我们可以看到源信号和示波器的信号波形如下图所示:示波器及探头的输入容性特性
探头寄生电容另一个需要关注的就是探头的寄生电容。寄生电容和电路的源端电阻形成一个低通滤波器,将通过探头的一些高频信号过滤掉,同时会对信号中的高频成份的相位产生一定的影响,终的结果就是影响到信号的上升沿。
理想状态下,V_means应该等于V_source,但是实际上示波器和探头肯定会影响到信号幅度,所以大多数应用,示波器及探头会有很大的输入阻抗。比如我们通常用的低速单端探头一般会有10M欧姆的输入阻抗。而通常的信号接口走线会采用50欧姆,10M欧姆的探头输入阻抗就会对被测信号产生比较小的影响。另外对于电源信号,被测信号的源端阻抗会更低,甚至是几个毫欧。
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。
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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