如何實(shí)現(xiàn)示波器探頭的最佳匹配?
摘要:探頭是觀測(cè)信號(hào)的第一個(gè)環(huán)節(jié),主要作用是承載信號(hào)傳輸?shù)逆溌?,將待測(cè)信號(hào)完整、可靠的傳輸至示波器,進(jìn)行測(cè)量分析??墒悄阒廊绾螌?shí)現(xiàn)探頭的最佳匹配嗎?
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1.探頭分類
探頭通常按測(cè)量對(duì)象進(jìn)行分類,分類如圖1所示。其中,高阻無源探頭、高壓差分探頭和電流探頭是我們最為熟悉的,接下來做一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。
圖1 探頭分類
1.11.1 高阻無源探頭
從實(shí)際需求來說,帶補(bǔ)償?shù)母咦锜o源電壓探頭使用比例最大,可以滿足大多數(shù)的低速數(shù)字信號(hào)、電源和其它的一些典型的示波器使用。
此類探頭具備較高的輸入電阻(一般1MΩ以上),可調(diào)的補(bǔ)償電容,當(dāng)首次接上示波器時(shí),一般需要以調(diào)節(jié)棒調(diào)整電容值,以匹配示波器輸入電容,消除低頻或高頻增益。圖2的左邊為欠補(bǔ)償波形,中間為正常波形,右邊為過補(bǔ)償波形。
圖2 無源探頭補(bǔ)償
如ZDS2024PLUS標(biāo)配ZP1025S高阻無源電壓探頭,具體參數(shù)如下表:
表1 ZP1025S規(guī)格型號(hào)
1.21.2 高壓差分探頭
首先介紹下差分的概念:差分信號(hào)是互相參考,而非參考接地的信號(hào)。高壓差分探頭實(shí)質(zhì)上是由兩個(gè)對(duì)稱的電壓探頭組成,分別對(duì)地有良好絕緣和較高阻抗,可以在更寬的頻率范圍內(nèi)提供很高的共模抑制比,可將任意間的兩點(diǎn)浮接信號(hào),轉(zhuǎn)換成對(duì)地的信號(hào),主要用于開關(guān)電源等行業(yè)測(cè)試,原理圖如圖3所示。
圖3 高壓差分探頭原理
下表為常見高壓差分探頭具體參數(shù):
表2 常見高壓差分探頭規(guī)格參數(shù)
1.31.3 電流探頭
電流探頭是利用霍爾傳感器和感應(yīng)線圈實(shí)現(xiàn)直流和交流電流的測(cè)量,其工作原理是把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),示波器采集電壓信號(hào),再顯示成電流信號(hào)。
圖4 電流探頭圖片
電流探頭優(yōu)點(diǎn)是不用斷開供電線就可以進(jìn)行電流測(cè)量,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。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。
2.如何選擇合適的探頭?
以上對(duì)一些常見的探頭進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹,那么應(yīng)該如何選取一款合適的探頭呢?該關(guān)注探頭的哪些參數(shù)呢?
1.阻抗匹配:探頭的輸入阻抗要與所用示波器的輸入阻抗匹配,以減小對(duì)被測(cè)電路的負(fù)載作用。對(duì)于低輸入阻抗的示波器,應(yīng)選擇有源探頭或50Ω輸入阻抗的探頭;對(duì)于高輸入阻抗的示波器,應(yīng)選擇×10的探頭。例如示波器的輸入阻抗是1MΩ/10pF,探頭輸入阻抗最好是10MΩ/1pF,這樣的探頭既有10倍的信號(hào)衰減,對(duì)被測(cè)信號(hào)的負(fù)載小,又能與示波器輸入阻抗匹配。
2.帶寬:探頭的帶寬要等于或大于示波器的帶寬。若觀察純正弦信號(hào),探頭帶寬等于被測(cè)信號(hào)頻率的最高值即可;若觀察非正弦信號(hào),探頭帶寬應(yīng)容納被測(cè)信號(hào)的基波和最重要諧波分量。
3.上升時(shí)間:為精確地測(cè)量脈沖的上升時(shí)間和下降時(shí)間,系統(tǒng)的上升時(shí)間(即示波器和探頭上升時(shí)間之和)應(yīng)比被測(cè)信號(hào)上升時(shí)間快3-5倍。
3.總結(jié)
為保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性,要求探頭對(duì)被測(cè)電路的影響最小,且保持最大的信號(hào)保真度傳送至示波器。若探頭以任何方式改變信號(hào)或被測(cè)電路運(yùn)行方式,示波器會(huì)看到實(shí)際信號(hào)的失真結(jié)果,進(jìn)而可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果,或者誤導(dǎo)性的測(cè)量結(jié)果。只有與示波器和被測(cè)電路都匹配良好的探頭才是您的最佳選擇!
評(píng)論