PRBTEK分享-示波器探頭的17個(gè)技術(shù)指標

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       下面列明的各個(gè)指標；并不是任何探頭都適用所有這些指標。例如，插入阻抗指標僅適用于電流探頭；其它指標 ( 如帶寬 ) 則是通用指標，適用于所有探頭。

1、畸變(通用指標)

       畸變是輸入信號預計響應或理想響應的任何幅度偏差。在實(shí)踐中，在快速波形轉換之間通常會(huì )立即發(fā)生畸變，其表現為所謂的“振鈴”。

       畸變作為最終脈沖響應電平 ± 百分比進(jìn)行測量或指定。這一指標可能還包括畸變的時(shí)間窗口，例如：在前30ns內，畸變不應超過(guò)峰峰值的±3% 或5%。在脈沖測量上看到畸變過(guò)多時(shí)，在認為畸變是探頭故障來(lái)源時(shí)，一定要考慮所有可能的來(lái)源。例如，畸變實(shí)際上是信號源的一部分嗎？還是探頭接地技術(shù)導致的？

       觀(guān)察到的畸變最常見(jiàn)的來(lái)源之一，是疏于檢查及正確調節電壓探頭的補償功能。嚴重過(guò)度補償的探頭會(huì )在脈沖邊沿之后立即導致明顯的峰值。

2、精度(通用指標)

       對電壓傳感探頭，精度一般是指探頭對DC信號的衰減。探頭精度的計算和測量一般應包括示波器的輸入電阻。因此，只有在與擁有假設輸入電阻的示波器一起使用探頭時(shí)，探頭精度指標才是正確的或適用的。精度指標實(shí)例如下：在3%范圍內10X ( 對1兆歐±2%的示波器輸入) 對電流傳感探頭，精度指標是指電流到電壓轉換的精度。這取決于電流變壓器線(xiàn)圈比及端接電阻的值和精度。

       使用專(zhuān)用放大器的電流探頭的輸出在安培/格中直接校準，精度指標用電流/格設定值百分比的衰減器精度指定。

3、衰減系數(通用指標)

       所有探頭都有一個(gè)衰減系數，某些探頭可能會(huì )有可以選擇的衰減系數。典型的衰減系數是1X、10X和100X。衰減系數是探頭使信號幅度下降的程度。1X探頭不會(huì )降低或衰減信號，而10X探頭則會(huì )把信號降低到探頭尖端幅度的 1/10。探頭衰減系數允許擴展示波器的測量范圍。例如，100X探頭允許測量幅度高出100倍的信號。

       1X、10X、100X 這些名稱(chēng)源于以前示波器不會(huì )自動(dòng)傳感探頭衰減及相應地調節標度系數。例如，10X名稱(chēng)提醒您所有幅度測量結果都需要乘以10。當前示波器上的讀數系統自動(dòng)傳感探頭衰減系數，并相應地調節標度系數讀數。電壓探頭衰減系數使用電阻電壓分路器技術(shù)實(shí)現。結果，探頭的衰減系數越高，輸入電阻一般也越高。另外，分路器效應會(huì )分隔探頭電容，衰減系數越高，有效表示的探頭頭部電容越低。

4、帶寬(通用指標)

       所有探頭都有帶寬。10MHz探頭有10MHz的帶寬，100MHz探頭有100MHz的帶寬。探頭的帶寬是指探頭響應導致輸出幅度下降到70.7%(-3dB)的頻率。

       還應指出，某些探頭還有低頻帶寬限制。例如，這適用于A(yíng)C電流探頭。由于其設計，AC電流探頭不能傳送DC或低頻信號，因此，必須使用兩個(gè)值指定其帶寬，一個(gè)值用于低頻，一個(gè)值用于高頻。

       對示波器測量，真正擔心的問(wèn)題是示波器和探頭的綜合總帶寬。這種系統性能最終決定著(zhù)測量功能。遺憾的是，把探頭連接到示波器上會(huì )導致帶寬性能出現一定程度的下降。例如，結合使用100MHz通用探頭和100MHz示波器時(shí)，會(huì )導致測量系統的帶寬性能略低于100MHz。為避免整體系統帶寬性能不確定性，泰克指定了無(wú)源電壓探頭，以在與指定的示波器型號使用時(shí)在探頭尖端上提供規定的測量系統帶寬。

       在選擇示波器和示波器探頭時(shí)，要認識到帶寬在許多方面影響著(zhù)測量精度。

       在幅度測量中，隨著(zhù)正弦波頻率接近帶寬極限，正弦波的幅度會(huì )變得日益衰減。在帶寬極限上，正弦波的幅度會(huì )作為實(shí)際幅度的70.7% 進(jìn)行測量。因此，為實(shí)現最大的幅度測量精度，必需選擇帶寬比計劃測量的最高頻率波形高幾倍的示波器和探頭。

       這同樣適用于測量波形上升時(shí)間和下降時(shí)間。波形轉換 ( 如脈沖和方波邊沿 ) 是由高頻成分組成的。帶寬極限使這些高頻成分發(fā)生衰減，導致顯示的轉換慢于實(shí)際轉換速度。為精確地測量上升時(shí)間和下降時(shí)間，使用的測量系統必需使用擁有充足的帶寬，可以保持構成波形上升時(shí)間和下降時(shí)間的高頻率。最常見(jiàn)的情況下，這使用測量系統的上升時(shí)間指明，上升時(shí)間一般應該比要測量的上升時(shí)間快 4-5 倍。

5、電容(通用指標)

       一般來(lái)說(shuō)，探頭電容指標是指探頭尖端上的電容。這是探頭在被測電路測試點(diǎn)或被測器件上的電容。探頭尖端電容非常重要，因為它影響著(zhù)測量脈沖的方式。低頭部電容最大限度地降低了進(jìn)行上升時(shí)間測量的誤差。此外，如果脈沖的時(shí)長(cháng)低于探頭 RC 時(shí)間常數的五倍，會(huì )影響脈沖的幅度。

       探頭還對示波器輸入表示電容，這只探頭電容應與示波器電容相匹配。對10X和100X探頭，這一電容稱(chēng)為補償范圍，它不同于頭部電容。對探頭匹配，示波器的輸入電容應位于探頭的補償范圍內。

6、輸入電容 (通用指標)

       探頭尖端上測量的探頭電容。

7、輸入電阻(通用指標)

       探頭的輸入電阻是在零赫茲 (DC) 時(shí)探頭置于測試點(diǎn)上的阻抗。

8、最大額定電壓(通用指標)

       應避免接近探頭最大額定值的電壓。最大額定電壓取決于探頭機身或測量點(diǎn)上探頭器件的額定擊穿電壓。

9、傳播延遲(通用指標)

       每只探頭都提供隨信號頻率變化的部分數量很小的時(shí)延或相位位移。傳播延遲是探頭器件及信號通過(guò)這些器件從探頭尖端傳送到示波器連接器所需時(shí)間的函數。

10、CMRR (差分探頭)

       共模抑制比 (CMRR) 是指差分探頭在差分測量中抑制兩個(gè)測試點(diǎn)共用的任何信號的能力。這是差分探頭和放大器的一個(gè)關(guān)鍵指標，其公式為:CMRR = |Ad/Ac|

       其中：Ad = 差分信號的電壓增益，Ac = 共模信號的電壓增益。

       在理想情況下，Ad應該很大，而Ac則應該等于0，因此CMRR無(wú)窮大。在實(shí)踐中，10,000:1 的 CMRR已經(jīng)被看作非常好了。這意味著(zhù)將抑制5V的共模輸入信號，使其在輸出上顯示為0.5毫伏。這種抑制對存在噪聲時(shí)測量差分信號非常重要。

       由于CMRR隨著(zhù)頻率提高而下降，因此指定CMRR的頻率與CMRR值一樣重要。在高頻上CMRR高的差分探頭要好于在低頻上相同CMRR的差分探頭。

11、安培秒乘積(電流探頭)

       對電流探頭，安培秒乘積規定了電流變壓器磁芯的能量處理功能。如果平均電流和脈寬的乘積超過(guò)額定安培秒乘積，磁芯會(huì )飽和。這種磁芯飽和會(huì )導致在飽和過(guò)程中發(fā)生的波形部分被削掉或被抑制。如果沒(méi)有超過(guò)安培秒乘積，那么探頭的信號電壓輸出將呈線(xiàn)性，并保證測量精度。

12、最大額定峰值脈沖電流(電流探頭)

       不應超過(guò)這一額定值，它考慮了磁芯飽和及可能損壞設備的次級電壓積累。最大額定峰值脈沖電流通常規定為安培秒乘積。

13、最大額定輸入電流(電流探頭)

       最大額定輸入電流探頭可以接受、同時(shí)仍能實(shí)現規定性能的總電流 (DC 加峰值 AC)。在 AC 電流測量中，必須根據頻率降低峰到峰額定值，以計算最大總輸入電流。

14、插入阻抗(電流探頭)

       插入阻抗是從電流探頭的線(xiàn)圈(二級)轉換到被測的攜帶電流的導線(xiàn) (the primary) 中的阻抗。一般來(lái)說(shuō)，電流探頭反射的阻抗值可以位于幾毫歐范圍內，對阻抗為 25 歐姆及以上的電路影響不大。

15、頻率電流額定值下降(電流探頭)

       電流探頭指標應包括幅度與頻率額定值下降關(guān)系曲線(xiàn)，這一曲線(xiàn)把磁芯飽和與提高的頻率關(guān)聯(lián)起來(lái)。頻率提高對磁芯飽和的影響在于，當波形頻率或幅度提高時(shí)，平均電流為零安培的波形幅度峰值會(huì )被削掉。

16、直流(電流探頭)

       直流降低了電流探頭線(xiàn)圈磁芯的導磁率。導磁率下降導致線(xiàn)圈電感和 L/R 時(shí)間常數下降，進(jìn)而會(huì )降低低頻的耦合性能，及導致低頻電流測量響應丟失。某些AC 電流探頭提供了電流抵償選項，這些選項可以清空DC的效應。

17、衰退時(shí)間常數(電流探頭)

       衰退時(shí)間常數指標表明了電流探頭支持脈沖的能力。這一時(shí)間常數是次級電感(探頭線(xiàn)圈)除以端接電阻。衰退時(shí)間常數有時(shí)稱(chēng)為探頭 L/R 比。L/R 比越大，在幅度沒(méi)有明顯衰退或下落的情況下可以表示的電流脈沖越長(cháng)。L/R 比越小，在脈沖實(shí)際完成前，將看到長(cháng)時(shí)間的脈沖衰落到零。

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