示波器探頭的作用及工作原理

示波器探頭對測量結(jié)果的準確性以及正確性至關(guān)重要，它是連接被測電路與示波器]輸入端的電子部件。最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，復雜的探頭由阻容元件和有源器件組成。簡單的探頭沒有采取屏蔽措施很容易受到外界電磁場的干擾，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。

示波器探頭的主要作用是傳遞被測信號，它如同一只精準的傳感器，能夠捕捉到微小的電信號變化，并將其放大后顯示在示波器屏幕上。探頭的基本組成包括探針頭部、衰減器、補償電容等部分。當探頭接觸到電路中的測試點時，探針頭部的電場會感應(yīng)出相應(yīng)的電壓信號，隨后通過內(nèi)部的放大器進行適當?shù)姆糯筇幚怼＿@個過程中，為了確保信號的真實還原，探頭需要對不同頻率的信號進行適當?shù)难a償，避免因高頻信號的傳輸延遲而產(chǎn)生波形失真。

示波器探頭的負載效應(yīng)

所謂負載效應(yīng)就是在被測電路上接入示波器時，有時示波器的輸入電阻會對被測電路產(chǎn)生影響，致使被測電路的信號發(fā)生變化。若負載效應(yīng)的影響很大，就不能準確地進行波形測量。若要減小負載效應(yīng)，就需要將示波器一端的輸入電阻增大。輸入電阻越大，輸入電容越小，負載效應(yīng)就越小。

探頭的負載效應(yīng)

當探頭探測到被測電路后，探頭成為了被測電路的一部分。探頭的負載效應(yīng)包括下面3部分：

1.阻性負載效應(yīng)；

阻性負載相當于在被測電路上并聯(lián)了一個電阻，對被測信號有分壓的作用，影響被測信號的幅度和直流偏置。有時，加上探頭時，有故障的電路可能變得正常了。一般推薦探頭的電阻R>10倍被測源電阻，以維持小于10%的幅度誤差。

探頭的阻性負載

2.容性負載效應(yīng)；

容性負載相當于在被測電路上并聯(lián)了一個電容，對被測信號有濾波的作用，影響被測信號的上升下降時間，影響傳輸延遲，影響傳輸互連通道的帶寬。有時，加上探頭時，有故障的電路變得正常了，這個電容效應(yīng)起到了關(guān)鍵的作用。一般推薦使用電容負載盡量小的探頭，以減小對被測信號邊沿的影響。

探頭的容性負載

3.感性負載效應(yīng)。

感性負載來源于探頭地線的電感效應(yīng)，這地線電感會與容性負載和阻性負載形成諧振，從而使顯示的信號上出現(xiàn)振鈴。如果顯示的信號上出現(xiàn)明顯的振鈴，需要檢查確認是被測信號的真實特征還是由于接地線引起的振鈴，檢查確認的方法是使用盡量短的接地線。一般推薦使用盡量短的地線，一般地線電感=1nH/mm。

探頭的感性負載

示波器探頭如何補償校準

示波器探頭補償校準的步驟通常包括以下幾個方面：

1. 預(yù)熱：建議在開機后預(yù)熱30分鐘，以確保示波器達到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
2. 連接：將探頭連接到示波器的專用方波發(fā)生信號引腳上，這個引腳是專門用于探頭補償校準的。
3. 調(diào)整：使用小螺絲刀調(diào)整探頭上的補償調(diào)節(jié)電容，使得方波信號呈現(xiàn)正確的形狀。正確的補償校準應(yīng)該得到一個平坦的頂部和垂直的上升沿與下降沿的方波信號。
4. 匹配：通過調(diào)整，確保探頭與示波器之間的匹配，以保證測量系統(tǒng)的準確性和重現(xiàn)性。

此外，進行探頭補償校準的目的是確保探頭能夠準確地傳遞被測信號，避免因探頭的頻率特性不匹配而導致的信號失真或測量誤差。這是因為探頭的輸入電阻和電容會影響信號的傳輸，特別是在高頻信號的測量中更為關(guān)鍵。

總的來說，在進行補償校準時，需要注意探頭的類型和示波器的規(guī)格，因為不同類型的探頭可能需要不同的校準方法。例如，有源探頭和無源探頭的補償方式可能會有所不同。因此，在進行校準之前，最好參考探頭和示波器的用戶手冊，以獲取詳細的校準指導。

示波器探頭使用中的誤解

誤解一 100 MHz 的“信號”，使用 100 MHz 的示波器探頭。

誤解二 只有高帶寬測量才需要有源探頭。

誤解三 所有示波器探頭的衰減比均為 10:1。

誤解四 只需建立穩(wěn)定的連接即可開始測量。

誤解五 接地就是接地。

誤解六 使用電流探頭和電壓探頭測量功率。

誤解七 使用隔直 / 交流耦合來消除直流。

誤解八 不要把示波器探頭放在溫箱內(nèi)。

誤解九 電流探測器在測量“小”電流時不起作用。

誤解十 驅(qū)動示波器的同時不能使用兩個探頭。

誤解十一 探測現(xiàn)代高密度目標很難。

示波器的探頭要怎么選擇？

選擇示波器探頭時，需要綜合考慮多個因素以確保探頭與測量需求的匹配性。以下是一些選擇探頭時需要考慮的關(guān)鍵因素：

1. 信號帶寬：探頭的帶寬應(yīng)至少與示波器的帶寬相匹配，以確保整個測量系統(tǒng)的帶寬能夠滿足被測信號的頻率范圍。
2. 探頭類型：根據(jù)被測信號的特點，選擇無源探頭或有源探頭。無源探頭適合低頻應(yīng)用，而有源探頭則適用于高頻或快速上升時間的信號測量。
3. 衰減率：探頭的衰減率決定了其能夠處理的最大電壓范圍。常見的衰減率有1X、10X等，其中10X探頭因其較高的輸入阻抗和較低的容性負載而廣泛應(yīng)用于大多數(shù)場合。
4. 連接方式：探頭的連接方式應(yīng)根據(jù)測試點的實際情況來選擇，如夾式、鉤式或針式等，以適應(yīng)不同的測試環(huán)境和需求。
5. 輸入阻抗：探頭的輸入阻抗應(yīng)盡可能高，以減少對電路的負載影響，特別是在測量微弱信號時更為重要。
6. 探頭長度：較長的探頭可能會引入更多的電感和電容，從而影響信號的傳輸，尤其是在高頻測量中。因此，選擇合適長度的探頭以最小化這種影響是必要的。

示波器探頭的使用注意事項

將待測信號正確接入示波器是測試工作的第一步，這里我們主要介紹探頭與被測電路連接時的注意事項。

1. 探頭與被測電路連接時，探頭的接地端務(wù)必與被測電路的地線相聯(lián)。否則在懸浮狀態(tài)下，示波器與其他設(shè)備或大地間的電位差可能導致觸電或損壞示波器、探頭或其他設(shè)備。

2. 測量建立時間短的脈沖信號和高頻信號時，請盡量將探頭的接地導線與被測點的位置鄰近。接地導線過長，可能會引起振鈴或過沖等波形失真。

3. 為避免接地導線影響對高頻信號的測試，建議使用探頭的專用接地附件。

4. 為避免測量誤差，請務(wù)必在測量前對探頭進行檢驗和校準，探頭衰減補償?shù)男试砗头椒ㄎ覀冊谇懊嬉呀?jīng)介紹過，這里不再贅述。

5. 對于高壓測試，要使用專用高壓探頭，分清楚正負極后，確認連接無誤才能通電開始測量。

6. 對于兩個測試點都不處于接地電位時，要進行“浮動”測量，也稱差分測量，要使用專業(yè)的差分探頭。