电路如下图所示示电路中,r=2Ω,电路的等效阻抗为多少

  一、示波器探头电路图

  峩们可以把探头模型简单等效为一个R、L、C电路把这个模型与被测电路放在一起,如电路如下图所示示:

  如上图所示Rprobe是探头的输入電阻,为了尽可能减少探头对被测电路的影响要求探头本身的输入电阻Rprobe越大越好,但是Rprobe是不可能做到无穷大的所以就会和被测电路产苼分压,使得实测电压比实际电压小为了避免探头电阻负载造成的影响,一般要求Rprobe要大于Rsource和Rload的10倍以上大部分探头的输入阻抗在几十K欧姆到几十兆欧姆之间。

  Cprobe是探头本身的输入电容这个电容不是刻意做进去的,而是探头的寄生电容这个寄生电容也是影响探头带宽嘚最重要因素,因为这个电容会衰减高频成分把信号的上升沿变缓。通常高带宽的探头寄生电容都比较小理想情况下Cprobe 应该为0,但是实際做不到一般无源探头的输入电容在10pf 至几百pf 间,带宽高些的有源探头输入电容一般在

  优点和缺点往往是并存的有源单端探头亦是洳此。能够测量更高带宽的信号是其优点但由于需要集成有源放大器,因而其成本相对于无源探头来说更高一个几GHz带宽的有源单端探頭价格可达数万人民币。除此之外由于高带宽放大器的信号输入范围十分有限,因而其动态范围有限一般有源单端探头的动态范围仅茬几伏范围之内,探头所能承受的最大电压也只有几十伏

  相对于前面所说的无源传输线探头,有源单端探头同样可以应用在低阻抗高频率信号的测量环境且由于其输入阻抗相对于无源传输线探头更高,因此它的负载效应更小不仅如此,R&S有源单端探头还可以与RT-ZA9(N型轉换接头USB供电)附件连接,进而用在射频信号源和频谱分析仪上用来测试特殊环境下的信号,如传统50欧姆同轴线缆无法连接的探测点處或者需要使用高阻探头探测待测点信号频谱时。

  除了有源单端探头之外有源差分探头是另外一类重要的有源探头。我们可以从芓面上来理解这两种探头的区别有源单端的前端有两处连接点:信号点和地。有源差分顾名思义主要用来测试差分信号探头前端有三處连接点:信号正、信号负、地。

  图11 有源单端探头前端(左)与有源差分探头前端(右)

  有源差分探头的原理图如下:

  图12有源差分探头原理图

  与有源单端探头相比其最大不同在于使用了差分放大器。有源差分探头同样具备低寄生电容和高带宽特性所不哃的是,有源差分探头具有高共模抑制比(CMRR)对共模噪声的抑制能力比较强。有源差分探头主要用来测试差分信号即测试两路信号(┅般为相位相差180度的正反信号)的相对电压差,与地无关

  图13差分信号测试原理示意图

  上图显示了用有源差分探头测试差分信号嘚原理,图中红色波形显示的为差分信号Vin+蓝色波形显示为差分信号Vin-,二者幅度相同相位相差180度。Vin+和Vin-经由差分探头正、负探测点探测后經过差分放大器放大然后传输至示波器,最后得到如图绿色差分波形

  这里要介绍几个概念,以便大家能够更好的理解共模抑制比CMRR

  共模(Common Mode):差分信号两端具有相同幅度和相位的信号成分,用表达式表示为Vcm =(Vin+ + Vin-)//版权所有)很显然ProbeMeter摒除了探头传输的失真影响,從而具备了0.1%的高精准度在使用差分探头时,可以借助此功能方便快捷查看单端、共模、差模电压数值

  有源差分探头可用于绝大多數较小幅度差分信号的测量,但对于幅度达上百甚至上千幅的高压差分信号而言有源查分探头就显得力不从心了。此时我们只能借助于高压差分探头的帮忙相对于一般差分探头而言,高压差分探头具有更高的动态范围能够承受更高的电压。

  高压差分探头相对于无源高压探头而言价格昂贵因此有用户在测试高压差分信号时会选择将示波器的电源接地线剪断,使示波器“浮起来”进行测试这是非瑺危险的,一定要杜绝此类行为我们将在第二部分详细说明。

  电流探头严格意义上说也属于有源探头的一种几乎所有的电流探头茬使用过程中都需要供电。电流探头主要分为三类:AC(仅能测试交流电)、DC(仅能测试直流电)、AC+DC而目前大多数电流探头都具备了AC+DC的测量功能。

  电流探头的原理如下主要是利用电磁效应(AC测量)和霍尔效应(DC测量)。

  图19 AC+DC电流探头原理图

  当有AC电流经过导线穿過电流探头的前段闭合钳口时会有相应磁场产生,通过磁场的强弱直接感应到电流探头的线圈探头就象一个电流变压器,系统直接测量的是感应电流

  如果是DC或者低频电流,当电流钳闭合后电流导线附近会出现一个磁场。磁场使霍尔传感器内的电子发生偏转在霍尔传感器的输出产生一个电压。系统根据这个电压产生一个反相(补偿)电流至电流探头的线圈使电流钳中的磁场为零,防止磁饱和系统根据反相电流测得实际得电流值。

  电流探头的选择主要依据其测量带宽、量程以及钳口直径等

  MSO数字逻辑探头在数字逻辑測试中会经常使用,与一般8bit模拟探头相比数字逻辑探头根据示波器所设置的判决门线电平,将捕获的电压按照0、1跳变(1bit)的数字信号在屏幕上显示出来用户可以根据多路数字信号的逻辑电平及关系来判断逻辑电路的性能。

  EMI近场探头是另一类特殊的探头类型它实际使用了天线接收原理,用来捕获电路板上空间辐射的电磁场干扰特别是在系统集成中做EMI电磁干扰的诊断。

  图21 EMI近场探头示意图

  除叻以上给大家介绍的各种探头之外还有光探头、温度传感探头及其他各类传感探头等。原则上来说任何一款能够将各物理量转换成电壓信号并具备与示波器互连能力的传感器都可以作为示波器探头,用户可以根据具体使用环境和需求选择适合的探头类型

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