現(xiàn)給示波器的信號就不會超過示波器的輸入范圍。較大衰減比如 10:1、50:1、100:1 等，用于測量較高的電壓，而小衰減比如 2:1 和 1:1，適用于較低的電壓。測量系統(tǒng)的噪聲（示波器噪聲加探頭噪聲）會使得探頭衰減比成正比增加。在選擇探頭時，這是一個重要的考慮因素。10:1 的無源探頭和 1:1 的無源探頭都可以用于測量 1Vpp 的典型信號，但 1:1 的無源探頭會帶來更有利的信噪比。

誤解4. 只需建立穩(wěn)定的連接即可開始測量

當人們看到示波器探頭所含的眾多連接附件時，可能會產(chǎn)生這一誤解，認為只要簡單地將它們與探頭相連就可以達成測量目標。這些附件旨在為用戶提供方便，使他們能夠簡單、快速地進行定性測量，檢查電源是否通電或者時鐘是否切換。定量測量包括上升時間、周期、過沖等等，在進行定量測量時，最好要去掉附件，采用盡可能短的連接。較長的附件會在探頭的信號路徑添加電感，大大降低它的帶寬，同時增加被測電路的探頭負載。

誤解5. 接地就是接地

這一說法不言而喻，但對示波器探頭而言，這可能并不確切。探頭的接地方式會出現(xiàn)錯誤。探頭的接地引線具有電感屬性，它的阻抗隨著頻率的增加而增加。探頭接地引線越長， 其電感越大，頻率也越低，在低頻率下阻抗會出現(xiàn)問題。沿著探頭的屏蔽向下返回的電流會遇到此阻抗。這會使得探頭帶寬降低，造成可觀察到的信號振鈴。此外，接地引線越長，引線造成的環(huán)路越大，它也變成拾取雜散噪聲的更大天線。最好是始終采用盡可能短的接地連接。

誤解6. 使用電流探頭和電壓探頭測量功率

功率= 電壓* 電流，因此，上述觀點似乎合理。實際上，它的錯誤在于，這個說法不完整。為了使用示波器準確地測量功率，電壓探頭和電流探頭需要進行偏差校正。電壓探頭和電流探頭的電氣長度通常不一樣。這是由電纜長度和設(shè)備延遲所造成，使得兩個探頭的信號在不同的時間到達示波器。其結(jié)果是，對于像切換模式電源這樣的系統(tǒng)而言，電壓和電流動態(tài)變化，導(dǎo)致電壓乘以電流的乘積不正確。對探頭進行偏差校正可以去除兩個探頭之間的信號傳輸時間差異并糾正錯誤。關(guān)于示波器探頭使用的文獻將包含這一過程的詳細信息，它通常需要對已知信號進行探測，例如制造商隨同探頭一起提供的偏差校正夾具， 并通過在示波器上調(diào)整通道延遲來將其在時間上對準。許多示波器具有內(nèi)置的偏差校正操作功能，能在探測到校準信號時自動執(zhí)行時間對準。

誤解7. 使用隔直 / 交流耦合來消除直流

很多時候，待分析的有用信號是交流信號，位于相對較大的直流信號頂部。測量直流電源的紋波和噪聲就是一個常見的例子。“老派”的方法是將一個大電容與探頭串聯(lián)，隔離掉直流分量，使信號能夠在屏幕上居中，并放大用于分析。另一種更好的方法是利用具有“探頭偏置”能力的探頭，如 N7020A 電源探頭。探頭偏置位于示波器和探頭向探頭內(nèi)注入調(diào)零電壓之處，最好位于探頭的大電阻值探針電阻器后方。使用探頭偏置的優(yōu)勢是只消除了直流。使用隔直時，低頻內(nèi)容也被濾除。在直流電源上測量紋波和噪聲時，隔直可以濾除低頻電源漂移和供電變化。探頭偏置的另一個優(yōu)勢是，用戶調(diào)整接入偏置，示波器知道消除了多少直流，并能顯示此信息，以及在運算或自動測量中使用。

誤解8. 不要把示波器探頭放在溫箱內(nèi)。

曾幾何時，這種說法并沒有錯誤。但是，現(xiàn)在有多種高溫選項提供給用戶。例如，是德科技提供一系列電壓和電流探頭，可以在溫箱內(nèi)使用，其工作溫度范圍為 -50° C 到 +150° C。除了高溫能力之外，這些探頭還具有更長的電纜，這樣他們可以溫箱內(nèi)部連接到測試設(shè)備所在的溫箱外部。

誤解9. 電流探測器在測量“小”電流時不起作用。

許多示波器電流探頭用戶在試圖測量小電流（1-50mA）時曾有過不愉快經(jīng)歷，他們發(fā)現(xiàn)不同測量的電流探頭偏差比被測電流大。這是由于多種因素造成的，如穿過探頭的引線的位置變化、探頭的熱漂移、殘余磁化強度或用于測量電流的導(dǎo)線環(huán)路中的外部信號耦合。針對非常小的電流（uA 及以下）的測量，有一種新型的電流探頭，如N2820A 高靈敏度電流探頭。這種探頭沒有采用之前的磁場感應(yīng)方法，而是依賴歐姆定律。這種差分電壓探頭能測量由 1mΩ 到 1MΩ 的感應(yīng)電阻器的電壓，并在示波器上顯示電流測量結(jié)果。這種方法能消除前文提及的錯誤源，使得用戶能夠用示波器精確地測量非常小的電流。

誤解10. 驅(qū)動示波器的同時不能使用兩個探頭

有一份來自探頭制造商的產(chǎn)品介紹還沒有進行公開，這份產(chǎn)品介紹關(guān)乎探頭支架和探頭定位器，因此往往被忽視。這些方便的附件可以為用戶提供協(xié)助，使得用戶能在探測多個位置的同時操作示波器。它們具有不同的復(fù)雜性，有些是簡單的雙腳架，與探頭相連形成穩(wěn)定的三腳架，探頭成為第三只“腳”；有些是具有多軸、可無限定位的支架，位于能對水平目標和垂直目標進行探測的方位。

誤解11. 探測現(xiàn)代高密度目標很難

高密度目標的探測并不像很多用戶認為的那么困難。探頭制造商始終致力于打造新的附件或探頭產(chǎn)品線，以期使高密度目標的探測更為容易。他們縮小了新無源探頭的直徑， 使其更容易捕獲目標；在某些情況下，他們給有源探頭增加前燈用來照亮目標。甚至還出現(xiàn)了一種新型的磁性探頭 N2851A，用戶可以將一個小探頭連接點焊接到目標上，探頭與探測部位相連，由探頭內(nèi)的小磁鐵固定就位。如此一來，通過移動磁鐵， 探頭就可以很容易地從一個位置移動到另一個位置。

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