PRBTEK分享-關(guān)于示波器探頭的11個(gè)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(jìn)行規定，即產(chǎn)品響應的 -3dB 點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，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。常規的經(jīng)驗是，使用具有 3 倍至 5 倍時(shí)鐘頻率或數字系統中觸發(fā)率最快的探頭來(lái)進(jìn)行測量。這樣就具備了捕獲時(shí)鐘或數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(shí)信號。另一個(gè)有用的規則是 BW*Tr=0.35（針對 10-90 Tr）。使用此規則可以確定測量給定的上升時(shí)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(shí)，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稱(chēng)為探頭負載。負載越大，對被測信號帶來(lái)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定。典型的 500 MHz 無(wú)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(wú)源探頭看起來(lái)像是一個(gè) 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(zhù)在低頻率信號上沒(méi)有明顯的影響。在較高頻率下，探頭電容將會(huì )對被測電路產(chǎn)生不利影響。例如， 在 75 MHz 的頻率下，無(wú)源探頭電容將呈現 150 Ω 的對地阻抗，而有源探頭電容將呈現2.5 KΩ 的對地阻抗。有源探頭的較小電容將導致 10 kHz 以上交流信號含量的負載較無(wú)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(huì )使被測信號衰減，這樣呈現給示波器的信號就不會(huì )超過(guò)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。測量系統的噪聲（示波器噪聲加探頭噪聲）會(huì )使得探頭衰減比成正比增加。在選擇探頭時(shí)，這是一個(gè)重要的考慮因素。10:1 的無(wú)源探頭和 1:1 的無(wú)源探頭都可以用于測量 1Vpp 的典型信號，但 1:1 的無(wú)源探頭會(huì )帶來(lái)更有利的信噪比。

誤解4. 只需建立穩定的連接即可開(kāi)始測量

當人們看到示波器探頭所含的眾多連接附件時(shí)，可能會(huì )產(chǎn)生這一誤解，認為只要簡(jiǎn)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(hù)提供方便，使他們能夠簡(jiǎn)單、快速地進(jìn)行定性測量，檢查電源是否通電或者時(shí)鐘是否切換。定量測量包括上升時(shí)間、周期、過(guò)沖等等，在進(jìn)行定量測量時(shí)，最好要去掉附件，采用盡可能短的連接。較長(cháng)的附件會(huì )在探頭的信號路徑添加電感，大大降低它的帶寬，同時(shí)增加被測電路的探頭負載。

誤解5. 接地就是接地

這一說(shuō)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(huì )出現錯誤。探頭的接地引線(xiàn)具有電感屬性，它的阻抗隨著(zhù)頻率的增加而增加。探頭接地引線(xiàn)越長(cháng)， 其電感越大，頻率也越低，在低頻率下阻抗會(huì )出現問(wèn)題。沿著(zhù)探頭的屏蔽向下返回的電流會(huì )遇到此阻抗。這會(huì )使得探頭帶寬降低，造成可觀(guān)察到的信號振鈴。此外，接地引線(xiàn)越長(cháng)，引線(xiàn)造成的環(huán)路越大，它也變成拾取雜散噪聲的更大天線(xiàn)。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(guān)點(diǎn)似乎合理。實(shí)際上，它的錯誤在于，這個(gè)說(shuō)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(jìn)行偏差校正。電壓探頭和電流探頭的電氣長(cháng)度通常不一樣。這是由電纜長(cháng)度和設備延遲所造成，使得兩個(gè)探頭的信號在不同的時(shí)間到達示波器。其結果是，對于像切換模式電源這樣的系統而言，電壓和電流動(dòng)態(tài)變化，導致電壓乘以電流的乘積不正確。對探頭進(jìn)行偏差校正可以去除兩個(gè)探頭之間的信號傳輸時(shí)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(guò)程的詳細信息，它通常需要對已知信號進(jìn)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(guò)在示波器上調整通道延遲來(lái)將其在時(shí)間上對準。許多示波器具有內置的偏差校正操作功能，能在探測到校準信號時(shí)自動(dòng)執行時(shí)間對準。

誤解7. 使用隔直 / 交流耦合來(lái)消除直流

很多時(shí)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(gè)常見(jiàn)的例子�！袄吓伞钡姆椒ㄊ菍⒁粋�(gè)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注入調零電壓之處，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(shí)，低頻內容也被濾除。在直流電源上測量紋波和噪聲時(shí)，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(gè)優(yōu)勢是，用戶(hù)調整接入偏置，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(dòng)測量中使用。

誤解8. 不要把示波器探頭放在溫箱內。

曾幾何時(shí)，這種說(shuō)法并沒(méi)有錯誤。但是，現在有多種高溫選項提供給用戶(hù)。例如，是德科技提供一系列電壓和電流探頭，可以在溫箱內使用，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(cháng)的電纜，這樣他們可以溫箱內部連接到測試設備所在的溫箱外部。

誤解9. 電流探測器在測量“小”電流時(shí)不起作用。

許多示波器電流探頭用戶(hù)在試圖測量小電流（1-50mA）時(shí)曾有過(guò)不愉快經(jīng)歷，他們發(fā)現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(guò)探頭的引線(xiàn)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線(xiàn)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(méi)有采用之前的磁場(chǎng)感應方法，而是依賴(lài)歐姆定律。這種差分電壓探頭能測量由 1mΩ 到 1MΩ 的感應電阻器的電壓，并在示波器上顯示電流測量結果。這種方法能消除前文提及的錯誤源，使得用戶(hù)能夠用示波器精確地測量非常小的電流。

誤解10. 驅動(dòng)示波器的同時(shí)不能使用兩個(gè)探頭

有一份來(lái)自探頭制造商的產(chǎn)品介紹還沒(méi)有進(jìn)行公開(kāi)，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(hù)提供協(xié)助，使得用戶(hù)能在探測多個(gè)位置的同時(shí)操作示波器。它們具有不同的復雜性，有些是簡(jiǎn)單的雙腳架，與探頭相連形成穩定的三腳架，探頭成為第三只“腳”；有些是具有多軸、可無(wú)限定位的支架，位于能對水平目標和垂直目標進(jìn)行探測的方位。

誤解11. 探測現代高密度目標很難

高密度目標的探測并不像很多用戶(hù)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(xiàn)，以期使高密度目標的探測更為容易。他們縮小了新無(wú)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(lái)照亮目標。甚至還出現了一種新型的磁性探頭 N2851A，用戶(hù)可以將一個(gè)小探頭連接點(diǎn)焊接到目標上，探頭與探測部位相連，由探頭內的小磁鐵固定就位。如此一來(lái)，通過(guò)移動(dòng)磁鐵， 探頭就可以很容易地從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置。

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