示波器探頭基礎(chǔ)入門指南(下)

2 示波器探頭的主要指標

2.1 帶寬

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

圖1探頭頻響及帶寬定義

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

可見，探頭帶寬越高，對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 上升時間

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

與示波器一樣，大多數(shù)探頭的帶寬與上升時間滿足0.35公式，即：

Trise= 0.35/BWprobe

示波器+探頭測量系統(tǒng)的上升時間則滿足以下公式：

2.3 輸入阻抗

探頭一般都標注了輸入阻抗值，從50?至10M?甚至更高。探頭的輸入阻抗會嚴重影響探頭的負載效應(yīng)（將在第三節(jié)中詳述）。輸入阻抗越大，探頭的負載效應(yīng)越小，對待測電路正常工作影響也就越小。輸入阻抗越小，探頭的負載效應(yīng)越大，對待測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關(guān)鍵指標。有源探頭的輸入電容一般很小，小至pF甚至零點幾pF。小的電容會在高的頻帶上提供較大的輸入阻抗，從而減小負載效應(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于無源探頭而言可以提供更大的帶寬的原因。

2.5 衰減比

一般探頭都會對探測到的信號進行衰減，然后輸送至示波器。最常見的衰減比為10：1，即信號衰減為原始的十分之一，此時衰減比標注為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

3.1 負載效應(yīng)

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

圖2示波器探頭接入引起負載效應(yīng)

那么如何評判探頭的負載效應(yīng)呢？一般來說，探頭接入的輸入阻抗應(yīng)為待測電路待測點處輸出阻抗的10倍以上，此時負載效應(yīng)較小，測量誤差在允許范圍以內(nèi)。

如下圖所示：

圖3負載效應(yīng)示例

在探頭探測前，探測點的電壓為5V × 100K?/（100?+100K?）=4.995V。探頭探測后，并聯(lián)了一個1M?的阻抗，此時探測點的電壓為：

5V × (90.9k)/[100+(90.9k)] = 4.994V

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

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

而在某些時候，工程師希望測試電路板上某個探測點處的頻譜，往往使用剪斷的50?傳輸線纜，在剪斷處剝離地和傳輸芯，用以接觸探測點。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，電路板上的探測點與射頻源的輸出不同，由于傳輸線的50?低阻抗，會對測試點處引入較大的負載效應(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。