无源探头是测量点处的信号与示波器输入端子之间的电气连接。
使用示波器观察波形时,可以说是将待测信号从测量点传输到示波器的设备。
示波器探头有两种类型:内置信号放大电路的有源探头和仅由无源元件组成的无源探头,但本文将重点介绍后者。
无源探头用于在用示波器观察信号波形时检测测量点的信号。
将命中点处的电压传输到示波器。如果要直接观察电流波形,则需要使用电流探头。
使用探头无法通过示波器**观察波形。准确的测量需要小心操作探头。
当使用示波器和无源探头组合观察波形时,可以假设示波器输入阻抗和探头阻抗的复合阻抗连接到被测电路。也就是说,探头内置有电阻Rp和与之并联的调节电容Cp,探头电缆上有杂散电容Cs。
示波器输入端由输入电阻Ri(1MΩ)和输入电容Ci的并联电路组成,因此考虑该组合阻抗非常重要。
为了使探头获得恒定的衰减率(无论频率如何),必须调整 Cp 以满足以下公式。
Cp = (Cs + Ci) × Ri / Rp
调整电容Cp为半固定式,与示波器本体结合后设置为*佳值。示波器有一个方波输出端子,用于设置调整电容器的*佳值。
将探头**连接到此处并更改 Cp 值,以便在示波器显示屏上显示方波。
无源探头用于使用示波器进行测量,并根据被测电路的特性从三种类型中选择:由于内置电阻 Rp 的衰减率:1:1、1:10 和 1:100。
1:1 这是没有内置电阻Rp和调整电容Cp的探头。由于信号直接施加到示波器的输入端子,因此示波器的输入阻抗为1MΩ,输入电容Ci连接到被测电路。
如果被测电路具有高阻抗,则必须小心,因为这会影响测量电路。另一方面,在处理小信号时,可以原样使用示波器的输入灵敏度,因此与通过Rp的其他类型相比,在信号电平方面具有优势。
10:1探头 这是常用的探头,内置电阻Rp为9MΩ。与示波器配合时输入阻抗为10MΩ,对被测电路影响小,使用方便。
它有100:1探头 内置电阻Rp99MΩ和调节电容Cp,衰减率为1/100,所以主要在信号电压超过100V时使用。此外,由于输入阻抗极高(100MΩ),因此对被测电路的影响特别小。
接地线连接点 使用无源探头时要特别考虑的是接地线的连接及其处理方式。使用多通道示波器同时观察多个点时,基本将各通道探头的地线连接到一个公共位置(*好是单点接地)。
连接不同的地线会造成地环路,对测量小信号产生不利影响。
接地线长度 较长的接地线有利于连接测量点,但在观察高频信号时,可能会出现振铃、信号幅度波动较大等问题。这是由于接地线的电感成分和探头的输入端子电容发生谐振,并且在谐振频率附近振幅变得非常大。
因此,当观察频率为10MHz或更高的高频信号时,请考虑使用接地弹簧代替接地线。
用于波形观测的测量仪器由示波器本体和探头组成,主要测量性能由两者结合的测量系统的频带和上升时间决定。因此,公布了每个示波器主体和与其组合的探头的频带和上升时间规格。
对探头频率特性影响很大的一个因素是电缆的杂散电容。频率越高,杂散电容产生的容抗越小,从而增加了被测电路的负载。
因此,这会产生负面影响,例如缩小探头本身的频率带宽并减慢其上升时间。探头的杂散电容还取决于电缆的长度,电缆越长,杂散电容越大,因此*短的探头长度在频率特性方面是有利的。