示波器探頭原理---示波器探頭工作原理

示波器探頭不僅僅是把測試信號判定以示波器輸入端的一段導線，而且是測量系統的重要組成部分。探頭有很多種類型號各有其特性，以適應各種不同的專門工作的需要，其中一類稱為有源探頭，探頭內包含有源電子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探頭稱為無源探頭，其中只包含無源元件如電阻和電容。這種探頭通常對輸入信號進行衰減。
我們將首先集中討論通用無源探頭，說明共主要技術指標以及探頭對被測電路和被測信號的影響，接著簡單介紹幾種專用探頭及其附近。

屏蔽
示波器探頭的一個重要任務是確保只有希望觀測的信號才在示波器上出現，如果我們僅僅使用一普通導線來代替探頭，那么它的作用就好象是一根天線，可以從無線電臺、熒光燈，電機、50或60Hz的電源的交流聲甚至當地業余無線電愛好者那里接收到很多不希望的干擾信號，這類噪聲甚至還能注入到被測電路中去所以我們首先需要的是屏蔽的電纜，示波器探頭的屏蔽電纜通過探頭尖端的接地線和被測電路連接，從而保證了很好的屏蔽。

一．探頭構造圖：

4. 一個探頭，就算它只是簡單的一條電線，它也可能是一個很復雜的電路。
a）對于DC 信號( 0 Hz 頻率)，探頭作為一對導線與一系列電阻，就向一個終端電阻一樣。

b) AC 信號的特性變化是因為：電線具有分布電感(L)，電線具有分布電容(C)。分布電感反作用于AC信號，在信號頻率增加時，阻止AC信號通過。分布電容反作用于AC信號，在信號頻率增加時，減小 AC信號電流通過的阻抗。這些反作用元件(L 和 C )的交互作用，與電阻元件(R)一起，成為隨信號頻率不同而變化的探頭阻抗。

示波器選型（探頭技術指標參數的意義）

自從示波器問世以來，它一直是最重要，最常見的電子測試儀器之一，由于電子技術的發展，示波器的功能在不斷上升完善，其它性能和價格也是五花八門主，其探頭也是從單一到復雜。

一、頻寬

和示波器一們，探頭也具有其允許的有限帶寬。如果我們使用一臺100MHz的示波器和一個100MHz的探頭，那么它們組合起來的響應就小于100MHz，探頭的電容和示波器的輸入電容相加，這就減小了系統的帶寬，加大了顯示的上升時間tr見第一章1.3節上升時間。
使用1.3節的公式
　　tr(ns)=350/BW(MHz)
　　如果示波器和探頭各自均為100MHz帶寬，其上升時間均為tr=3.5ns 。則有效系統上升時間就由下式給出：
　　trsystem=sqr(t2rscope+t2rprobe)
　　=sqr(3.52+3.52)ns
　　=sqr(24.5)2ns
　　=4.95ns
　　根據4.95ns的系統上升時間求得，系統帶寬為350/4.95MHz=70.7MHz。

從上述的計算可以看出，探頭本身的頻寬要比示波器高。

1. 示波器探頭最大輸入電壓
   
   　　多數通用10：1探頭的構造使這些探頭適合于最大輸入電壓為峰值400V或500V的情況下使用，所以這些探頭可以用于信號電平高達數百伏的廣泛的應用場合，對于需要測量更高電壓的場面合，我們推薦使用電壓額定值更高的100：1探頭。
   

2. FET示波器探頭
   這是一種可在高頻下使用的有源探頭，其使用頻率可達650MHz。其輸入電容可低達1.4pF，因此特別適合于在具有很高源阻抗的電路中測量快速瞬變，或者其它要求探頭負載效應最小的場合。由于采用有源設計方案，所以FET探頭也可用于1：1的情況，仍具有極低的輸入電容。
   

電流示波器探頭
顧名思義，使用這種探頭時示波器上顯示的是導體中的電流而不是其上的電壓。在這種探頭的頭上裝有一個電流感應變壓器，使用時只要把探頭卡到電纜導線上而無需切斷電路，探頭獲得的信號首先變換成電壓，再經過比例變換后送到示波器的端，這時示波器顯示的單位為A/格或mA/格。探頭的頻率范圍可達70MHz以上。使用電流探頭以后，具有數學處理能力的示波器就可以通過將電壓波形和電流波形相乘來進行功率的測量。

1. 探頭使用過程中遇到的問題解決方法及匹配事宜

首先是帶寬，這個通常會在探頭上寫明，多少MHz。如果探頭的帶寬不夠，示波器的帶寬再高也是無用，瓶頸效應。

另外就是探頭的阻抗匹配。一般示波器的輸入阻攔是1MΩ300Mhz以上的示波器通常是50Ω，此時只需將DP-25標示值x2即可。即x20→x40；x50→x100；x200→x400。 探頭在使用之前應該先對其阻抗匹配部分進行調節。通常在探頭的靠近示波器一端有一個可調電容，有一些探頭在靠近探針一端也具有可調電容。它們是用來調節示波器探頭的阻抗匹配的。如阻抗不匹配的話，測量到的波形將會變形。調節示波器探頭阻抗匹配的方法如下：首先將示波器的輸入選擇打GND上，然后調節Y軸位移旋鈕使掃描線出現在示波器的中間。檢查這時的掃描線是否水平（即是否跟示波器的水平中線重合），如果不是，則需要調節水平平衡旋鈕（通常模擬示波器有這個調節端子，在小孔中，需要用螺絲刀伸進去調節。數字示波器不用調節）。然后，再將示波器的輸入選擇打到直流耦合上，并將示波器探頭接在示波器的測試信號輸出端上（一般示波器都帶有這輸出端子，通常是1KHz的方波信號），然后調節掃描時間旋鈕，使波形能夠顯示2個周期左右。調節Y軸增益旋鈕，使波形的峰-峰值在1/2屏幕寬度左右。然后觀察方波的上、下兩邊，看是否水平。如果出現過沖、傾斜等現象，則說明需要調節探頭上的匹配電容。用小螺絲刀調節之，直到上下兩邊的波形都水平，沒有過沖為止。當然，可能由于示波器探頭質量的問題，可能調不到完全無失真的效果，這時只能調到最佳效果了。

另外就是示波器上還有一個選擇量程的小開關：X10和X1。當選擇X1檔時，信號是沒經衰減進入示波器的。而選擇X10檔時，信號是經過衰減到1/10再到示波器的。因此，當使用示波器的X10檔時，應該將示波器上的讀數擴大10倍（有些示波器，在示波器端可選擇X10檔，以配合探頭使用，這樣在示波器端也設置為X10檔后，直接讀數即可）。當我們要測量較高電壓時，就可以利用探頭的X10檔功能，將較高電壓衰減后進入示波器。另外，X10檔的輸入阻抗比X1檔要高得多，所以在測試驅動能力較弱的信號波形時，把探頭打到X10檔可更好的測量。但要注意，在不確信號電壓高低時，也應當先用X10檔測一下，確認電壓不是過高后再選用正確有量程檔測量，養成這樣的習慣是很有必要的，不然，哪天萬一因為這樣損壞了示波器，要后悔就來不及了。經常有人提問，為什么用示波器看不到晶振引腳上的波形？一個可能的原因就是因為使用的是探頭的X1檔，這時相當于一個很重的負載（一個示波器探頭使用×1檔具有上百pF的電容）并聯在晶振電路中，導致電路停振了。正確的方法應該是使用探頭的X10檔。這是使用中應當注意的，即或不停振，也有可能因過度改變振蕩條件而看不到真實的波形了。

示波器探頭在使用時，要保證地線夾子可靠的接了地（被測系統的地，非真正的大地），不然測量時，就會看到一個很大的50Hz的信號，這是因為示波器的地線沒連好，而感應到空間中的50Hz工頻市電而產生的。如果你發現示波器上出現了一個幅度很強的50Hz信號（我國市電頻率為50Hz，國外有60Hz的），這時你就要注意下看是否是探頭的地線沒連好。由于示波器探頭經常使用，可能會導致地線斷路。檢測方法是：將示波器調節到合適的掃描頻率和Y軸增益，然后用手觸摸探頭中間的探針，這時應該能看到波形，通常是一個50Hz的信號。如果這時沒有波形，可以檢查是否是探頭中間的信號線是否已經損壞。然后，將示波器探頭的地線夾子夾到探頭的探針（或者是鉤子）上，再去用手觸摸探頭的探針，這時應該看不到剛剛的信號（或者幅度很微弱），這就說明探頭的地線是好的，否則地線已經損壞。通常是連接夾子那條線斷路，通常重新焊上即可，必要時可更換，注意連接夾子的地線不要太長，否則容易引入干擾，尤其是在高頻小信號環境下。示波器探頭的地線夾子應該要靠近測量點，尤其是測量頻率較高、幅度較小的信號時。因為長長的地線，會形成一個環，它就像一個線圈，會感應到空間的電磁場。另外系統中的地線中電流較大時，也會在地線上產生壓降，所以示波器探頭的地線應該連接到靠近被測試點附近的地上。

高壓建議使用有源差分探頭。

可將任意間的兩點浮接信號，轉換成對地的信號，以供應示波器、電表、或計算機使用。 差分探頭測量的是〝差動信號〞而一般示波器探棒測量的是〝對地信號〞因此當兩點間有任一點〝非地〞時，示波探棒就不能使用，如果冒然使用，將有危險發生。