电信号基本就是测量电压或电流,频率高或低、振幅多少、测量对象的输出电阻高或低、差分是否需要通过绝缘来测量等。
理解了测量对象,就可以从种类丰富的探头中做出选择。
市场上有对应测量高电压、高速信号或用于多种场景的丰富的探头类型。
对于电流探头,因其可以进行非接触式测量,所以不会对测量对象产生过大的影响。
我们着重看看电压探头如何选择——
电压探头
规格
选择电压探头时需要确认的4种规格:
·频率范围:由可测量的频率决定
·输入电压范围:可观测信号的最大电压+富余量(电涌等)
·输入电阻:对测量对象产生的直流电负载
·输入电容:对测量对象产生的交流(高频)电负载
参考如上规格选择最合适的探头。
输入电阻过低会产生直流负载,会影响到电路的偏压。
输入电容过大会影响高速信号的上升等。
主要用途
以无源与有源探头为例,我们简要说明差分探头的结构和注意事项。
无源探头
在示波器用探头里,最为常用的便是无源探头。无源探头坚固耐用,加之可以扩展测量电压的范围,所以用途非常广泛。
等效电路可按照R1、C2、R2、C2'(=Ccable+Cv+C2)表示。
除了Cv,其他均为定值。
在DC里,C的电阻无限大,因此此电路的衰减比由R2/(R1+R2)决定。
为了在高频里获得同样的衰减比,需要将C1与C2’的电阻比与R2、R1的电阻比调成相同的数值。
C1:C2'=R2:R1→R1C1=R2C2'
通过适当调整Cv,可以在DC到高频中获得正确的振幅。反之,未做适当调整时,随着频率的变动,振幅会时小时大,无法获得正确的振幅。
无源探头的作用便是分压电压,使其衰减至示波器的输入范围之内,以及增加输入阻抗,降低输入电容。
可不使用高阻抗时,R1在450Ω时可被称为无C1的电阻探头。
使用10:1无源探头 - 首先需要正确调整!
连接示波器与探头,调整探头上的可变电容器,使不同频率下的增益稳定。相位调整不正确时,振幅看起来会过小或者过大,从而导致错误结果。
下图是利用示波器的CAL输出(1KHz方波)进行调整的示例。
如果校正不正确,就会在错误的波形振幅下进行观测。
如果你测试的信号振幅比预想的大,就尝试用2根探头观测同样的信号,2根探头观测到的信号振幅不同,那么你就需要校正探头。
探头校正,可使用方波来进行调整,但如果调整不当,测量方波时其影响会非常明显。
可是这种影响,在测量更高方波频率的波形时,却不容易被人识别。正弦波亦是如此。
如上图所示,校正不当时,输入小于1kHz的信号后其结果便显而易见。频率更快的信号和正弦波的观测结果如图所示,没有明显异常,但实际上振幅受到了影响,无法精确测量。