示波器探頭基礎(chǔ)入門指南(下)

2 示波器探頭的主要指標(biāo)

2.1 帶寬

與示波器一樣，示波器探頭的頻響類似一個(gè)低通響應(yīng)。探頭的帶寬是指探頭響應(yīng)輸出幅度下降到70.7%（-3dB）時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)頻率。

圖1探頭頻響及帶寬定義

當(dāng)示波器配合探頭使用時(shí)，示波器+探頭就構(gòu)成了一套測(cè)量系統(tǒng)，此測(cè)量系統(tǒng)的帶寬滿足以下公式：

可見，探頭帶寬越高，對(duì)示波器帶寬的影響也就越小。一般我們推薦示波器探頭的帶寬為示波器帶寬的1.5倍，即探頭帶寬略高于示波器帶寬。

2.2 上升時(shí)間

探頭的上升時(shí)間是指探頭對(duì)階躍函數(shù)10%-90%的響應(yīng)時(shí)間。一般而言，探頭帶寬越高，上升時(shí)間越短。

與示波器一樣，大多數(shù)探頭的帶寬與上升時(shí)間滿足0.35公式，即：

Trise= 0.35/BWprobe

示波器+探頭測(cè)量系統(tǒng)的上升時(shí)間則滿足以下公式：

2.3 輸入阻抗

探頭一般都標(biāo)注了輸入阻抗值，從50?至10M?甚至更高。探頭的輸入阻抗會(huì)嚴(yán)重影響探頭的負(fù)載效應(yīng)（將在第三節(jié)中詳述）。輸入阻抗越大，探頭的負(fù)載效應(yīng)越小，對(duì)待測(cè)電路正常工作影響也就越小。輸入阻抗越小，探頭的負(fù)載效應(yīng)越大，對(duì)待測(cè)電路正常工作的影響就越大。

2.4 輸入電容

輸入電容是有源探頭的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。有源探頭的輸入電容一般很小，小至pF甚至零點(diǎn)幾pF。小的電容會(huì)在高的頻帶上提供較大的輸入阻抗，從而減小負(fù)載效應(yīng)。由輸入電容導(dǎo)致的輸入阻抗公式如下：

Rin= 1/2πfCin

由以上公式可知，Cin越小，探頭可以支持更高的帶寬f，這也是為什么有源探頭相對(duì)于無(wú)源探頭而言可以提供更大的帶寬的原因。

2.5 衰減比

一般探頭都會(huì)對(duì)探測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行衰減，然后輸送至示波器。最常見的衰減比為10：1，即信號(hào)衰減為原始的十分之一，此時(shí)衰減比標(biāo)注為10X。此外，常見的還有1X、100X、1000X探頭等。

2.6 最大輸入范圍

探頭都有最大輸入范圍，超過(guò)一定輸入范圍則可能損壞探頭。

3 示波器探頭使用注意事項(xiàng)

3.1 負(fù)載效應(yīng)

探頭的負(fù)載效應(yīng)是指被測(cè)電路接上探頭后，探頭與示波器一起組成了待測(cè)電路的并聯(lián)負(fù)載，從而吸引一部分電流流入示波器，對(duì)原始待測(cè)電路上的信號(hào)產(chǎn)品影響。如果負(fù)載效應(yīng)很大，則測(cè)到的波形與原始波形變化很大，示波器就不能準(zhǔn)確測(cè)量波形。

圖2示波器探頭接入引起負(fù)載效應(yīng)

那么如何評(píng)判探頭的負(fù)載效應(yīng)呢？一般來(lái)說(shuō)，探頭接入的輸入阻抗應(yīng)為待測(cè)電路待測(cè)點(diǎn)處輸出阻抗的10倍以上，此時(shí)負(fù)載效應(yīng)較小，測(cè)量誤差在允許范圍以內(nèi)。

如下圖所示：

圖3負(fù)載效應(yīng)示例

在探頭探測(cè)前，探測(cè)點(diǎn)的電壓為5V × 100K?/（100?+100K?）=4.995V。探頭探測(cè)后，并聯(lián)了一個(gè)1M?的阻抗，此時(shí)探測(cè)點(diǎn)的電壓為：

5V × (90.9k)/[100+(90.9k)] = 4.994V

此時(shí)，探頭引入的負(fù)載效應(yīng)僅為0.001V，可以忽略不計(jì)。如果待測(cè)點(diǎn)的輸出阻抗更高，則需要使用更高輸入阻抗的探頭。

值得一提的是，當(dāng)我們測(cè)試由信號(hào)源輸出的射頻信號(hào)時(shí)，一般使用的是50?傳輸線纜。50?的傳輸線纜與信號(hào)源輸出阻抗（50?）相匹配，使功率最大的傳輸至示波器，從而保證了測(cè)量精度。

而在某些時(shí)候，工程師希望測(cè)試電路板上某個(gè)探測(cè)點(diǎn)處的頻譜，往往使用剪斷的50?傳輸線纜，在剪斷處剝離地和傳輸芯，用以接觸探測(cè)點(diǎn)。線纜另一端則連接至頻譜儀。

圖4前段剝離的50?傳輸線纜

這種做法則是不可取的，電路板上的探測(cè)點(diǎn)與射頻源的輸出不同，由于傳輸線的50?低阻抗，會(huì)對(duì)測(cè)試點(diǎn)處引入較大的負(fù)載效應(yīng)。正確的做法是，使用高輸入阻抗的探頭取代50?傳輸線纜，與頻譜儀連接。