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不同類型探頭及其特點

作者: 時間:2008-07-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
市場上提供了數(shù)百種、甚至上千種不同的示波器。示波器的一個技術(shù)指標(biāo)是頻率特性,按頻率劃分的種類有其方便之處,但是示波器探頭的頻率覆蓋范圍有限很難按無線電頻率的LF、HF、VHF、UHF、RF等波段來劃分。示波器探頭是所有探頭中的一種,最常使用的探頭是電壓電流探頭,而探頭通常是按測量對象進(jìn)行分類的,具體分類如圖2所示:
  2.1 無源電壓探頭
  2.1.1 無源探頭
  無源探頭由導(dǎo)線和連接器制成,在需要補(bǔ)償或衰減時,還包括電阻器和電容器。探頭中沒有有源器件(晶體管或放大器),因此不需為探頭供電。無源探頭一般是最堅固、最經(jīng)濟(jì)的探頭,它們不僅使用簡便,而且使用廣泛。
  2.1.2 高阻無源電壓探頭
  從實際需要出發(fā),使用最多的是電壓探頭,其中高阻無源電壓探頭占最大部分。無源電壓探頭為不同電壓范圍提供了各種衰減系數(shù)1×,10×和100×。在這些無源探頭中,10×無源電壓探頭是最常用的探頭。對信號幅度是1V峰峰值或更低的應(yīng)用,1×探頭可能要比較適合,甚至是必不可少的。在低幅度和中等幅度信號混合(幾十毫伏到幾十伏)的應(yīng)用中,可切換1×/10×探頭要方便得多。但是,可切換1×/10×探頭在本質(zhì)上是一個產(chǎn)品中的兩個不同探頭,不僅其衰減系數(shù)不同,而且其帶寬、上升時間和阻抗(R和C)特點也不同。因此,這些探頭不能與示波器的輸入完全匹配,不能提供標(biāo)準(zhǔn)10×探頭實現(xiàn)的最優(yōu)性能。
  2.1.3 低阻無源電壓探頭
  大多數(shù)高阻無源探頭的帶寬范圍在小于100MHz到500MHz或更高的帶寬之間。而低阻無源電壓探頭(又稱為50歐姆探頭、Zo探頭、分壓器探頭)的頻率特性很好,采用匹配同軸電纜的探頭,帶寬可達(dá)10GHz和100皮秒或更快的上升時間。這種探頭是為用于50歐姆環(huán)境中設(shè)計的,這些環(huán)境一般是高速設(shè)備檢定、微波通信和時域反射計(TDR)。
  2.1.4 無源高壓探頭
  “高壓”是相對的概念。從探頭角度看,我們可以把高壓定義為超過典型的通用10×無源探頭可以安全處理的電壓的任何電壓。高壓探頭要求具有良好的絕緣強(qiáng)度,保證使用者和示波器的安全。
  2.2 有源電壓探頭
  2.2.1 有源探頭
  有源探頭包含或依賴有源器件,如晶體管。最常見的情況下,有源設(shè)備是一種場效應(yīng)晶體管(FET),它提供了非常低的輸入電容,低電容會在更寬的頻段上導(dǎo)致高輸入阻抗。可以從下面的Xc公式中看出:
  2.2.2 有源FET探頭
  有源FET探頭的規(guī)定帶寬一般在500MHz ~4GHz之間。除帶寬更高外,有源FET探頭的高輸入阻抗允許在阻抗未知的測試點上進(jìn)行測量,而產(chǎn)生負(fù)荷效應(yīng)的風(fēng)險要低得多。另外,由于低電容降低了地線影響,可以使用更長的地線。
  有源FET探頭沒有無源探頭的電壓范圍。有源探頭的線性動態(tài)范圍一般在±0.6V到±10V之間。
  2.2.3 有源差分探頭
  差分信號是互相參考,而不是參考接地的信號。差分探頭可測量浮置器件的信號,實質(zhì)上它是兩個對稱的電壓探頭組成,分別對地段有良好絕緣和較高阻抗。差分探頭可以在更寬的頻率范圍內(nèi)提供很高的共模抑制比(CMRR)。
  2.3 電流探頭
  從原理上來看,用電壓探頭測得電壓值,除以被測阻抗值,很容易就可以獲得電流值。然而,實際上這種測量引入的誤差很大,所以一般不采用電壓換算電流的方法。電流探頭可以精確測得電流波形,方法是采用電流互感器輸入,信號電流磁通經(jīng)互感變壓器變換成電壓,再由探頭內(nèi)的放大器放大后送到示波器。
  2.3.1 交流電流探頭
  交流電流在互感器中,隨著電流方向的變化,產(chǎn)生電場的變化,并感應(yīng)出電壓。交流電流探頭屬于無源設(shè)備,無需外接供電。
  2.3.2 直流電流探頭
  傳統(tǒng)電流探頭只能測量交流交流信號,因為穩(wěn)定的直流電流不能在互感器中感應(yīng)電流。然而,利用霍爾效應(yīng),電流偏流的半導(dǎo)體設(shè)備將產(chǎn)生與直流電場對應(yīng)的電壓。所以,直流電流探頭是一種有源設(shè)備,需要外接供電。
  所以電流探頭基本上分成兩類:即AC電流探頭和AC/DC電流探頭,AC電流探頭通常是無源探頭,AC/DC電流探頭通常是有源探頭。
  2.4 邏輯探頭
  使用示波器觀察分析數(shù)字波形的模擬特點時,需要用到邏輯探頭,為隔離確切地成因,數(shù)字設(shè)計人員通常需要查看在具體邏輯條件下發(fā)生的特定數(shù)據(jù)脈沖,這要求邏輯觸發(fā)功能。如圖3為邏輯探頭示意圖,可以在大多數(shù)示波器中增加這種邏輯出發(fā)功能。
  2.5 其他探頭
  由于示波器的應(yīng)用范圍十分廣泛,所以除了上述的探頭類型外還有各種專用探頭,這些專業(yè)探頭根據(jù)其前端傳感器的不同而有不同的功用,下面我們介紹其中的兩種,僅供讀者了解。
  光電探頭在原理上是普通電壓探頭與光電轉(zhuǎn)換器件的組合,可直接測量光器件和光纖傳輸?shù)墓庑盘枴?br />  溫度探頭是普通電壓探頭與溫度傳感器的組合,可直接測量物體的溫度。溫度探頭屬傳感器探頭的一種,各種傳感器探頭與示波器配合可測量多種物理量。


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