測(cè)試測(cè)量關(guān)鍵基礎(chǔ)之示波器（一）

　　Rprobe在改善頻響的同時(shí)會(huì)和示波器輸入電阻產(chǎn)生一個(gè)分壓，所謂10：1的分壓就是指示波器實(shí)際測(cè)量到的電壓是探頭前端處電壓的1/10，也就是信號(hào)經(jīng)過探頭會(huì)有一個(gè)10倍衰減。比較簡(jiǎn)單的探頭需要手工設(shè)置示波器的探頭衰減倍數(shù)來得到正確的顯示，更多的探頭在和示波器連接端有一個(gè)自動(dòng)檢測(cè)的針腳，當(dāng)探頭插上時(shí)示波器可以通過這個(gè)pin讀出探頭的衰減比，并自動(dòng)調(diào)整顯示的比例。

　　高阻無源探頭中還有2個(gè)特殊的種類。一類是高壓探頭，其衰減比可達(dá)100:1或1000:1，所以測(cè)量電壓范圍很大；還有一類是1:1的探頭，即信號(hào)沒有衰減就進(jìn)入示波器，由于不象10：1的探頭那樣需要示波器再放大顯示，所以示波器本身的噪聲沒有放大，測(cè)量的噪聲會(huì)小很多，在小信號(hào)和電源紋波的測(cè)量場(chǎng)合應(yīng)用很多。

　　高阻無源探頭的優(yōu)點(diǎn)是便宜，因?yàn)槌杀静桓撸瑫r(shí)輸入阻抗高，測(cè)量范圍大，連接方便，所以廣泛應(yīng)用于通用測(cè)試場(chǎng)合。但是隨著測(cè)試頻率的提高，各種二階寄生參數(shù)很難控制，僅僅靠簡(jiǎn)單的匹配電路已經(jīng)不能把帶寬再提高了，所以高阻無源探頭的帶寬一般都在600MHz以下。

　　另一種無源探頭是低阻無源探頭，這是最不常用的一種探頭，但有其自身的特點(diǎn)。以下是這種探頭的原理框圖。

　　低阻無源探頭要求示波器的輸入阻抗為50 歐姆，前端等效串了一個(gè)分壓電阻。根據(jù)串阻阻值的不同，可以實(shí)現(xiàn)不同的分壓比，比如串個(gè)450 歐姆的電阻就是10：1 的分壓。由于采用50 歐姆的傳輸電纜，示波器端也是50 歐姆的匹配，所以整個(gè)探頭的帶寬比較高。如Agilent 的54006A 探頭帶寬可以達(dá)6GHz。

　　但是由于探頭的輸入阻抗低（只有500 歐姆或 1k 歐姆），測(cè)試中如果并在電路里還是可能對(duì)被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生一點(diǎn)影響的，特別對(duì)高輸出阻抗的電路，因此應(yīng)用不是特別廣泛。

　　低阻無源探頭的最大好處是以接近普通高阻無源探頭的價(jià)格提供了比較高的測(cè)試帶寬（1G～6GHz），缺點(diǎn)主要是輸入阻抗低。

　　前面我們介紹過高阻無源探頭的輸入阻抗高，但帶寬做不高，低阻無源探頭帶寬可以做高但輸入阻抗不高。那么能不能有一種探頭輸入阻抗又高帶寬又高呢？實(shí)際上是有的，這種探頭就是有源探頭。

　　其實(shí)有源探頭也是個(gè)廣泛的說法，是指需要供電的探頭。應(yīng)用比較廣泛的有源電壓探頭的原理如下。

　　有源探頭的前端有一個(gè)高帶寬的放大器，放大器是需要供電的，這也是有源探頭名稱的由來。我們知道放大器的輸入阻抗都是比較高的，所以有源探頭可以提供比較高的輸入阻抗；同時(shí)放大器的輸出驅(qū)動(dòng)能力又很強(qiáng)，所以可以直接驅(qū)動(dòng)后面50 歐姆的負(fù)載和傳輸線。由于50 歐姆的傳輸線可以提供很高的傳輸帶寬，再加上放大器本身帶寬較高，所以整個(gè)探頭系統(tǒng)相比無源探頭就可以提供更高帶寬。

　　我們可以看到有源探頭的所有優(yōu)異特性都是由其前端的放大器帶來的，但是這個(gè)高帶寬的放大器造價(jià)很高，而且又要放在探頭前端有限的空間內(nèi)，因此實(shí)現(xiàn)成本很高。一般無源探頭的價(jià)格都是幾百美金左右，而有源探頭的價(jià)格普遍在幾千美金量級(jí)，所以有源探頭一般用在需要高的測(cè)量帶寬的場(chǎng)合。

　　但是有源探頭也不是沒有缺點(diǎn)，限制有源探頭廣泛應(yīng)用的除了價(jià)格因素外，另外一個(gè)原因在于其有限的動(dòng)態(tài)范圍。我們知道象這種高帶寬放大器的輸入電壓范圍是不可能很大的，所以它不可能象無源探頭有那么大的測(cè)量范圍。一般常用的10：1的無源探頭的動(dòng)態(tài)范圍普遍在幾百伏，而一般有源探頭的典型動(dòng)態(tài)范圍都在幾伏左右，所以應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)有一些限制。

　　有源探頭里還有一個(gè)分支是差分有源探頭，區(qū)別在于其前端的放大器是差分放大器。差分放大器的好處是可以直接測(cè)試高速的差分信號(hào)，同時(shí)其共模抑制比高，對(duì)共模噪聲的抑制能力比較好。

　　還有一種有源探頭是電流探頭，電流探頭使的前端有一個(gè)磁環(huán)，使用時(shí)這個(gè)磁環(huán)套在被測(cè)的供電線上。由于電流流過電線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就被這個(gè)磁環(huán)收集到，磁通量和電線上流過的電流成正比。磁環(huán)內(nèi)部有一個(gè)霍爾傳感器，可以檢測(cè)磁通量，其輸出電壓和磁通量成正比。因此，電流探頭的輸出電壓就和被測(cè)電線上流過的電流成正比。典型電流探頭的轉(zhuǎn)換系數(shù)是0.1V/A 或 0.01V/A。

　　電流探頭的主要好處是不用斷開供電線就可以進(jìn)行電流測(cè)量，同時(shí)由于其基于霍爾效應(yīng)，所以即可以進(jìn)行直流測(cè)量，也可以用于交流測(cè)量。電流探頭的典型應(yīng)用場(chǎng)合是系統(tǒng)功率測(cè)量、功率因子測(cè)量、開關(guān)機(jī)沖擊電流波形測(cè)量等。電流探頭的主要缺點(diǎn)在于其小電流的測(cè)量能力受限于示波器的底噪聲，所以小電流測(cè)量能力有限。一般小于10mA 的電流就很難測(cè)量到了。（完）