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示波器探頭工作原理介紹
2013-04-25
示波器探頭帶寬
和示波器一們，示波器探頭也具有其允許的有限帶寬。如果我們使用一臺(tái)100MHz的示波器和一個(gè)100MHz的探頭，那么它們組合起來(lái)的響應(yīng)就小于100MHz，探頭的電容和示波器的輸入電容相加，這就減小了系統(tǒng)的帶寬，加大了顯示的上升時(shí)間tr見(jiàn)第一章1.3節(jié)上升時(shí)間。
使用1.3節(jié)的公式
tr(ns)=350/BW(MHz)
如果示波器和探頭各自均為100MHz帶寬，其上升時(shí)間均為tr=3.5ns 。則有效系統(tǒng)上升時(shí)間就由下式給出：
trsystem=sqr(t2rscope+t2rprobe)
=sqr(3.52+3.52)ns
=sqr(24.5)2ns
=4.95ns
根據(jù)4.95ns的系統(tǒng)上升時(shí)間求得，系統(tǒng)帶寬為350/4.95MHz=70.7MHz。
Fluke公司給所有示波器配備的探頭都能使示波器保證在探頭尖端獲得規(guī)定的示波器帶寬，從上述的計(jì)算可以看出，視覺(jué)要求探頭本射的帶寬要比示波器的帶寬寬得多。
示波器探頭負(fù)載效應(yīng)
當(dāng)我們進(jìn)行測(cè)量時(shí)，我們常常以為測(cè)得的電壓和電路中未連入示波器時(shí)是完全一樣的。
實(shí)際上，每個(gè)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(fù)載，所以連入探頭后就會(huì)影響被測(cè)電路我以當(dāng)我們分析測(cè)量結(jié)果時(shí)必須考慮探頭的特性以及測(cè)試電路的阻抗。
有些示波器探頭里沒(méi)有串聯(lián)的電阻，這類(lèi)探頭主要就由一段電纜和一個(gè)測(cè)試頭構(gòu)成，因此，在其工作頻率范圍或有用帶寬之內(nèi)，探頭對(duì)信號(hào)沒(méi)有衰減作用。這類(lèi)探頭稱(chēng)為1：1或X1探頭。由于這類(lèi)探頭在測(cè)試點(diǎn)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(fù)載效應(yīng)。
示波器探頭的等效電路
當(dāng)信號(hào)頻率嗇時(shí)，探頭的容性負(fù)載效應(yīng)京戲得更加顯著。由于電纜的類(lèi)型和長(zhǎng)度的不同以及探頭本身構(gòu)造等原因，1：1探頭的輸入電容通?？梢詮拇蠹s35pF到100pF以上，這等于給被測(cè)電路施加了一個(gè)低阻抗菌素負(fù)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(gè)探頭在此頻率無(wú)法使用。
衰減式探頭減小了負(fù)載效應(yīng)
我們可以在探頭中增加一個(gè)和示波器輸入阻抗相串聯(lián)的阻抗，用這種辦法就可以減小探頭的負(fù)載效應(yīng)。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?yàn)槲覀儸F(xiàn)在已經(jīng)引入了一個(gè)分壓器。
給出了一處簡(jiǎn)化的探頭等效電路，Rp和Rs構(gòu)成了一個(gè)10：1的分壓器，Rs為示波器的輸入阻抗。調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容C補(bǔ)償使得探頭和示波器械相匹配，視覺(jué)保證了在探頭的尖端獲得正確的頻率響應(yīng)曲線，宋一來(lái)就使得這種探頭的頻率響應(yīng)比1：1探頭頻率響應(yīng)要寬得多。
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