選擇探頭時(shí)，還需要考慮測(cè)試信號(hào)的電壓，一方面要保證測(cè)試電壓不要高于探頭的最大輸入電壓，另一方面也要保證探頭輸出的信號(hào)在示波器的可測(cè)量范圍內(nèi)。這需要測(cè)試者根據(jù)測(cè)試信號(hào)的電壓來(lái)選擇探頭。比如要測(cè)量600Vpp的電壓信號(hào)，就需要選擇耐壓值超過(guò)600Vpp的探頭，而一般示波器最大測(cè)量電壓是80V，所以需要選擇一個(gè)衰減比大于8的探頭。而如果需要測(cè)量的信號(hào)是10mVpp的電壓信號(hào)，則就需要采用無(wú)衰減的探頭進(jìn)行測(cè)量。

6、地線的影響

傳統(tǒng)的使用習(xí)慣上，示波器的接地方式就是那根長(zhǎng)長(zhǎng)的接地夾線。這種接地方式，確實(shí)是一種簡(jiǎn)單方便的接地方式，但是卻并不是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、?zhǔn)確的接地方式。

圖8 接地夾線示意圖

由于地夾線比較長(zhǎng)，其會(huì)形成一個(gè)寄生電感Lgnd，隨著夾線的增長(zhǎng)，這個(gè)電感也會(huì)增大，而這個(gè)回路電感會(huì)和示波器探頭的輸入電容Cin產(chǎn)生諧振。這就導(dǎo)致示波器的幅頻特性變得不平坦，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。下圖為使用接地夾時(shí)的等效電路。

圖9 接地夾線等效電路圖

下圖為用該等效電路仿真出的頻譜特性曲線：

圖10 頻譜特性曲線

可以看出，在60MHz以上的頻率，幅度已經(jīng)產(chǎn)生了超過(guò)3dB的過(guò)沖，而到達(dá)100M左右時(shí)，過(guò)沖到最大幅度。所以如果采用地夾，測(cè)量超過(guò)60MHz的信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生比較大的失真。正確的方式應(yīng)該是采用接地彈簧。接地彈簧具有非常小的電感，可以大大提升探頭的帶寬。

圖11 接地彈簧示意圖

而且使用彈簧，也會(huì)減小接地環(huán)路面積，大大較小空間噪聲的輻射干擾。

7、補(bǔ)償電容的調(diào)節(jié)

對(duì)于10×無(wú)源探頭，其等效模型如下圖所示。

圖12 探頭等效電路

其中C1和Cline1是示波器和通訊電纜的寄生電容，是無(wú)法去除的。由于R2的原因，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低通濾波器，這就導(dǎo)致探頭無(wú)法通過(guò)高頻信號(hào)。為了提高探頭帶寬，探頭中會(huì)加入C2，來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。

計(jì)算可得該系統(tǒng)的零點(diǎn)：

系統(tǒng)極點(diǎn)為：

只有使得這兩個(gè)點(diǎn)重合，才能讓探頭帶寬得以平坦。而示波器的輸入電容C1和通訊電纜的電容Cline1都有一定的變化范圍，所以必須加入一個(gè)可調(diào)電容Cadj來(lái)進(jìn)行匹配。實(shí)際使用時(shí)，需要通過(guò)這個(gè)可調(diào)電容來(lái)將探頭帶寬調(diào)節(jié)平坦。具體方式是將探頭鏈接到示波器的校準(zhǔn)片上，然后通過(guò)調(diào)節(jié)探頭補(bǔ)償裝置上的調(diào)節(jié)器，將方波調(diào)節(jié)平坦。下圖為調(diào)節(jié)圖例。當(dāng)屏幕上的波形變?yōu)榉讲〞r(shí)，表示探頭調(diào)節(jié)成功。

圖13 探頭補(bǔ)償示意圖

8、探頭的負(fù)載效應(yīng)

前文提到過(guò)，探頭都是具有輸入電容和輸入電阻的，這就導(dǎo)致其并不能當(dāng)成一個(gè)阻抗無(wú)窮大的設(shè)備，其測(cè)量時(shí)的等效模型如下圖所示。

圖14

根據(jù)電路知識(shí)可知，對(duì)于直流信號(hào)而言，與未接入探頭前相比，Vout會(huì)有所下降，因?yàn)楝F(xiàn)在的負(fù)載不再是RL，而是RL與Rin并聯(lián)后的電阻，這勢(shì)必小于原來(lái)的電阻RL。而對(duì)于交流信號(hào)而言，還需要在并聯(lián)上一個(gè)電容Cin產(chǎn)生的阻抗。而這個(gè)阻抗會(huì)隨著頻率的增加而逐漸減小。這就是有些情況下探頭點(diǎn)上去，電路無(wú)法正常工作的原因。在使用探頭測(cè)量時(shí)，需要評(píng)估探頭的負(fù)載效應(yīng)對(duì)被測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。比如一般的1×探頭，輸入電容高達(dá)150pF左右，如果接入到一個(gè)50Ω系統(tǒng)中，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)40M左右的低通濾波器，如果被測(cè)信號(hào)接近或者高于這個(gè)頻率時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致被測(cè)系統(tǒng)工作異常。進(jìn)行高頻測(cè)量時(shí)，探頭的輸入電容越小，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也就越小。

總結(jié)

探頭在示波器測(cè)量系統(tǒng)中，至關(guān)重要。ZDS4000示波器具有很優(yōu)越的各項(xiàng)性能，同時(shí)標(biāo)配了性能優(yōu)異的無(wú)源探頭，但是探頭的使用上存在著很多需要注意的事項(xiàng)，為了能正確的發(fā)揮示波器的性能，使用者需要了解這些，才能即安全又準(zhǔn)確的得到測(cè)量結(jié)果。