前面我們講了關(guān)于選擇示波器探頭的常犯3點錯誤，那么除了前面講的那些問題點外，我們還需要注意選擇示波器探頭時常犯的錯誤呢？下面西安普科科技小編和大家講講：

1、沒有考慮到探頭負(fù)載效應(yīng)

探頭一旦與示波器連接并與器件接觸，它就成為電路的一部分。問題是，探頭帶給器件的電阻、電容和電感負(fù)載效應(yīng)將影響您在屏幕上看到的信號。這種負(fù)載效應(yīng)是您需要考慮的重要因素。有時這種效應(yīng)很小，甚至注意不到，但如果負(fù)載效應(yīng)過大，它所改變的就不僅僅是您在屏幕上看到的內(nèi)容。它還會影響器件的工作狀態(tài)。顯然，您希望盡可能減少負(fù)載效應(yīng)?？上?，由于這是寄生的負(fù)載效應(yīng)，您將永遠(yuǎn)無法完全消除它，但對它了解得越多，就越可能幫助您減少它對器件的影響。

在圖8的基本探頭模型中，您可以看到無源探頭的電感、電容和電阻。電阻是一個分立元件，這意味著它被設(shè)計在探頭末端，以便將探頭從電路中隔離開來并盡量減小負(fù)載效應(yīng)。探頭電容是設(shè)計中的電容元器件和寄生電容共同形成的結(jié)果。

圖8.探頭基本原理圖

圖9中的圖形使得這更容易理解。注意圖形左邊，在直流頻率范圍內(nèi)，輸入阻抗約為100 kΩ。對信號來說，這看起來像是一個100 kΩ接地電阻。但是，在圖形右側(cè)的MHz區(qū)域內(nèi)，阻抗開始下降，因為電容的阻抗與頻率成反比。因此，隨著頻率變高，電容開始變得比電阻更容易接地。

圖9.電容的阻抗與頻率成反比

有源探頭的負(fù)載效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無源探頭，因為無源探頭僅由電阻和電容元件制成。有源探頭的負(fù)載效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無源探頭，因為無源探頭僅由電阻和電容元件制成。

2、不確定應(yīng)該選擇有源探頭還是無源探頭

首先我們來看一個無源探頭與有源探頭對比的示例，如圖10所示。這里對比的是阻抗和頻率。繼續(xù)考慮探頭負(fù)載效應(yīng)，大部分工程師在閱讀探頭技術(shù)資料時，關(guān)注點都在電阻上。他們或許會比較無源探頭的10 MΩ電阻與有源探頭的1 MΩ電阻，然后想：“無源探頭的電阻更大，這說明負(fù)載效應(yīng)更低。”但是，他們真正應(yīng)該考慮的是我們在上面討論過的另一個重要因素，即電容。您可以比較圖10中無源探頭的9.5 pf電容與有源探頭的1 pf電容。

圖10.有源探頭和無源探頭對比

圖10底部的圖形可以幫助您直觀地理解兩種不同電容的阻抗與頻率關(guān)系差異。無源探頭的紅色跡線和有源探頭的藍(lán)色跡線會在某一點相交叉。兩個探頭有同一阻抗的頻率點為10 kHz。但是，隨著頻率升高，它們的阻抗看起來差別很大。在70 MHz時，無源探頭只有150Ω，而有源探頭為2.5 kΩ。有源探頭的阻抗高得多，這正是您想要的。較高的阻抗將減少電容負(fù)載效應(yīng)。有源探頭的阻抗高得多主要是因為其電容較低。在這種頻率上，電容的作用要遠(yuǎn)大于電阻值的作用。因此，千萬不要忘記檢查探頭的電容技術(shù)指標(biāo)。

負(fù)載效應(yīng)在無源探頭和有源探頭之間造成的另一個重要區(qū)別是精度。要分析這種情況，最簡單的方法是使用兩種探頭來測量信號的上升時間。圖11中的綠色跡線顯示了信號不通過探頭而是使用特殊附件直接進入示波器的情況?？梢钥吹?，信號的真實上升時間為1.1 ns。當(dāng)無源探頭與器件連接時，紅色跡線出現(xiàn)，此時上升時間測得為1.5 ns。與真實上升時間相比，偏差0.4 ns。連接有源探頭后（黃色跡線），您會發(fā)現(xiàn)上升時間測量值與實際值幾乎沒有差別。您甚至都看不到黃色跡線。由于有源探頭的負(fù)載效應(yīng)小得多，因而精度也高得多。

圖11.無源探頭和有源探頭負(fù)載效應(yīng)對上升時間的影響對比

探頭阻抗隨頻率發(fā)生變化，有源探頭的阻抗大于無源探頭的阻抗。有源探頭更精確，但也更昂貴。您可能并不總是需要高精度，因此您想評測探頭在需要處理的特定頻率范圍內(nèi)的負(fù)載效應(yīng)，從而確定其是否在測試的允許范圍內(nèi)。請記住，始終要注意探頭負(fù)載效應(yīng)的兩個關(guān)鍵屬性：電阻和電容。電阻值應(yīng)盡可能高，電容值應(yīng)較小，這樣可以獲得更小的負(fù)載效應(yīng)。

3、忘了考慮連接帶寬和負(fù)載效應(yīng)

連接帶寬

連接帶寬即探頭與被測器件之間的連接的帶寬。在許多情況下，會在探頭尖端使用附件，更方便地建立牢固連接。但是，這類附件會成為系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，給帶寬帶來限制，盡管您已經(jīng)選擇了帶寬最適合的示波器和探頭。在確定所需的帶寬和探頭附件時，必須考慮到這一點。

考慮圖12中的2 GHz有源探頭，從中理解負(fù)載效應(yīng)為什么是測量系統(tǒng)中的最薄弱環(huán)節(jié)。能夠與探頭搭配的附件有很多種。在第一個例子中，雙引線適配器和夾具抓取器連接到器件。這是一個很短的連接，所以帶寬仍然為500 MHz。如果您去掉夾具端部，只保留引線，那么連接更短，所以可以看到更好的帶寬。但是，如果將所有附件都完全移除，有可能得到最短的連接，并提供最佳帶寬（2 GHz）。

現(xiàn)在您了解了最薄弱的環(huán)節(jié)將如何改變您在屏幕上看到的測量結(jié)果。但是，實際上在很多情況下使用這樣的附件還是很有必要的，或者由于信號頻率較低，不需要太寬的帶寬，所以可以使用附件。但對于需要更大的帶寬以便看到更快上升時間的應(yīng)用，千萬不要忘記考慮連接帶寬。連接應(yīng)盡量短，才能實現(xiàn)盡量大的帶寬。

連接負(fù)載效應(yīng)

屏幕上看到的連接負(fù)載效應(yīng)值與連接帶寬平行。您可以在圖12中觀察同一個有源探頭的結(jié)果來理解負(fù)載效應(yīng)。使用引線適配器和夾具抓取器時，對信號產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)相對較低，但還是會有一些。如果完全不連接任何附件，負(fù)載效應(yīng)將降到最低。您可以看到它是如何隨附件而變化的，類似于連接帶寬。不使用任何附件時，負(fù)載將會非常小，以至于您很可能在測量中甚至不會注意到它。當(dāng)您嘗試確定哪些附件最適合您的應(yīng)用時（如果有的話），知道這個規(guī)律尤其有用。

有一個簡單的技巧可以確定您的器件將會遇到多少連接負(fù)載效應(yīng)。它的名稱是：雙探頭系統(tǒng)。其理論依據(jù)是在設(shè)計中的同一個位置使用兩個探頭，以估計一個探頭的負(fù)載效應(yīng)?；旧希褂靡粋€探頭和兩個探頭進行測量之間的差異與不用探頭和用一個探頭測量的差異大體相同。

1.將探頭和附件連接到被測器件

2.測量信號的上升時間，并保存屏幕上顯示的跡線，以便稍后進行比較

3.使用相同的裝置/附件將另一個探頭連接到相同點。

圖12.不同的連接和帶寬效應(yīng)

您可以在示波器屏幕（圖13）上大略看到負(fù)載效應(yīng)有多大。這就是“單探頭”跡線與“雙探頭”跡線的差別。看到這些信息，您就可以知道使用不同的探頭和附件將會為系統(tǒng)引入多少負(fù)載效應(yīng)。再重復(fù)一遍，探頭末端到被測器件之間的附件或連接越短，您在信號上看到的連接負(fù)載效應(yīng)就越小。

圖13.雙探頭法演示

4、低估了衰減比

探頭的另一個重要技術(shù)指標(biāo)是衰減比。大部分應(yīng)用需要的衰減比各不相同。您需要多大的衰減比，由要測量的信號大小決定。衰減比將決定信號如何饋入示波器，以及最終如何在屏幕上顯示。我們退一步來思考為什么要使用不同的衰減比。示波器是非常靈敏的儀器，只能在一定的電壓范圍內(nèi)工作，以防止受到損壞。如果您正在處理較大的電壓，則需要通過分壓將電壓降低到示波器的安全電壓范圍內(nèi)。分壓值就是衰減比，不同的信號和應(yīng)用需要采用不同的衰減比。

如果您正在處理較高的電壓，則需要使用較高的衰減比，比如說10:1。這意味著將探頭連接到器件時，在示波器屏幕上看到的信號將僅為器件實際輸出信號的十分之一。如果您正在處理較高的電壓，那么應(yīng)該將其縮小到原來的十分之一，以適應(yīng)ADC的范圍并正確進行處理。如果您正在處理小電壓，則需要使用較小的衰減比，例如1:1探頭。這樣可以盡量充分利用ADC，讓您更準(zhǔn)確地查看小信號。如果使用類似1:1探頭這樣的器件來測量大電壓，則信號會被削波，并且無法在屏幕上查看整個信號。衰減比可以從低電壓應(yīng)用時的1:1一路升高到高電壓應(yīng)用時的1000:1。不同的衰減比各有優(yōu)缺點，但再次重申一遍，這要根據(jù)信號的大小來決定。使用較高的衰減比會從示波器放大器引入更多噪聲，而使用較低的衰減比意味著噪聲較少，但同時也會對信號產(chǎn)生更大負(fù)載效應(yīng)，有用頻率范圍也顯著降低。

圖14.將同一個信號輸入兩個通道，縱軸設(shè)置為5V/格，您可以看到10:1探頭（黃色跡線）與1:1探頭（綠色跡線）之間的差異。

了解探頭和示波器技術(shù)指標(biāo)有助于您更好地理解衰減比。以圖15中的10:1探頭原理圖為例。這種探頭通常是示波器的標(biāo)配探頭。它將一個9 M?的探頭末端電阻與示波器的1 M?輸入阻抗串聯(lián)。探頭末端上的電阻于是就變?yōu)?0 M?，意味著進入示波器的信號電壓為探頭末端連接處電壓的1/10。

圖15.探頭和示波器連接原理圖

根據(jù)這些知識，您可以輕松地為應(yīng)用選擇具有適合衰減比的探頭。這完全取決于您要處理的信號電壓。

理解所有這些關(guān)鍵的探頭技術(shù)指標(biāo)，將會幫助您避免其他工程師在示波器探頭選型時常犯的錯誤。

記住不要犯的最大錯誤：絕對不要低估探頭的能力！否則，您所測量的信號與屏幕上顯示的信號之間會出現(xiàn)很大差異。確保您選擇的探頭符合測試中重要技術(shù)指標(biāo)的要求。

以上就是關(guān)于選擇示波器探頭時常犯的錯誤的相關(guān)介紹，如您使用中還有其他問題，歡迎登陸西安普科電子科。

審核編輯：湯梓紅