如果仅考虑示波器和探头的输入阻抗特性,我们可以看到源信号和示波器的信号波形如图所示:示波器及探头的输入阻抗特性两个信号的波形非常相似,只是信号幅度有差别。那是因为示波器和探头的输入阻抗会影响信号的信号幅度。被测系统的阻抗和示波器及探头的输入阻抗形成了一个分压器。终示波器测量到的信号幅度受到被测系统的阻抗以及示波器及探头的输入阻抗有关。
在这种场景下,我们通常将探头和示波器组成的系统简化为一个R,L,C模型,然后把这个模型和被测电路放到一起分析。 被测电路以及系统模型如下图所示:
示波器,但是要使用示波器通常就要用到探头,大部分人会比较关注示波器本身的使用,却忽略了探头的选择。实际上探头是介于被测信号和示波器之间的中间环节,如果信号在探头处就已经失真了,那么示波器做的再好也没有用。
探头引线电感,探头输入端还会受到电感的影响。探头的输入电阻和电容都比较好理解,探头输入端的电感却经常被忽视,尤其是在高频测量的时候。电感来自于哪里呢?我们知道有导线就会有电感,探头和被测电路间一定会有一段导线连接,同时信号的回流还要经过探头的地线。通常1mm 探头的地线会有大约1nH 的电感,信号和地线越长,电感值越大。探头的寄生电感和寄生电容组成了谐振回路,当电感值太大时,在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振,造成信号的失真。所以高频时需要严格控制信号和地线的长度,否则很*产生振铃。
有源探头的原理框图
有源单端探头一般具备高阻抗(1MΩ上下),低寄生电容。其前端有一个高带宽的放大器,有源探头的供电主要用于此放大器。放大器驱动信号经过50Ω传输线到达示波器,示波器的输入阻抗需选择为50Ω作匹配。由于其较低的寄生电容和50欧姆传输,有源单端探头可以提供比无源探头更高的带宽,因此主要应用在高频信号的测量领域。
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