| 如何选择示波器的探头？ |
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| 2001-11-30 |
示波器的设计师在改进仪器测量能力、准确度和易用性方面已经做了大量的工作。但要真正达到仪器的技术指标，还需要仔细选配附件和精心操作。当代示波器的关键部分是探头，这也是极易被忽视的附件。
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。
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摘： |
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