為什么有這么多示波器探頭怎么區(qū)分和選擇？示波器探頭有哪些指標需要關注？

　　問題分析:

　　不了解探頭的作用和具體指標

　　如何解決：

　　按照探頭分類，探頭主要指標，對測量影響展開講解。

　　講解內(nèi)容：

　　內(nèi)容一：為什么有這么多示波器探頭，怎么區(qū)分和選擇？

　　區(qū)分解答：

　　①無源電壓探頭：無源探頭由導線和連接器制成，在需要補償或衰減時，還包括電阻器和電容器。探頭中沒有有源器件(晶體管或放大器)，因此不需為探頭供電。

　　②有源電壓探頭：有源探頭包含或依賴有源器件操作，如晶體管。最常見的情況下，有源器件是場效應晶體管(FET)。FET輸入的優(yōu)勢是，它提供了非常低的輸入電容，一般為幾皮法拉，正常大于1皮法拉。這種超低電容可以實現(xiàn)用戶希望的多種效應。

　　③差分探頭：差分信號是互相參考、而不是參考接地的信號。

　　④高壓探頭：“高壓"是相對概念。在半導體行業(yè)中視為高壓，在電源行業(yè)中實際上沒有任何意義。但從探頭角度看，我們可以把高壓定義為超過典型的通用10X無源探頭可以安全處理的電壓的任何電壓。一般來說，通用無源探頭的最大電壓在400-500 V左右(DC+峰值AC)。另一方面，高壓探頭的最大額定電壓可以高達上萬伏。

　　⑤電流探頭：流經(jīng)導線的電流會導致在導線周圍形成電磁通量場。當前探頭是為傳感這個通量場的場強而設計的，并把它轉(zhuǎn)換成相應的電壓，以使用示波器進行測量。這允許使用示波器查看和分析電流波形。

　　⑥邏輯探頭：由于各種原因，數(shù)字系統(tǒng)可能會發(fā)生問題。盡管邏輯分析儀是識別和隔離發(fā)生的故障的主要工具，但邏輯故障的實際成因通常是由于數(shù)字波形的模擬特點導致的。脈寬抖動、脈沖幅度畸變和普通的老式模擬噪聲和串擾都可能會引起數(shù)字問題。分析數(shù)字波形的模擬特點要求使用示波器。這時就可以結(jié)合邏輯探頭來讓示波器完成邏輯分析。

　　⑦光接口探頭：光接口探頭是一種光電轉(zhuǎn)換器。在光接口一側(cè)，必須選擇符合特定光接口連接器和光纖類型或被測器件光接口模式的探頭。在電接口一側(cè)，則應遵循標準的探頭與示波器匹配標準。

　　⑧其它探頭類型：

　　選擇解答：

　　在選擇探頭時要考慮幾個基本信號源問題，即信號類型、信號頻率成分、幅度大小等。

　　我們展開來說說：

　　一．探頭選擇的第一步是評估要探測的信號類型。常見信號類型有：①電壓信號；②電流信號；③邏輯信號；④其他信號。根據(jù)不同信號類型選擇具有不同應用功能的示波器探頭。

　　二．探頭選擇的第二步是確認信號頻率成分。不管是什么類型，所有信號都有頻率成分。DC信號的頻率為0 Hz，純正弦曲線擁有單一的頻率，這一頻率是正弦曲線周期的倒數(shù)。所有其它信號都包含多個頻率，頻率值取決于信號波形。

　　三．探頭選擇的第三步是確認信號上升時間。信號上升時間也決定了要匹配的帶寬大小，要結(jié)合示波器帶寬共同考慮。

　　四．探頭選擇的第四步是確認信號源阻抗。

　　對于示波器來說：所有示波器都有輸入電阻和輸入電容。為最大限度地傳送信號，示波器的輸入電阻和電容必須與探頭輸出的電阻和電容相匹配。

　　對于測試信號來說：①.探頭的阻抗與信號源阻抗相結(jié)合，產(chǎn)生新的信號負荷阻抗，其在一定程度上會影響信號幅度和信號上升時間。②.在探頭阻抗明顯高于信號源阻抗時，探頭對信號幅度的影響可以忽略不計。③.探頭尖、端電容也稱為輸入電容，影響著信號的上升時間展寬。最好選擇高阻抗、低電容探頭，以最大限度降低信號源的探頭負荷。

　　五．探頭選擇的第五步是確認信號幅度(最大值,最小值)，根據(jù)實際被測信號大小來匹配合適測量范圍的探頭。

　　六．探頭選擇的第六步是確認測試點形狀（類似像帶引線的器件，表面封裝等）

　　其是否足夠，剛好把探頭接觸到測試點上、在示波器上觀察信號？還是必需使探頭連接測試點，以監(jiān)測信號，同時進行各種電路調(diào)節(jié)？對前一種情況，適合采用針式探頭尖、端；而對后一種情況，則要求某類可收縮的掛鉤探頭尖、端。測試點的規(guī)格也影響著探頭選擇。標準規(guī)格的探頭和附件特別適合探測連接器針腳、電阻器引線和背板。但為了探測表面封裝電路，就得使用帶有為表面封裝應用專門設計的附件的小型探頭。

　　內(nèi)容二：示波器探頭有哪些重點指標需要關注？

　　①帶寬(通用指標)：所有探頭都有帶寬。10 MHz探頭有10 MHz的帶寬，100 MHz探頭有100 MHz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%(-3 dB)的頻率。

　　②衰減系數(shù)(通用指標)：所有探頭都有一個衰減系數(shù)，某些探頭可能會有可以選擇的衰減系數(shù)。典型的衰減系數(shù)是1X、10X和100X。衰減系數(shù)是探頭使信號幅度下降的程度。1X探頭不會降低或衰減信號，而10X探頭則會把信號降低到探頭尖、端幅度的1/10。探頭衰減系數(shù)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。

　　③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上探頭器件的額定擊穿電壓。

　　④輸入電容(通用指標)：探頭尖、端上測量的探頭電容。這是探頭在被測電路測試點或被測器件上的電容。探頭尖、端電容非常重要，因為它影響著測量脈沖的方式。低頭部電容最大限度地降低了進行上升時間測量的誤差。此外，如果脈沖的時長低于探頭RC時間常數(shù)的五倍，會影響脈沖的幅度。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(nèi)。

　　⑤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。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。

　　⑥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、同時仍能實現(xiàn)規(guī)定性能的總電流(DC加峰值AC)。在AC電流測量中，必須根據(jù)頻率降低峰到峰額定值，以計算最大總輸入電流。

　　⑦最大額定峰值脈沖電流(電流探頭)：不應超過這一額定值，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(guī)定為安培秒乘積。

　　⑧門限電壓(邏輯探頭)：邏輯探頭測量和分析信號的方式不同于其它示波器探頭。邏輯探頭不測量模擬細節(jié)，而是檢測邏輯門限電平。在您使用邏輯探頭把混合信號示波器連接到數(shù)字電路上時，您只關心信號的邏輯狀態(tài)。這時只有兩種關心的邏輯電平。在輸入超出門限電壓(Vth)時，電平稱為“高"或“1"；相反，低于Vth的電平為“低"或“0"。在對輸入采樣時，混合信號示波器會存儲一個“1"或一個“0"，具體視相對于電壓門限的信號電平而定。

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