示波器探头问答

要为特定应用选择合适的探头，了解示波器探头的某些方面至关重要。如前所述，探头并非简单的导线，而是包含无源或有源电路。以下概念是源于其内部电路和工作原理的因素或结果。

问题：示波器输入电容、电阻和阻抗如何影响探头？

示波器和探头的电阻和电容 | 示波器输入电容、电阻和阻抗对探头的影响

图 1 示波器和探头的电阻和电容

当示波器连接到被测电路时，它相当于一个额外的负载。为了最大限度地减少这些负载效应，每个示波器输入通道通常都包含一个电阻和一个电容。

1-10 兆欧 (MΩ) 量级的高输入电阻可使电流保持在最低水平。它与 10-20 皮法 (pF) 的低输入电容相结合，以确保高频信号的高阻抗。

探头的阻抗必须与此输入阻抗相匹配。

问题：什么是探头负载？它如何影响信号测量？

当探头接触被测电路时，它就成为电路的一部分，并影响其工作。探头负载是指探头对被测电路的影响。

探头负载会导致测量不准确，原因有二：

容性负载：大多数探头都具有固有的电容，在测试点处起到并联电容和低通滤波器的作用。它会对高频输入信号产生不利影响，要么滤除部分信号成分，要么减慢上升时间。

阻性或阻抗负载：探头也具有固有的电阻或阻抗。在测试点处，探头的作用类似于分压器。它会降低信号幅度，尤其是在探头阻抗与电路阻抗相当的情况下。

优质探头通过高输入阻抗和低电容来最大限度地减少这些影响。使用有源探头的主要原因是能够根据特定应用和常用信号频率动态调整其高输入阻抗和低电容。

低探头负载可确保高信号完整性和精确测量。

问题：示波器中探头带宽的重要性是什么？

图 2 在带宽阈值之前，测量幅度与真实幅度非常接近

在示波器中，带宽是指信号频率范围，在该范围内，测量幅度通常与真实幅度非常接近，衰减不超过 3 分贝 (dB)。

在带宽阈值处，信号衰减了 3 dB。超过此带宽频率后，衰减增大，幅度要么急剧下降（平坦的频率响应），要么逐渐滚降（高斯响应）。

然而，衰减并非唯一需要考虑的因素。100 兆赫兹 (MHz) 的带宽意味着仪器可以精确测量基频在 100 MHz 以内的简单正弦信号。

但更复杂的波形，例如数字信号的方波，由基频和几个高次谐波组成，如下图所示。

图 3 方波谐波分解

带宽应足够高，以便测量高次谐波频率。

为了准确测量波形形状，带宽必须是最大基频的三到五倍，才能容纳谐波。

例如，如果要查看通用串行总线 (USB) 3.0 数字信号，其基频约为 2.5 吉赫兹 (GHz)。因此，示波器需要更高的带宽，约为 7.5-12.5 GHz。

为避免探头带宽成为瓶颈，请始终确保其高于示波器的带宽。

问题：什么是探头衰减？探头衰减的意义？

探头衰减是什么意思？

衰减比或衰减因子是探头的基本特性。它是指探头在输入电压到达示波器的 BNC 或其他连接器之前将其衰减的比率。

10:1和1:1示波器探头有什么区别?

10:1 是一个非常常见的衰减比，这意味着电压被衰减到其真实值的十分之一。1:1 的衰减比意味着没有衰减，灵敏度非常高，适用于低电压信号。一些高压无源探头具有很高的衰减比，例如 100:1。示波器在显示图表和数值之前，会按衰减比的倒数对读数进行缩放。

示波器探头衰减比主要体现在以下几个方面：

最大电压保护：它们确保输入电压低于示波器的最大额定电压。

更高的带宽：衰减探头通常具有更好的带宽性能。高频信号更容易通过高阻抗衰减探头传输，从而可以更精确地测量快速边沿瞬态和高频分量。

更低的负载：衰减探头通常具有更高的电阻，例如10:1衰减比的探头电阻为 10 MΩ，而1:1衰减比的探头电阻为 1 MΩ。更高的电阻可以降低电路的负载效应。

更高的信噪比：使用 10:1 探头时，探头拾取的任何噪声也会被衰减，从而提高信号质量。

问题：什么是探头补偿？为什么需要探头补偿？

图 4 示波器探头补偿不足、补偿过量和正确补偿

示波器探头补偿是一种调整，它确保探头和示波器的输入阻抗匹配，从而最大限度地减少大多数频率范围内测量信号的失真。

如果没有适当的补偿，探头的容性负载可能会滤除高频分量并导致信号失真。

如何正确的补偿探头？

正确的补偿方法包括校准探头中的可变电容器，使其与示波器的输入电容相匹配。大多数无源探头在探头本体上都有一个用于此目的的小型可调螺钉。

将探头连接到产生校准信号（通常为方波）的示波器通道。在示波器上观察波形。未补偿的探头会导致波形出现圆角（补偿不足）或夸张的拐角（补偿过量），而不是高低电压之间的锐利过渡。

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