示波器探頭基础系列之五——示波器探頭使用指南(上)
注重!毗連示波器和待测物會给被测波形带来失真。示波器上應当贴上上面雷同的告诫标签吗？也许是的。示波器同其它丈量仪器同样，受制于各类丈量問题——明显，示波器和待测物的毗連會影响到丈量，利用者理解如许的影响是很是首要的。跟着示波器技能的成长，毗連示波器和待测物的东西控筆訓練，和技能已變得很是成熟。
初期的示波器，丈量带宽只有几百KHz数目级，常利用電缆毗連電路。現代示波器利用各类毗連技能以最小化丈量偏差。利用者應当認識示波器自己和示波器毗連電路的各类法子的特征和限定。
斟酌示波器連欢迎测電路的方法若何影响丈量，待测電路可以等效為包括内置電阻和電容的戴维宁等效電壓源。一样，示波器输入電路和毗連部門可以被等效為负载電阻和旁路電容。该模子如圖1所示。当示波器毗連旌旗灯号源時，示波器的负载效應會减小丈量到的電壓。低频的消耗取决于電阻比率Rs和Ro。對付高频時的消耗，Cs和Co成為了重要身分。此外一個影响是體系带宽因為示波器的容性负载而變小，這也會影响到動态時候量的丈量，如脉冲上升時候Risetime。
圖1 包含旌旗灯号源和示波器的简略丈量模子
示波器的设计者必要從两個方面入手来削减负载效應的影响:
凡是，探頭可以被分成三大类。一、無源高阻探頭；二、無源低阻探頭；三、有源探頭。
针對特定利用選擇特定探頭，這些探頭的长处和错误谬误都必要被细心斟酌。表1给出了三种探頭和它们合适的频响范畴和输入電壓。
表1 探頭类型，和它们合适的频响范畴和输入電壓。
不幸的是，工程师仅仅晓得探頭的重要電气特征（频率范畴和最大输入電壓），还不足以针對特定利用選擇准确的探頭。現實上，其它的探頭特征（如等效電容、阻抗和带宽）都對探頭的总體特征發生极大的影响。比方，探頭的等效阻抗是其输入频率的函数。圖2揭露了探頭的這类效應。
圖2 探甲等效阻抗是输入频率的函数。探頭的動态特征使它们合适于分歧的利用。表2给出了分歧类型的旌旗灯号及相顺應的典范探頭
高阻探頭
高阻（Hi-Z）探頭是經常使用的示波器探頭。它具备10：1 （X10）和100：1（X100）的衰减系数和350MHz的带宽。
表2 經常使用的探頭类型和其利用
必需指出，對付带宽為350MHz的高阻探頭，其旌旗灯号的输入频率一般小于50MHz。因為负载電容效應，這些探頭表示出糟的高频特征。如圖3所示，斟酌典范的X10探頭。
圖3：典范的X10，高阻探頭
300MHz带宽示波器的输入阻抗包括1Mohm的電阻和15pF的并联電容。利用同轴電缆和X1探頭直接毗連示波器和待测電路象征着增长了分外的容性负载。對付同轴電缆，约50pF/m.输入的总電容為65pF。示波器的输入阻抗以R2和C2暗示。示波器和電缆的電容以C2暗示。高阻抗探頭串联一個大電阻R1断绝示波器和待测電路。R1和R2组成為了一個分壓電路。示波器的输入電阻為1Mohm，對付X10 probe，R1為9Mohm, 對付X100 probe, R1為99Mohm。C1為可调電容，调理C1的值，使R1C1的乘积即是R2C2。經由過程抵偿探頭，使得探頭在所有频率都有不治療過敏性鼻炎,异的衰减值。是以，在利用高阻無源探頭前，必要操纵1kHz的方波来调理C1，以得到最優的抵偿值。典范的X10探頭的输入阻抗具备10M的電阻和15pF的并联電容。15pF電容部門的来历于C1和C2，部門的来历與探頭针到地的寄生電容Ctrip。
如前所述，高阻探頭合用于旌旗灯号频率低于50MHz的場所。這些探頭相對于廉價，由于它们只利用無源器件。此外，他们有很是宽的動态范畴。其最小電壓幅度取决于探頭的衰减因子和示波器的垂直活络度。衰减因子為高電壓输入旌旗灯号供给了便当，如10：1衰减無源探頭支撑最高600V输入關節消炎止痛膏，電壓。同時，這些探頭供给很多种附件，如可變长度電缆選件、各类探頭前端、适配器、毗連地线。
圖4计较带宽和上升時候的丈量體系
当示波器被用来丈量電路線上麻將,或器件，必要估量丈量仪器若何影响待测電路。大大都环境下，可以創建示波器的输入模子（包含探頭），并量化负载效應和旌旗灯号误差。测试职员關于待测電路的常識加之示波器厂家供给的仪器和探頭的規格书，可以創建全部测试體系的模子。斟酌测试體系的简化模子，如圖4所示。示波器和高阻探頭被简化為等效并联RC電路。一样的，待测電路可以被简化為戴维宁等效模子。若是待测電路的源電阻，Rs，约酒醉如何解酒，為50Ohm,当利用傳统的10：1高阻探頭，则有来由疏忽探頭10MOhm電阻，Ro。如许，體系的等效電路包括有串联電阻，Rs，和并联電容（该電容的值可認為是源電容Cs和探頭输入電容Co之和。從這個简略的模子中，咱们可以估量示波器對旌旗灯号上升時候的影响。由電路阐發常識可知，RC電路對應阶跃输入的相應，其上升時候Tr有以下公式:
以下例子供给了一些典范的参数值，可以很好的诠释合用高阻探頭對丈量成果带来的影响。
如：Rs=50Ohm， Cs=9pF，Co=15pF
则旌旗灯号源的上升時候Trs為：
旌旗灯号源和全部體系的上升時候tros為：
因為探頭带来的分外的電容效應，使得體系的上升時候增长了160% 。分外的電容效應一样也會使负载增长，特别在高频時辰。负载阻抗的容性部門與频率成反比，以下面公式所示：
在這里，容性阻抗Xc（单元Ohm）同频率f（单元Hertz） 和電容C（单元Farads）的积成反比。操纵以前的例子做一個简略计较可知，当频率為100KMHz時辰，24pf電容
将增长的负载阻抗為:
明显，当频率高于数千赫兹，容性负载成為重要身分。探頭10MOhm的输入阻抗只是事情在直流時的阻抗。基于以上两個例子的會商可以晓得，花气力低落示波器探頭的输入電容是很是有需要的。
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