當我們進行測量時,我們常常以為測得的電壓和電路中未連入示波器時是完全一樣的。
實際上,每個示波器探頭都有其輸入阻抗,輸入阻抗包含了電阻、電容和電感分量。由于探頭引入的額外負載,所以連入探頭后就會影響被測電路我以當我們分析測量結果時必須考慮探頭的特性以及測試電路的阻抗。
有些示波器探頭里沒有串聯的電阻,這類探頭主要就由一段電纜和一個測試頭構成,因此,在其工作頻率范圍或有用帶寬之內,探頭對信號沒有衰減作用。這類探頭稱為1:1或X1探頭。由于這類探頭在測試點處將其自身的電容(包括電纜的電容)與示波器的輸入阻抗連在了一起,所以這種探頭具有負載效應。
示波器探頭的等效電路
當信號頻率嗇時,探頭的容性負載效應京戲得更加顯著。由于電纜的類型和長度的不同以及探頭本身構造等原因,1:1探頭的輸入電容通常可以從大約35pF到100pF以上,這等于給被測電路施加了一個低阻抗菌素負載,具有47pF輸入電容1:1探頭在20MHz之下的電抗僅為169W,這就使得這個探頭在此頻率無法使用。
衰減式探頭減小了負載效應
我們可以在探頭中增加一個和示波器輸入阻抗相串聯的阻抗,用這種辦法就可以減小探頭的負載效應。然而,這就意味著輸入電壓不能完全加到示波器的輸入端,因為我們現在已經引入了一個分壓器。
給出了一處簡化的探頭等效電路,Rp和Rs構成了一個10:1的分壓器,Rs為示波器的輸入阻抗。調節補償電容C補償使得探頭和示波器械相匹配,視覺保證了在探頭的頂部獲得正確的頻率響應曲線,宋一來就使得這種探頭的頻率響應比1:1探頭頻率響應要寬得多。
示波器的標準輸入電阻為1MΩ。這就要求在探頭中串聯9MΩ的電阻,使得在低頻時探頭頂部的輸入阻抗為10MΩ。
探頭補償
一個實際的10:1探頭具有幾個可調的電容和電阻以便在很寬的頻率范圍內獲得正確的頻率響應,這些可調元件的大多數都是在制造探頭時由工廠調好的。只有一個微調電容留給用戶去調節。這個電容稱為低頻補償電容,應當通過調節這個電容使得探頭和與相配用的示波器匹配,使用示波器前面板上的信號輸出可以很容易地進行這項調節工作,示波器的這個輸出端標有"探頭調節"、"校準器""CAL"或者"探頭校準"等標志,并能送出一個方波輸出電壓。方波中包含很多頻率分量。當所有這些分量都以正確的幅度送至示波器時,就能在示流器屏幕上再現方波信號。圖44示出探頭欠補償,正確補償和過補償的影響。
在2kHz方波和1MHz正弦波之下觀察不同探頭補償情況的影響。
可以看出,在較高的的頻率下探頭過補償和欠補償和欠被償情況下1MHz正弦波的幅度是很不準確的。
所以在使用的衰減探頭之前一定不要忘記檢查探頭的補償情況。由于一臺示波器的不同輸入通道的輸入電容可能有小的差異,所以您應當按照示波器上要使用的通道來進行探頭補償調整工作。
示波器探頭最大輸入電壓
多數通用10:1探頭的構造使這些探頭適合于最大輸入電壓為峰值400V或500V的情況下使用,所以這些探頭可以用于信號電平高達數百伏的廣泛的應用場合,對于需要測量更高電壓的場面合,我們推薦使用電壓額定值更高的100:1探頭。
示波器探頭讀出
現代示波器探頭都裝有編碼系統,使得示波器能夠識別與它相連年的探頭類型。從而使示波器能夠高速垂直偏轉指示值及所有幅度測量結果以避免發生泥淆。而如果使用不帶這種識別系統的探頭,則用戶就不得不自己為所有波形顯示和測量結果重新定檣以便反映出探頭的衰減量。
接地引線電感
說明探頭的接地引線電感如何與探頭及示波器的輸入電容形成串聯諧振電路。而探頭的輸入電阻則在諧振電路中引入阻尼。