示波器探頭的作用及工作原理 示波器探頭的負載效應

示波器探頭的作用及工作原理

示波器探頭對測量結果的準確性以及正確性至關重要，它是連接被測電路與示波器]輸入端的電子部件。最簡單的探頭是連接被測電路與電子示波器輸入端的一根導線，復雜的探頭由阻容元件和有源器件組成。簡單的探頭沒有采取屏蔽措施很容易受到外界電磁場的干擾，而且本身等效電容較大，造成被測電路的負載增加，使被測信號失真。

示波器探頭的主要作用是傳遞被測信號，它如同一只精準的傳感器，能夠捕捉到微小的電信號變化，并將其放大后顯示在示波器屏幕上。探頭的基本組成包括探針頭部、衰減器、補償電容等部分。當探頭接觸到電路中的測試點時，探針頭部的電場會感應出相應的電壓信號，隨后通過內部的放大器進行適當的放大處理。這個過程中，為了確保信號的真實還原，探頭需要對不同頻率的信號進行適當的補償，避免因高頻信號的傳輸延遲而產生波形失真。

示波器探頭的負載效應

所謂負載效應就是在被測電路上接入示波器時，有時示波器的輸入電阻會對被測電路產生影響，致使被測電路的信號發生變化。若負載效應的影響很大，就不能準確地進行波形測量。若要減小負載效應，就需要將示波器一端的輸入電阻增大。輸入電阻越大，輸入電容越小，負載效應就越小。

探頭的負載效應

當探頭探測到被測電路后，探頭成為了被測電路的一部分。探頭的負載效應包括下面3部分：

1.阻性負載效應；

阻性負載相當于在被測電路上并聯了一個電阻，對被測信號有分壓的作用，影響被測信號的幅度和直流偏置。有時，加上探頭時，有故障的電路可能變得正常了。一般推薦探頭的電阻R>10倍被測源電阻，以維持小于10%的幅度誤差。

探頭的阻性負載

2.容性負載效應；

容性負載相當于在被測電路上并聯了一個電容，對被測信號有濾波的作用，影響被測信號的上升下降時間，影響傳輸延遲，影響傳輸互連通道的帶寬。有時，加上探頭時，有故障的電路變得正常了，這個電容效應起到了關鍵的作用。一般推薦使用電容負載盡量小的探頭，以減小對被測信號邊沿的影響。

探頭的容性負載

3.感性負載效應。

感性負載來源于探頭地線的電感效應，這地線電感會與容性負載和阻性負載形成諧振，從而使顯示的信號上出現振鈴。如果顯示的信號上出現明顯的振鈴，需要檢查確認是被測信號的真實特征還是由于接地線引起的振鈴，檢查確認的方法是使用盡量短的接地線。一般推薦使用盡量短的地線，一般地線電感=1nH/mm。

探頭的感性負載

示波器探頭如何補償校準

示波器探頭補償校準的步驟通常包括以下幾個方面：

1. 預熱：建議在開機后預熱30分鐘，以確保示波器達到穩定的工作狀態。
2. 連接：將探頭連接到示波器的專用方波發生信號引腳上，這個引腳是專門用于探頭補償校準的。
3. 調整：使用小螺絲刀調整探頭上的補償調節電容，使得方波信號呈現正確的形狀。正確的補償校準應該得到一個平坦的頂部和垂直的上升沿與下降沿的方波信號。
4. 匹配：通過調整，確保探頭與示波器之間的匹配，以保證測量系統的準確性和重現性。

此外，進行探頭補償校準的目的是確保探頭能夠準確地傳遞被測信號，避免因探頭的頻率特性不匹配而導致的信號失真或測量誤差。這是因為探頭的輸入電阻和電容會影響信號的傳輸，特別是在高頻信號的測量中更為關鍵。

總的來說，在進行補償校準時，需要注意探頭的類型和示波器的規格，因為不同類型的探頭可能需要不同的校準方法。例如，有源探頭和無源探頭的補償方式可能會有所不同。因此，在進行校準之前，最好參考探頭和示波器的用戶手冊，以獲取詳細的校準指導。

示波器探頭使用中的誤解

誤解一 100 MHz 的“信號”，使用 100 MHz 的示波器探頭。

誤解二 只有高帶寬測量才需要有源探頭。

誤解三 所有示波器探頭的衰減比均為 10:1。

誤解四 只需建立穩定的連接即可開始測量。

誤解五 接地就是接地。

誤解六 使用電流探頭和電壓探頭測量功率。

誤解七 使用隔直 / 交流耦合來消除直流。

誤解八 不要把示波器探頭放在溫箱內。

誤解九 電流探測器在測量“小”電流時不起作用。

誤解十 驅動示波器的同時不能使用兩個探頭。

誤解十一 探測現代高密度目標很難。

示波器的探頭要怎么選擇？

選擇示波器探頭時，需要綜合考慮多個因素以確保探頭與測量需求的匹配性。以下是一些選擇探頭時需要考慮的關鍵因素：

1. 信號帶寬：探頭的帶寬應至少與示波器的帶寬相匹配，以確保整個測量系統的帶寬能夠滿足被測信號的頻率范圍。
2. 探頭類型：根據被測信號的特點，選擇無源探頭或有源探頭。無源探頭適合低頻應用，而有源探頭則適用于高頻或快速上升時間的信號測量。
3. 衰減率：探頭的衰減率決定了其能夠處理的最大電壓范圍。常見的衰減率有1X、10X等，其中10X探頭因其較高的輸入阻抗和較低的容性負載而廣泛應用于大多數場合。
4. 連接方式：探頭的連接方式應根據測試點的實際情況來選擇，如夾式、鉤式或針式等，以適應不同的測試環境和需求。
5. 輸入阻抗：探頭的輸入阻抗應盡可能高，以減少對電路的負載影響，特別是在測量微弱信號時更為重要。
6. 探頭長度：較長的探頭可能會引入更多的電感和電容，從而影響信號的傳輸，尤其是在高頻測量中。因此，選擇合適長度的探頭以最小化這種影響是必要的。

示波器探頭的使用注意事項

將待測信號正確接入示波器是測試工作的第一步，這里我們主要介紹探頭與被測電路連接時的注意事項。

1. 探頭與被測電路連接時，探頭的接地端務必與被測電路的地線相聯。否則在懸浮狀態下，示波器與其他設備或大地間的電位差可能導致觸電或損壞示波器、探頭或其他設備。

2. 測量建立時間短的脈沖信號和高頻信號時，請盡量將探頭的接地導線與被測點的位置鄰近。接地導線過長，可能會引起振鈴或過沖等波形失真。

3. 為避免接地導線影響對高頻信號的測試，建議使用探頭的專用接地附件。

4. 為避免測量誤差，請務必在測量前對探頭進行檢驗和校準，探頭衰減補償的校準原理和方法我們在前面已經介紹過，這里不再贅述。

5. 對于高壓測試，要使用專用高壓探頭，分清楚正負極后，確認連接無誤才能通電開始測量。

6. 對于兩個測試點都不處于接地電位時，要進行“浮動”測量，也稱差分測量，要使用專業的差分探頭。