低壓測量中對示波器探頭的選擇

2020-12-05 凡實測控

低壓測量中對示波器探頭的選擇_泰克代理商

示波器探頭對測量結果的準確性以及正確性至關重要，它是連接被測電路與示波器輸入端的電子部件。簡單的探頭是連接被測電路與電子示波器輸入端的一根導線，複雜的探頭由阻容元件和有源器件組成。簡單的探頭沒有採取屏蔽措施很容易受到外界電磁場的幹擾，而且本身等效電容較大，造成被測電路的負載增加，使被測信號失真。

幾乎所有示波器都標配了10X衰減無源探頭，因為這種探頭是在多種應用中進行測量的佳選擇。為覆蓋範圍廣泛的應用，通用探頭的帶寬一般在DC-500MHz，一般能夠測量幾百伏的電壓。進行低壓測量的用戶通常會落入使用示波器標配10X探頭的陷阱——後得到的結果並不準確，因為10X無源探頭在毫伏級的低壓範圍內並不能準確地進行測量。

在進行低壓測量時，必需考慮示波器的靈敏度、探頭衰減、系統噪聲、探頭接地、探頭輸入阻抗、AC耦合、探頭偏置和探頭帶寬。

大化示波器的垂直靈敏度

垂直靈敏度表明了示波器垂直放大器能把信號放大到多大。在大多數泰克示波器上，在沒有連接探頭的情況下，靈敏的垂直設置是1mV/格。如圖1所示，在連接2X探頭時(通道1)，測量系統的小垂直標度因數是2mV/格；在連接10X探頭時(通道2)，小的垂直標度因數是10mV/格。

許多泰克示波器有10個豎格。在10mV/格設置的系統中使用10X探頭時，100mV信號會把屏幕填滿(10mV/格×10格)。我們仍使用10mV作為低壓測量實例。在使用10X衰減探頭時，把示波器通道調節到小垂直標度10mV/格，這個信號在屏幕上只跨過了1個豎格。這個實例在圖2中顯示為通道2上的藍色軌跡。但是，在使用2X探頭測量同樣這個10mV信號時，它將跨過5個豎格，因為這條通道的垂直靈敏度可以調節到2mV/格。圖2也顯示了使用2X衰減進行的10mV測量，如圖2上的黃色軌跡所示。

用戶應一直設置「V/格」，以便信號幾乎填滿整個屏幕。否則，就不能更詳細地查看信號，示波器數位化器便得不到全面的利用。在上面的10mV測量實例中，在連接10X衰減探頭時，我們只利用了示波器數位化器十分之一的處理能力，因為信號在屏幕上只跨過了1個豎格。在2X衰減探頭時，信號能夠跨過5個豎格，現在利用了數位化器一半的處理能力。利用的數位化器處理能力越強，捕獲的信號解析度越高。

改善測量系統的信噪比

探頭的衰減因數(即1X、10X、100X)是探頭使示波器輸入信號幅度降低的量。1X探頭沒有降低或衰減輸入信號，而10X探頭則會在示波器輸入上把輸入信號降低到信號幅度的1/10。如圖3所示，輸入電壓到達示波器輸入，除以探頭的衰減因數，表示為VIN除以衰減。

探頭衰減擴大了示波器的測量範圍，可以測量更大幅度的信號。但是，在測量低壓信號時，探頭使信號衰減，然後示波器放大信號，導致信噪比下降。信噪比公式(SNR)為：

其中，Attenuation為探頭的衰減因數；VNoise一般用示波器產品技術資料中的隨機噪聲表示。

將此處和以下兩式中的「SRN」改為「SNR」

為使用公式1，必須確定VIN和VNoise。例如，如果在低壓測量中為VIN分配的值為10mV，那麼示波器的設置為1mV/格，而不管探頭衰減是多少；又例如，示波器的隨機噪聲指標為150uV+8%的「V/格」設置，在1mV/格設置下，VNoise為230uV。使用這些VIN、VNoise和探頭衰減值，可計算出10X探頭和2X探頭的SNR：

使用10X探頭計算SNR：

在10mV測量中，2X探頭的信噪比為21.7:1；10X探頭的信噪比為4.3:1。很明顯，衰減較低的探頭提高了測量系統的信噪比，因此，這種探頭更適合進行低壓測量。

謹慎使用長地線，特別是在變壓器和開關單元附近

長地線非常方便，因為用戶只需連接接地一次，便可在地線範圍內探測多個測試點。但是，任何一條導線都會分發電感，分發的電感會對AC信號做出反應。信號頻率越高，對AC電流流動的阻礙性越大。地線的電感與探頭輸入電容相互作用，在某個頻率上將導致振鈴。下面的公式描述了振鈴頻率：

其中：f是振鈴頻率；L是探頭接地解決方案引起的電感；C是探頭的輸入電容。

這個振鈴是不可避免的，可能表現為幅度衰落的正弦曲線。在地線長度提高時，電感會提高，測的信號將在較低的頻率上振鈴。通過限制探頭的接地長度或選擇輸入電容較低的探頭，可以降低振鈴的影響。

按照結構和性能不同分類

①普通示波器。電路結構簡單，頻帶較窄，掃描線性差，僅用於觀察波形。

②多用示波器。頻帶較寬，掃描線性好，能對直流、低頻、高頻、超高頻信號和脈衝信號進行定量測試。藉助幅度校準器和時間校準器，測量的準確度可達±5%。

③多線示波器。採用多束示波管，能在螢光屏上同時顯示兩個以上同頻信號的波形，沒有時差，時序關係準確。

④多蹤示波器。具有電子開關和門控電路的結構，可在單束示波管的螢光屏上同時顯示兩個以上同頻信號的波形。但存在時差，時序關係不準確。

⑤取樣示波器。採用取樣技術將高頻信號轉換成模擬低頻信號進行顯示，有效頻帶可達GHz級。

⑥記憶示波器。採用存儲示波管或數字存儲技術，將單次電信號瞬變過程、非周期現象和超低頻信號長時間保留在示波管的螢光屏上或存儲在電路中，以供重複測試。

⑦數字示波器。內部帶有微處理器，外部裝有數字顯示器，有的產品在示波管螢光屏上即可顯示波形，又可顯示字符。被測信號經模一數變換器（A/D變換器）送入數據存儲器，通過鍵盤操作，可對捕獲的波形參數的數據，進行加、減、乘、除、求平均值、求平方根值、求均方根值等的運算，並顯示出答案數字。

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  • 示波器探頭×1和×10的意義
    而選擇10X檔時，信號是經過衰減到1/10再到示波器的。 　　當選擇10X檔時，應該將示波器上的讀數也擴大10倍，這就需要在示波器端可選擇X10檔，以配合探頭使用，否則讀數會相差10倍。 　　當我們要測量較高電壓時，就可以先利用探頭的10X檔功能，將較高電壓衰減後進入示波器。
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    探頭在使用之前應該先對其阻抗 匹配部分進行調節。通常在探頭的靠近示波器一端有一個可調電 容，有一些探頭在靠近探針一端也具有可調電容。它們是用來調 節示波器探頭的阻抗匹配的。如果阻抗不匹配的話，測量到的波 形將會變形。調節示波器探頭阻抗匹配的方法如下：首先將示波 器的輸入選擇打在GND上，然後調節Y軸位移旋鈕使掃描線出現在 示波器的中間。
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    泰克_泰克示波器探頭選型_泰克代理商示波器探頭對測量結果的準確性以及正確性至關重要，它是連接被測電路與示波器輸入端的電子部件。簡單的探頭是連接被測電路與電子示波器輸入端的一根導線，複雜的探頭由阻容元件和有源器件組成。
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