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來(lái)源：Digi-Key 作者：Art Pini 在我的職業(yè)生涯早期，我曾管理一個(gè)測試部門(mén)，我們有 22 名工程師和技術(shù)人員，以及約 35 臺示波器。示波器中最常見(jiàn)的故障是探頭缺陷。損壞的探針、斷續連接的連接器、破損的電纜——示波器探頭可能會(huì )出現沒(méi)完沒(méi)了的故障。所以，我們一年大概會(huì )換掉三十幾個(gè)探頭。 在尋找替代探頭時(shí)，除了了解探頭工作原理及其規格外，并沒(méi)有什么秘訣。幾乎所有示波器的每個(gè)通道都配有一個(gè)無(wú)源探頭，因此探頭是非常常見(jiàn)的測試配件。雖然無(wú)源探頭經(jīng)歷了八十年的技術(shù)發(fā)展，但基本概念仍然很簡(jiǎn)單。如圖 1 所示，10:1 無(wú)源探頭基本上是一個(gè)補償衰減器，用于連接到示波器的 1 MΩ 輸入端接。示波器的 1 MΩ 輸入可以建模為帶并聯(lián)小電容的 1 MΩ 電阻器。 
圖 1：10:1 高阻抗無(wú)源探頭電路模型，探頭可連接到示波器的 1 MΩ 輸入。（圖片來(lái)源：Art Pini） 通過(guò)將一個(gè) 9 MΩ 電阻器與示波器輸入端（圖 1 中的 RIN）串聯(lián)，即可實(shí)現 10:1 衰減。這種組合將使探頭輸入端的低頻信號在示波器輸入端衰減 10 倍。對于更高頻率的信號，示波器輸入的分路電容 (Cin) 與同軸電纜的電容一起用作輸入信號的低通濾波器。 若要實(shí)現平坦的頻率響應，則需要進(jìn)行均衡。若增加一個(gè)拐點(diǎn)頻率與低通濾波器相同的串聯(lián)高通濾波器，則可以使探頭-示波器組合的頻率響應變得平坦。這是通過(guò)使時(shí)間常數 RIN x CIN 等于 Ro x (CSCOPE in+CCABLE+C COMP) 的時(shí)間常數來(lái)實(shí)現的。由于示波器的輸入電容變化很小，所以增加了可變電容 CCOMP 來(lái)調整低通元器件的時(shí)間常數。根據每個(gè)示波器手冊中的說(shuō)明，可對該電容器進(jìn)行調整以設置低頻補償。 我們來(lái)看一個(gè)尋找替代探頭的例子。假設我們要為 Teledyne LeCroy HDO4104A 1 GHz 四通道示波器尋找替代探頭。此示波器通常隨附四個(gè) PP018 500 MHz 探頭。我們需要有關(guān)示波器的一項信息是輸入電容 CSCOPE in，可在規格書(shū)中找到。規格書(shū)列出的輸入電容為 16 pF；如果沒(méi)有明確列出，可以假設公差為 ±20%。 首先在 Digi-Key 網(wǎng)站上搜索示波器探頭。搜索結果之一如圖 2 所示，為“測試引線(xiàn) - 示波器探頭”頁(yè)面。
圖 2：通過(guò) Digi-Key 網(wǎng)站的“測試引線(xiàn) - 示波器探頭”頁(yè)面突出顯示搜索條件：無(wú)源探頭、10:1 衰減、500 MHz 帶寬和 10 MΩ 的探頭輸入電阻。（圖片來(lái)源：Art Pini） 搜索得到 16 種產(chǎn)品，如圖 3 所示。
圖 3：搜索結果列出了 16 種探頭，前 8 種有庫存。其中一個(gè)選擇是完全相同的替代品 PP018，但也有來(lái)自其他制造商的合適探頭。（圖片來(lái)源：Art Pini） 在前 8 個(gè)搜索結果中，有 6 個(gè)是 Teledyne LeCroy 探頭，包括隨示波器提供的 PP018 探頭。此外，還有其他兩家制造商的探頭：Cal Test Electronics 的 CT4203 和 Carlisle Interconnect Technologies 的 P500-010。通常來(lái)說(shuō)，最好是評估其他選項。 通過(guò)查閱每個(gè)探頭的規格書(shū)，我們可以比較表 1 所示的關(guān)鍵規格。
表 1：使用八個(gè)關(guān)鍵探頭規格，比較來(lái)自三個(gè)不同制造商的探頭產(chǎn)品。（表來(lái)源：Art Pini） 這三個(gè)探頭都高度匹配。之前沒(méi)有提到的一個(gè)關(guān)鍵規格是補償范圍。這是探頭可以匹配的示波器輸入電容范圍。由于示波器的輸入電容為 16 pF ±20%，因此所有這些探頭都能匹配。 第二個(gè)問(wèn)題是探頭尖頭的直徑。較小的 2.5 mm 直徑有更緊密的探頭間距，而不會(huì )產(chǎn)生物理干擾。較大的 5 mm 探頭尖頭更堅固，不易破損。這種工程決策只能由用戶(hù)來(lái)決定。 總結 雖然工程師知道需要小心使用示波器探頭，因為并非所有損壞都可以立即看到，但有時(shí)即使小心翼翼使用，探頭也會(huì )出現故障。不巧的是，這種情況通常會(huì )出現在最重要的測試中。 如上所示，使用 Digi-Key 的產(chǎn)品搜索引擎和提供的基本選擇指南，獲得替代品變得更加輕松。除了探頭尖頭直徑外，此處選擇的三個(gè)探頭主要區別在于成本——這是最終的工程決策。 或者，也可以向鄰桌“借用”。 |
