如何选择示波器的探头

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如何选择示波器的探头

加载探头

示波器探头是测量链中的关键一环。探头并不仅仅是连接被测电路与示波器的管道，它对您的测量结果及被测电路均有所影响。所有探头均存在着阻性、感性和容性负载；问题是要把这些负载影响限制在可接受的极限范围之内。与探头有关的主要测量误差是容性负载。在这3种误差源中，阻性负载的影响最小，因为它通常不会在电路中产生非线性行为。虽然太大的阱电流也会产生非线性响应，但在使用10MΩ的探头时不会出现这一问题。最常见的是阻性负载问题是由电路输出电阻与探头本身电阻构成的电阻分压器：

这里RSOURCE是被测电路的输出阻抗。

使用不正确的探头不仅会使信号失真，而且会使您的电路出现错误的行为。

与RSOURCE相比，探头电阻越低，所测到的波形幅度也就越低（图1）。例如，如果RSOURCE为1MΩ，测到的幅度比实际值大约低9%。而若RPROBE仅为1MΩ，则测到的幅度将低50%。

感性负载

感性负载会在被观察信号中出现振铃（图2）。振铃源是由探头内容电容、地线电感及探头触针电感构成的LC电路。地线电感包括焊在电路检测点的各跳线电感（图3）。简单LC电路的振铃频率为：

如果波形上升时间对激励振铃而言足够短，振铃将作为捕获信号的一部分出现。例如，要计算地线造成的振铃频率，您可假设探头地线的电感约为25nH/in。因此，具有8pF电容和6in长地线的探头的振铃频率近似为145MHz：

因而用该探头测量上升时间大于大约2.4ns的任何波形都将会出现振铃。

这里BW=带宽。

探头的设计应把自身电容减到最小，同时应使用尽可能短的接地线（有些探头在地线上增添铁磁磁珠以减小振铃。但您会为此付出增加地线阻抗的代价，而

这又会降低探头的共模抑制）。在测量中，感性负载一般不成为问题，除非被测信号的频率成分超过了带宽，或太差的地线或触针连接。

这里为您提供两个识别感性问题的提示。首先，根据信号频率、精度要求和其它测量因素，考虑是否会出现振铃问题。其次，通过减小地线或探头线的长度，看看能否降低共振频率。如果确为如此，就存在着感性负载问题。

容性负载

在3种负载效应中，解决容性负载问题最为困难，它影响延迟、上升时间和带宽的测量。在高频时，容抗将影响幅度测量。由于引入了指数响应，容性负载还会改变被测波形的形状（图4）。

对简单RC电路，指数响应的时间常数近似等于：

这里CIN是探头和示波器的组合电容，RTOTAL等于：

这一时间常数确定了被测信号上升时间的上限。例如，对于100Ω输出电阻的电路，使用具有1MΩ电阻和8pF电容的探头时，其上升时间极限为1.8ns（带宽近似为200MHz）。您的信号可能有更快的上升时间，但有这样的探头不能看到如此快的信号。

测量误差仅仅是容性负载所产生问题的一半。它会把您引入一条死胡同，使

您看不到存在的问题，或忙于解决实际并不存在的问题。您可能确曾有过这样的经历。容性探头负载会衰减毛刺，减小振铃或过冲，减慢跳变沿，使建立和保持时间违规不再发生。同样，容性负载也会使电路不能正常工作。最麻烦的是除非您事先确实知道（不是理论上的）信号的大小和形状，否则就难以发现探头是否影响了测量的结果。解决办法是对每一种应用，都要保证使用正确的探头。

兼顾阻性负载和容性负载是相当困难的。在改进某一探头性能时，往往会影响另一性能。因此就有适应不同应用和预算的多种探头。

如何选择示波器的探头 [篇2]

探头的特性和特点中最重要的参数就是带宽和输入阻抗，它们既要与示波器的带宽和输入阻抗匹配，又要将对被测电路的影响减到最小。因此选择探头时要综合考虑。

1 带宽和上升时间

探头的带宽或上升时间要等于或优于示波器的带宽。如果观察纯正弦信号，探头带宽等于被测信号频率的最高值即可；如观察非正弦信号，探头带宽应能容纳被测信号的基波和最重要谐波分量。为精确地测量脉冲的上升时间和下降时间，系统的上升时间（示波器和探头之和）应该比要测量的最快的上升时间快3-5倍。

2 阻抗匹配

探头的输入阻抗要与所用示波器的输入阻抗匹配，另外对被测电路的负载作用最少。对于低输入阻抗的示波器，应选择有源探头或50Ω输入阻抗的探头；对于高输入阻抗的示波器，应选择×10的探头。例如示波器的输入阻抗是1mΩ/10pf,探头输入阻抗最好是10mΩ/1pf，这样的探头既有10倍的信号衰减，对被测信号的负载很轻，又能与示波器输入阻抗匹配。

3 负载作用

减轻探头对被测电路的负载作用。除了选择输入阻抗高的探头外，还有记住探头输入阻抗随频率成反比例下降。

4 时间延迟的影响

每种探头对被测信号的延迟时间存在差异，在进行差分测量以及时间（或相位）一致性测量时，最好使用2个型号相同和电缆长度相等的探头。

5 良好的接地

探头的额定频率特性是在同轴系统内测得的结果。在实际电路应用时，往往探头处于非同轴匹配的系统内，因此探头的接地引线要尽量减短，把串联电感减到最小。如发现高阻探头接地不良，就要考虑使用低阻同轴探头或者与探头匹配的适配器、连接器和夹具。

总结

探头对示波器测量至关重要，所以要求探头对探测的电路影响必须达到最小，并希望对测量值保持足够的信号保真度。如果探头以任何方式改变信号或改变电路运行方式，示波器会看到实际信号的失真结果，进而可能导致错误的测量结果，或者误导性的测量结果。通过以上介绍可知，探头的选购和正确使用有许多值得注意的地方，只有与示波器和被测电路都匹配良好的探头才是您该选择和使用的探头。

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