探头输入阻抗先,系统有输入电阻(主要是探头)。和万用表测电压的原理一样,为了尽可能减少对被测电路的影响,要求探头本身的输入电阻Rprobe要尽可能大。但由于Rprobe不可能做到无穷大,所以就会和被测电路产生分压,实际测到的电压可能不是探头点上之前的真实电压,这在一些电源或放大器电路的中会经常遇到。为了避免探头电阻负载造成的影响,一般要求Rprobe要大于Rsource10倍以上。大部分探头的输入阻抗在几十k 欧姆到几十兆欧姆间。 而对于负载来说,通常的LVCMOS电路的输入为高阻,输入阻抗也很大。
要选择合适的探头,先要了解探头使用的场景,针对对电压信号的测量,一种比较常见的场景就是系统在运行,我们需要使用示波器探测被测信号的波形情况。在这种场景中,我们需要考虑示波器系统对被测电路的影响以及测量系统对信号的失真影响。理想的系统系统应该是对被测电路没有任何影响,而且对被测信号进行没有任何失真的测量。但是这种理想状况是不可能实现的,因为这个系统必定是要汲取一定的电流的。我们可以使得系统不断趋近与理想系统,跟理想系统趋近的程度是由成本因素决定的。这里我们主要对这种应用场景下的探头进行分析。
示波器探头的上升时间为:源端信号经过示波器探头以后的上升沿变为:
通常高带宽的探头寄生电容都比较小。理想情况下Cprobe 应该为0,但是实际做不到。一般无源探头的输入电容在10pf 至几百pf 间,带宽高些的有源探头输入电容一般在0.2pf 至几pf 间。
示波器测量简化等效电路图探头技术指标
我们通过谈论这个简化的模型中的各元素来看看探头的一些技术指标。
低阻无源探头
无源传输线探头是另一类的无源探头,其特点是输入阻抗相对较低,一般为几百欧姆,支持带宽更高,可达数GHz以上。下图为输入阻抗为500Ω的10:1无源传输线探头原理图:
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