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    探討手持式示波表探頭的重要性,你了解多少?

  1. 發布日期:2021-03-31      瀏覽次數:112
    •   手持式示波表有攜帶方便、操作簡單等特點。它能把肉眼看不見的電信號變換成看得見的圖象,便于人們研究各種電現象的變化過程。利用設備能觀察各種不同信號幅度隨時間變化的波形曲線,還可以用它測試各種不同的電量,如電壓、電流、頻率、相位差、調幅度等。
       
        手持式示波表一般具有三個典型的部分,探頭頭部、探頭電纜和探頭補償設備。其中探頭頭部的作用是與測試點直接接觸,從而與被測系統產生電氣連接,終獲取到需要測量的信號。探頭電纜的作用則是使示波表和探頭頭部彼此不互相干涉,可以做到在不移動的前提下,隨意移動探頭頭部,使之可以方便的與測試點接觸。探頭補償設備,主要是為了盡量消除探頭電纜帶來的負面影響,從一定程度上保持探頭的測量準確性。
       
        由探頭的基本結構可知,探頭是不可能被看為一個透明的設備,一定會有很多性能上的限制,比如探頭電纜和補償設備決定了探頭的帶寬,又比如探頭中的器件尺寸也決定了探頭的輸入電壓。所以探頭會有一些基本的參數。在此歸納一下:
       
        1、衰減系數
       
        衰減系數,是所有探頭都會有的一個參數,指的是探頭使信號幅度下降的程度。某些探頭可能會有可選擇的衰減系數。典型的衰減系數有1×、10×和100×。1×探頭表示不會對信號進行衰減。10×則表示信號會被衰減10倍再輸入。1×、10×這些名稱的由來,是因為之前的設備沒有自動識別探頭衰減系數和自動調節的能力,所以需要通過1×、10×這些名稱來提醒測試者記得要把測量出來的結果乘以相應的倍數。
       
        2、帶寬
       
        帶寬也同樣是一個探頭必備的參數,指的是探頭導致信號衰減-3dB情況下的頻率點。如下圖所示:
       
        如100MHz探頭就有100MHz帶寬,500MHz探頭就有500MHz帶寬。一些探頭,還會有一個低頻的帶寬頻率,比如一些AC探頭,不能傳遞DC信號,它在低頻段會有一個帶寬參數。值得一提的是,帶寬指的是-3dB的頻譜,此時信號被測量出的幅度只有真實信號的70.7%,所以測量者需要考慮對這個結果是否可以被接受,否則就需要使用更高帶寬的探頭。
       
        3、上升時間
       
        帶寬指的是對單一正弦波的測量,如果需要測量的是方波,則需要考慮探頭的上升時間,該參數是探頭在階躍信號激勵的輸入下,輸出信號從10%上升至90%所需的時間。這個參數實際上是用來進行評估誤差范圍的。比如被測試方波信號的上升沿的上升時間為10ns,則經過一個上升時間為3.5ns的探頭,終輸出的上升時間就大致為:
       
        上升時間退化了5.9%。
       
        如果此時改用0.7ns的探頭,則輸出的上升時間為:
       
        上升時間僅僅退化了0.24%。所以測量時,就需要盡量選擇上升時間遠小于被測信號上升時間的探頭,一般需要3~5倍。
       
        4、輸入電壓
       
        輸入電壓是指探頭可以輸入的大額定值的電壓。輸入電壓取決于探頭機身和探頭內部器件的額定擊穿電壓。一般該項會通過一些安規規范來給出,而不是給出單一的電壓,比如一般10×的無源探頭的輸入電壓為300VRMS CATⅡ。其中CATⅡ指的是一類測試場景,300VRMS CATⅡ指的是在這類測試場景下可以測量的電壓。而且這個電壓并不是一個恒定值。而是會隨著頻率的變化而變化。
       
        5、輸入電容
       
        輸入電容就是從探頭的探頭頭部端測量出的電容。對于有源探頭,該電容包括探頭探針的寄生電容和探頭內部電路中的電容。對于一些無源探頭,還要包括探頭電纜的寄生電容和設備本身的電容。該電容值越小,一般說明探頭可測量的頻率越高。
       
        6、輸入電阻
       
        探頭的輸入電阻是探頭的探頭頭部端測量出的電阻,該值是在DC情況下測量出來的。對于無源探頭來說,衰減比例越大,探頭的輸入電阻越高。
       
        7、補償范圍
       
        多數無源探頭都是一種通用的設備,而在不同手持式示波表之間,甚至在同一臺不同通道之間都會有所差異。探頭為了兼容這些差異,就會自帶一個補償網絡,用來補償不同示波表間的差異。如果補償不足或者補償過度,就會導致測量結果出現錯誤。而這個補償網絡是一定會有一個能夠調整的范圍的,這個范圍就是補償范圍。一般的無源探頭的補償范圍為10~35pF。
       
        8、電纜長度
       
        每個探頭都必須有一段探頭電纜,這是為了更加方便的進行測量。而這段電纜會造成一定的信號傳播延時。例如,1m左右的探頭電纜,大概會有5ns的延時。對于10MHz的信號,這會造成大概20°左右的延時。電纜越長,會導致相位信號延遲越長。而這個延時一般情況下不會對測量造成影響,因為在一定帶寬范圍內,這個延時并不會跟隨信號頻率變化而變化,所以不會造成群延時的失真。只有在兩個以上通道一起測量時,傳輸延時才會產生影響,特別是當電壓探頭與電流探頭一起進行功率測量時,不同探頭之間的延時就會造成很大的影響。所以測量之前需要根據電纜長度來推算大致的延時。如果延時過大,則需要使用設備內的延時校準功能。
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