示波器探頭的電路圖和原理圖

一、示波器探頭電路圖

我們可以把探頭模型簡單等效為一個R、L、C電路，把這個模型與被測電路放在一起，如下圖所示：

如上圖所示，Rprobe是探頭的輸入電阻，為了盡可能減少探頭對被測電路的影響，要求探頭本身的輸入電阻Rprobe越大越好，但是Rprobe是不可能做到無窮大的，所以就會和被測電路產(chǎn)生分壓，使得實測電壓比實際電壓小。為了避免探頭電阻負(fù)載造成的影響，一般要求Rprobe要大于Rsource和Rload的10倍以上。大部分探頭的輸入阻抗在幾十K歐姆到幾十兆歐姆之間。

Cprobe是探頭本身的輸入電容。這個電容不是刻意做進(jìn)去的，而是探頭的寄生電容。這個寄生電容也是影響探頭帶寬的最重要因素，因為這個電容會衰減高頻成分，把信號的上升沿變緩。通常高帶寬的探頭寄生電容都比較小。理想情況下Cprobe 應(yīng)該為0，但是實際做不到。一般無源探頭的輸入電容在10pf 至幾百pf 間，帶寬高些的有源探頭輸入電容一般在0.2pf 至幾pf 間。

Lprobe是探頭導(dǎo)線的寄生電感，通常 1mm 探頭的地線會有大約 1nH 的電感，信號和地線越長，電感值越大。探頭的寄生電感和寄生電容組成了諧振回路，當(dāng)電感值太大時，在輸入信號的激勵下就有可能產(chǎn)生高頻諧振，造成信號的失真。所以高頻測試時需要嚴(yán)格控制信號和地線的長度，否則很容易產(chǎn)生振鈴。

在使用示波器時，需要對示波器測量通道的耦合方式和輸入阻抗進(jìn)行設(shè)置，耦合方式有AC和DC兩種，輸入阻抗有1MΩ和50Ω兩種。示波器的探頭種類很多，但是示波器的的匹配永遠(yuǎn)只有1M 歐姆或50歐姆兩種選擇，不同種類的探頭需要不同的電阻與之匹配。示波器輸入接口的電路示意圖如下圖所示：

測量普通信號時一般用DC耦合方式，測試電源的紋波/噪聲時需要使用AC耦合方式，示波器接有源探頭時，輸入阻抗會自動切換到50Ω檔位，接無源探頭時需要手動切換到1MΩ檔位。

從電壓測量的角度來說，為了減小對被測電路的影響，示波器應(yīng)采用1MΩ的高輸入阻抗，但是由于高阻抗電路的帶寬很容易受到寄生電容的影響。所以 1MΩ的輸入阻抗廣泛應(yīng)用于 500M 帶寬以下的測量。對于更高頻率的測量，通常采用50Ω的傳輸線，所以示波器50歐姆匹配主要用于高頻測量。

為了更好的說明示波器輸入阻抗及寄生電容對測量通道帶寬的影響，我們將電路圖從時域轉(zhuǎn)換到頻域，如下圖所示：

如上圖所示，示波器輸入通道寄生電容的等效阻抗為1/（2πfc），在低頻情況下，1/（2πfc）的值非常大，無電流通過C，示波器的輸入阻抗等于R的值，但是，隨著信號頻率的提高，寄生電容的等效阻抗1/（2πfc）越來越小，所以，在高頻信號下，寄生電容對示波器的輸入阻抗影響非常大，此時示波器的輸入阻抗為R//［1/（2πfc）］。為了降低寄生電容在高頻信號下對示波器的輸入阻抗的影響，所以在測試高頻信號時，示波器的輸入阻抗都設(shè)置為50Ω。

二、示波器探頭原理

在絕大多數(shù)示波器測量環(huán)境下，我們都需要使用探頭。示波器探頭有很多種，內(nèi)部原理構(gòu)造迥異，使用方法也各不相同。本文主要給大家介紹示波器探頭的工作原理。

對于DC直流或一般低頻信號而言，示波器探頭只是一個由特定阻抗R所形成的一段傳輸線纜。而隨著待測信號頻率的增加和不規(guī)則性，示波器探頭在測量過程中會引入寄生電容C以及電感L，寄生電容會衰減信號的高頻成分，使信號的上升沿變緩。寄生電感則會與寄生電容一起構(gòu)成諧振回路，使信號產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。所有這些都會對我們測量信號的準(zhǔn)確性帶來挑戰(zhàn)。

探頭電氣特性示意圖

示波器探頭按供電方式分可分為無源探頭和有源探頭。無源探頭又分為無源低壓、無源高壓及低阻傳輸線探頭等，有源探頭又分為有源單端、有源差分、高壓差分探頭等。此外，在一些特殊應(yīng)用下，還會使用到電流探頭（AC、DC）、近場探頭、邏輯探頭以及各類傳感器（光、溫度、振動）探頭等。

原則上來說，任何一款能夠?qū)⒏魑锢砹哭D(zhuǎn)換成電壓信號并具備與示波器互連能力的傳感器都可以作為示波器探頭，用戶可以根據(jù)具體使用環(huán)境和需求選擇適合的探頭類型。

以上示波器探頭的電路圖和原理圖由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科電子科技有限公司致力于示波器測試附件配件研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，涵蓋產(chǎn)品包含電流探頭、差分探頭、高壓探頭、無源探頭、電源紋波探頭、柔性電流探頭、近場探頭、邏輯探頭、功率探頭和光探頭等。旨在為用戶提供高品質(zhì)的探頭附件，打造探頭附件國產(chǎn)化知名品牌。更多信息，歡迎登錄普科科技網(wǎng)站進(jìn)行咨詢。

審核編輯黃宇