關(guān)于示波器探頭的11個(gè)誤解

對(duì)于曾經(jīng)操作過(guò)示波器的人而言，幾乎每個(gè)人都使用過(guò)一兩次示波器探頭。有些人的使用體驗(yàn)很好，而有些人的感受卻不盡如人意，而這可能是他們自身操作的結(jié)果。本文將試圖澄清有關(guān)示波器探頭的一些誤解和半真半假之言，讓用戶獲得更良好的結(jié)果。

誤解1. 100 MHz 的“信號(hào)”，使用 100 MHz 的示波器探頭。

示波器探頭帶寬與配合它們使用的示波器帶寬采用相同的方法進(jìn)行規(guī)定，即產(chǎn)品響應(yīng)的 -3dB 點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，如果使用 100 MHz 帶寬的探頭測(cè)量 100 MHz 1Vpp 正弦波，那么探頭輸出將顯示正弦波 0.7 Vpp 的幅度。因此，100 MHz 的探頭并不適合測(cè)量 100 MHz 的信號(hào)。常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)是，使用具有 3 倍至 5 倍時(shí)鐘頻率或數(shù)字系統(tǒng)中觸發(fā)率最快的探頭來(lái)進(jìn)行測(cè)量。這樣就具備了捕獲時(shí)鐘或數(shù)字信號(hào)基頻的第三或第五諧波的能力，使得示波器屏幕上的信號(hào)能更準(zhǔn)確地表示具有方形邊緣的真實(shí)信號(hào)。另一個(gè)有用的規(guī)則是 BW*Tr=0.35（針對(duì) 10-90 Tr）。使用此規(guī)則可以確定測(cè)量給定的上升時(shí)間所需的帶寬， 也可以用于確定具有特定帶寬的探頭所能測(cè)量的最快邊緣。

誤解2. 只有高帶寬測(cè)量才需要有源探頭。

有源探頭的低負(fù)載是它們最常被忽視的優(yōu)勢(shì)。每當(dāng)探頭與目標(biāo)發(fā)生接觸時(shí)，探頭變成它所測(cè)量的電路的一部分。探頭與電路之間的這種緊密接觸效應(yīng)稱(chēng)為探頭負(fù)載。負(fù)載越大，對(duì)被測(cè)信號(hào)帶來(lái)的探頭干擾就越多。探頭制造商對(duì)探頭的輸入電阻和電容做出了規(guī)定。典型的 500 MHz 無(wú)源探頭為并聯(lián) 10 M?，電容 9.5 pf；而典型的 1 GHz 有源探頭為并聯(lián) 1 M?，電容 1 pf。在直流中，對(duì)于被測(cè)電路而言，無(wú)源探頭看起來(lái)像是一個(gè) 10 M? 的對(duì)地阻抗，而有源探頭將為 1 M?。兩者都是非常大的阻抗，這意味著在低頻率信號(hào)上沒(méi)有明顯的影響。在較高頻率下，探頭電容將會(huì)對(duì)被測(cè)電路產(chǎn)生不利影響。例如， 在 75 MHz 的頻率下，無(wú)源探頭電容將呈現(xiàn) 150 ? 的對(duì)地阻抗，而有源探頭電容將呈現(xiàn)2.5 K? 的對(duì)地阻抗。有源探頭的較小電容將導(dǎo)致 10 kHz 以上交流信號(hào)含量的負(fù)載較無(wú)源探頭少。

誤解3. 所有示波器探頭的衰減比均為 10:1。

探頭會(huì)使被測(cè)信號(hào)衰減，這樣呈現(xiàn)給示波器的信號(hào)就不會(huì)超過(guò)示波器的輸入范圍。較大衰減比如 10:1、50:1、100:1 等，用于測(cè)量較高的電壓，而小衰減比如 2:1 和 1:1，適用于較低的電壓。測(cè)量系統(tǒng)的噪聲（示波器噪聲加探頭噪聲）會(huì)使得探頭衰減比成正比增加。在選擇探頭時(shí)，這是一個(gè)重要的考慮因素。10:1 的無(wú)源探頭和 1:1 的無(wú)源探頭都可以用于測(cè)量 1Vpp 的典型信號(hào)，但 1:1 的無(wú)源探頭會(huì)帶來(lái)更有利的信噪比。

誤解4. 只需建立穩(wěn)定的連接即可開(kāi)始測(cè)量

當(dāng)人們看到示波器探頭所含的眾多連接附件時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生這一誤解，認(rèn)為只要簡(jiǎn)單地將它們與探頭相連就可以達(dá)成測(cè)量目標(biāo)。這些附件旨在為用戶提供方便，使他們能夠簡(jiǎn)單、快速地進(jìn)行定性測(cè)量，檢查電源是否通電或者時(shí)鐘是否切換。定量測(cè)量包括上升時(shí)間、周期、過(guò)沖等等，在進(jìn)行定量測(cè)量時(shí)，最好要去掉附件，采用盡可能短的連接。較長(zhǎng)的附件會(huì)在探頭的信號(hào)路徑添加電感，大大降低它的帶寬，同時(shí)增加被測(cè)電路的探頭負(fù)載。

誤解5. 接地就是接地

這一說(shuō)法不言而喻，但對(duì)示波器探頭而言，這可能并不確切。探頭的接地方式會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。探頭的接地引線具有電感屬性，它的阻抗隨著頻率的增加而增加。探頭接地引線越長(zhǎng)， 其電感越大，頻率也越低，在低頻率下阻抗會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。沿著探頭的屏蔽向下返回的電流會(huì)遇到此阻抗。這會(huì)使得探頭帶寬降低，造成可觀察到的信號(hào)振鈴。此外，接地引線越長(zhǎng)，引線造成的環(huán)路越大，它也變成拾取雜散噪聲的更大天線。最好是始終采用盡可能短的接地連接。

誤解6. 使用電流探頭和電壓探頭測(cè)量功率

功率= 電壓* 電流，因此，上述觀點(diǎn)似乎合理。實(shí)際上，它的錯(cuò)誤在于，這個(gè)說(shuō)法不完整。為了使用示波器準(zhǔn)確地測(cè)量功率，電壓探頭和電流探頭需要進(jìn)行偏差校正。電壓探頭和電流探頭的電氣長(zhǎng)度通常不一樣。這是由電纜長(zhǎng)度和設(shè)備延遲所造成，使得兩個(gè)探頭的信號(hào)在不同的時(shí)間到達(dá)示波器。其結(jié)果是，對(duì)于像切換模式電源這樣的系統(tǒng)而言，電壓和電流動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致電壓乘以電流的乘積不正確。對(duì)探頭進(jìn)行偏差校正可以去除兩個(gè)探頭之間的信號(hào)傳輸時(shí)間差異并糾正錯(cuò)誤。關(guān)于示波器探頭使用的文獻(xiàn)將包含這一過(guò)程的詳細(xì)信息，它通常需要對(duì)已知信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，例如制造商隨同探頭一起提供的偏差校正夾具， 并通過(guò)在示波器上調(diào)整通道延遲來(lái)將其在時(shí)間上對(duì)準(zhǔn)。許多示波器具有內(nèi)置的偏差校正操作功能，能在探測(cè)到校準(zhǔn)信號(hào)時(shí)自動(dòng)執(zhí)行時(shí)間對(duì)準(zhǔn)。

誤解7. 使用隔直 / 交流耦合來(lái)消除直流

很多時(shí)候，待分析的有用信號(hào)是交流信號(hào)，位于相對(duì)較大的直流信號(hào)頂部。測(cè)量直流電源的紋波和噪聲就是一個(gè)常見(jiàn)的例子?！袄吓伞钡姆椒ㄊ菍⒁粋€(gè)大電容與探頭串聯(lián)，隔離掉直流分量，使信號(hào)能夠在屏幕上居中，并放大用于分析。另一種更好的方法是利用具有“探頭偏置”能力的探頭，如 N7020A 電源探頭。探頭偏置位于示波器和探頭向探頭內(nèi)注入調(diào)零電壓之處，最好位于探頭的大電阻值探針電阻器后方。使用探頭偏置的優(yōu)勢(shì)是只消除了直流。使用隔直時(shí)，低頻內(nèi)容也被濾除。在直流電源上測(cè)量紋波和噪聲時(shí)，隔直可以濾除低頻電源漂移和供電變化。探頭偏置的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，用戶調(diào)整接入偏置，示波器知道消除了多少直流，并能顯示此信息，以及在運(yùn)算或自動(dòng)測(cè)量中使用。

誤解8. 不要把示波器探頭放在溫箱內(nèi)。

曾幾何時(shí)，這種說(shuō)法并沒(méi)有錯(cuò)誤。但是，現(xiàn)在有多種高溫選項(xiàng)提供給用戶。例如，是德科技提供一系列電壓和電流探頭，可以在溫箱內(nèi)使用，其工作溫度范圍為 -50° C 到 +150° C。除了高溫能力之外，這些探頭還具有更長(zhǎng)的電纜，這樣他們可以溫箱內(nèi)部連接到測(cè)試設(shè)備所在的溫箱外部。

誤解9. 電流探測(cè)器在測(cè)量“小”電流時(shí)不起作用。

許多示波器電流探頭用戶在試圖測(cè)量小電流（1-50mA）時(shí)曾有過(guò)不愉快經(jīng)歷，他們發(fā)現(xiàn)不同測(cè)量的電流探頭偏差比被測(cè)電流大。這是由于多種因素造成的，如穿過(guò)探頭的引線的位置變化、探頭的熱漂移、殘余磁化強(qiáng)度或用于測(cè)量電流的導(dǎo)線環(huán)路中的外部信號(hào)耦合。針對(duì)非常小的電流（uA 及以下）的測(cè)量，有一種新型的電流探頭，如 N2820A 高靈敏度電流探頭。這種探頭沒(méi)有采用之前的磁場(chǎng)感應(yīng)方法，而是依賴(lài)歐姆定律。這種差分電壓探頭能測(cè)量由 1m? 到 1M? 的感應(yīng)電阻器的電壓，并在示波器上顯示電流測(cè)量結(jié)果。這種方法能消除前文提及的錯(cuò)誤源，使得用戶能夠用示波器精確地測(cè)量非常小的電流。

誤解10. 驅(qū)動(dòng)示波器的同時(shí)不能使用兩個(gè)探頭

有一份來(lái)自探頭制造商的產(chǎn)品介紹還沒(méi)有進(jìn)行公開(kāi)，這份產(chǎn)品介紹關(guān)乎探頭支架和探頭定位器，因此往往被忽視。這些方便的附件可以為用戶提供協(xié)助，使得用戶能在探測(cè)多個(gè)位置的同時(shí)操作示波器。它們具有不同的復(fù)雜性，有些是簡(jiǎn)單的雙腳架，與探頭相連形成穩(wěn)定的三腳架，探頭成為第三只“腳”；有些是具有多軸、可無(wú)限定位的支架，位于能對(duì)水平目標(biāo)和垂直目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)的方位。

誤解11. 探測(cè)現(xiàn)代高密度目標(biāo)很難

高密度目標(biāo)的探測(cè)并不像很多用戶認(rèn)為的那么困難。探頭制造商始終致力于打造新的附件或探頭產(chǎn)品線，以期使高密度目標(biāo)的探測(cè)更為容易。他們縮小了新無(wú)源探頭的直徑， 使其更容易捕獲目標(biāo)；在某些情況下，他們給有源探頭增加前燈用來(lái)照亮目標(biāo)。甚至還出現(xiàn)了一種新型的磁性探頭 N2851A，用戶可以將一個(gè)小探頭連接點(diǎn)焊接到目標(biāo)上，探頭與探測(cè)部位相連，由探頭內(nèi)的小磁鐵固定就位。如此一來(lái)，通過(guò)移動(dòng)磁鐵， 探頭就可以很容易地從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置。

審核編輯 ：李倩