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浅谈示波器探头的分类

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2021/12/8 17:10:40

示波器探头分类

无源探头

无源探头是简单而且便宜的探头类型,可以提供大部分必需的测量功能。无源探头本质上由电线和接头所构成,而当需要衰减时,还会具备电阻和电容。无源探头中不存在有源组件,所以无需示波器提供电源也能进行工作,本质上非常耐用。

1X(“单倍”)探头是指探头具有与示波器相同的动态范围,而衰减探头则是通过将信号电平衰减 10 倍、100 倍甚至更高的倍数,从而扩展仪器的测量范围。最为通用的探头是 10X 类型的探头,因为它所造成的负载效应很低,而且提供更大的电压测量范围。10X 探头是许多仪器的典型“标配”探头。

连接至示波器 1M欧姆输入端的 1X 无源高阻抗探头具有很高的灵敏度(小衰减),而将 10:1 的无源高阻抗探头连接到示波器的 1M 欧姆输入端时,可以提供比 1X 探头更宽广的动态范围、更高的输入阻抗以及更低的电容。将 10:1 无源低阻抗探头连接至示波器的 50 欧姆输入端时,其阻抗几乎不随频率变化而变化,但由于其标称阻抗为 500 欧姆,因此会成为信号源的一个明显负载。

当信号幅值相当低时,便需要采用1X探头;但对于中低幅值成分混合的信号,采用1X/10X衰减比可调探头则更为方便。无源探头的典型带宽范围为小于100 MHz ~ 500 MHz。对于50欧姆环境中所遇到的高速(高频)信号,需要采用50欧姆的探头,其带宽可达数千兆赫兹,上升时间可达100 ps甚至更快。

无源探头中包含一个低频调整控件,在探头连接至示波器时使用。低频补偿用于使探头的电容与示波器输入端的电容相匹配。高频调整控件仅适用于50 MHz以上的工作频率。特定供应商用于更高频率的无源探头会在出厂前完成调整,所以仅须执行低频调整。而有源探头则无须执行这些类型的调整,因为它们的属性和补偿均在出厂前便已确定。

有源探头


有源探头的优点包括对信号源的负载很低,探头顶端具有可调的直流偏置(对直流电平上叠加的交流信号具有高分辨率),以及能够被示波器自动识别,无须手动调节。有源探头具有单端型及差分型两种类型。有源探头采用了诸如场效应晶体管等有源元件,其输入电容非常低,对于在大频率范围内保持高输入阻抗来说很有好处。它们还可以用来测量阻抗未知的电路,并且允许使用更长的接地线。由于有源探头的负载极低,所以当连接至高阻抗电路时(无源探头的负载相对来说过大),有源探头是*的。

然而,有源探头中的集成缓冲放大器只能在有限的电压范围内工作,而有源探头的阻抗取决于信号的频率。此外,虽然有源探头可以用来处理上千伏特的电压,但其毕竟是有源器件,机械可靠程度比不上无源探头。

差分探头


尽管可以对各个信号采用单独的探头进行探测并测量出差分信号,但最佳方法仍然是采用差分探头。差分探头利用内置的差分放大器对两个信号进行相减,因此仅占用一个示波器通道,而且还能在比单端型探头更宽广的频率范围内提供足够高的 CMRR(共模抑制比)性能。差分探头可以使用在单端和差分应用中。

电流探头


电流探头通过测量电流流经导体时所产生的电磁通量场来测量电流。然后,电磁通量场会被转换成为对应的电压,以供示波器进行测量和分析。当示波器的测量与数学功能结合使用时,电流探头让用户能够执行各种各样的功率测量。

高压探头


常规用途的无源探头最大适用电压一般在 400V 左右。当电路中遇到比如 20 kV 的高电压时,需要利用专门的探头才能进行安全测量。很明显,在对如此之高的电压进行测量时,安全是首要考虑因素,而这种类型的探头通常会利用十分长的线缆长度来适应高电压。


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