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示波器探头详解

示波器探头常规分为无源探头、有源探头、电流探头

一、无源探头

无源探头分为1×,10×,100×等多种规格,10×表示探头会将信号衰减十倍,接入示波器后

需要示波器将相应的通道放大10倍。下图1是一个10×无源探头内部等效结构图

示波器探头详解

无源探头分为1×,10×,100×等多种规格,10×表示探头会将信号衰减十倍,接入示波器后

需要示波器将相应的通道放大10倍。下图19是一个10×无源探头内部等效结构图

示波器输入接地电阻Rs为1M欧姆,10×探头串联一9M欧姆的电阻Rp,两电阻分压使输入示波器的信号为被测信号幅度的1/10。

可以看到示波器有一输入电容Cscope,探头上有一与输入9M欧姆电阻并联的电容(令其为Cp),还有一并联到地的可调电容Ccomp。为在很宽的频率范围内探头的衰减为恒定值10,需要使(Ccomp+Cscope)/Cp=9,其中补偿电容Ccomp可调。

当将一个新买的探头接入示波器时,需要调整补偿电容Ccomp的值,使关系式(Ccomp+Cscope)/Cp=9成立。图19的第二行是不同补偿电容值的结果,欠补偿时(Ccomp+Cscope)/Cp>9,被测信号的高频分量被衰减的值大于10倍,而示波器内部仍然只有10倍放大,导致示波器对高频分量的衰减大于对低频分量的衰减。过补偿原理一样。第三幅图是最佳补偿结果。

100×探头类似于10×探头,1×探头相当于直连线,将信号直接输入给示波器。衰减大的探头能测量更高的电压,衰减小的探头适合测量小电压。1×探头输入阻抗低(1M),且输入电容大,因此带宽小。我司用得最多的是10×探头。

二、有源探头

无源探头内部只有一些电阻,电容等无源元件。有源探头内部含有放大器,放大器需要电源才能工作,因此成为有源探头。图20是有源探头结构图,探头里面的放大器既能保证输入阻抗足够大,输出能力又很强,可以直接驱动50欧姆。且放大器的输入电容可以做的非常低,小于1pf,因此有源探头的带宽可以做到数G。

有源探头的缺点是其耐压能力仅为数十伏,而无源探头可以输入300V RMS的高压。在使用有源探头时因特别小心,保护探头不能过载。

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三、电流探头

电流探头实质是一个电流电压传感器,因为示波器只能测量电压,需要探头将电流转换为电压。

图3是电流探头的内部框图。测量DC到数十K的低频范围内,使用霍尔效用,测量数十K以上的高频

电流使用变压器。

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