示波器探頭知識(shí)

1、示波器探頭的基本知識(shí)Date: 2006.11.01 目錄Page 1 of 10一 探頭的指標(biāo) 二 部門(mén)探頭基本參數(shù)介紹三 怎樣選擇探頭 四 探頭使用注意事項(xiàng)Page 2 of 10一 理解探頭的指標(biāo)畸變: 畸變是輸入信號(hào)預(yù)計(jì)響應(yīng)或者理想響應(yīng)的任何幅度偏差. 畸變產(chǎn)生的原 因一般有兩個(gè),一是探頭的質(zhì)量,二是不合適的探頭補(bǔ)償.在使用探頭 的過(guò)程可以先測(cè)量示波器的標(biāo)準(zhǔn)方波,檢查是否有畸變發(fā)生,排除的方 法有檢查探頭的接地是否良好,探頭的補(bǔ)償是否恰當(dāng).衰減係數(shù): 所有探頭都有一個(gè)衰減係數(shù),典型的衰減係數(shù)是1X,10X,100X等. 1X 探頭不會(huì)降低或衰減信號(hào). 10X探頭則會(huì)把信號(hào)降低到探針?lè)?/p>

2、的1/10 . 衰減係數(shù)可以擴(kuò)展示波器的測(cè)量範(fàn)圍.衰減係數(shù)越高,探頭的輸入電阻就 越大.如果示波器不能自動(dòng)識(shí)別探頭的衰減係數(shù),需要手動(dòng)設(shè)置. 精度: 電壓探頭,精度是指探頭對(duì)DC信號(hào)的衰減.探頭精度的計(jì)算和測(cè)量一般 包括示波器的輸入電阻. 電流探頭,精度是指電流到電壓轉(zhuǎn)換的精度. Page 3 of 104. 帶寬: 探頭的帶寬是指探頭響應(yīng)導(dǎo)致輸出幅度幅度下降到70.7%(-3dB)的頻率. 所以,用一個(gè)帶寬100MHz的探頭去測(cè)試一個(gè)頻率為100MHz幅度為1V 的信號(hào), 測(cè)試值就只有0.707V,這樣的測(cè)試結(jié)果是不可以接受的. 對(duì)示波 器的測(cè)量,真正擔(dān)心的是問(wèn)題是示波器和探頭的綜合總帶寬.

3、 如果用兩 個(gè)帶寬都為100MHz的探頭和示波器綜合使用, 實(shí)際上測(cè)量系統(tǒng)的帶寬 性能要低於100MHz.5. 電容: 探頭電容指標(biāo)是指探針上的電容.這個(gè)電容對(duì)測(cè)量脈衝有很大的影響. 因?yàn)樗筋^的輸入電阻一起決定了探頭的上昇時(shí)間. 還有示波器的 輸入端也是有電容的,所以探頭的電容與示波器的電容一定要匹配,過(guò) 補(bǔ)償欠補(bǔ)償都會(huì)造成測(cè)量的誤差. 10X和100X的探頭上的調(diào)節(jié)旋鈕就 調(diào)節(jié)探頭的電容.6. 額定最大電壓: 每個(gè)探頭都有其額定最大電壓值,在使用過(guò)程中應(yīng)避免接近甚 至超過(guò)這個(gè)值, 因?yàn)槿菀自斐商筋^的損壞.7.CMRR(共模抑制比): 這個(gè)參數(shù)是指差分探頭的一個(gè)最重要的指標(biāo). CMRR會(huì)

4、隨頻率的提高而下降. CMRR=Ad(差分信號(hào)電壓增益)/Ac(共模信號(hào)電壓增益)8. 傳播延遲: 傳播延遲是探頭器件及信號(hào)通過(guò)這些器件從探針傳送到示波器連 器所需要時(shí)間的函數(shù).通常情況傳播延遲是由於探頭的電纜導(dǎo)致的.9. 溫度範(fàn)圍: 電流探頭對(duì)環(huán)境溫度非常敏感,溫度升高,其量程和帶寬都會(huì)跟著 下降,而且精度也隨之下降. 電壓探頭的測(cè)量精度也會(huì)隨著溫度變化而變 化.10.上升時(shí)間: 探頭的上升時(shí)間跟示波器的上升時(shí)間一樣重要,這兩個(gè)時(shí)間一起 決定了測(cè)試系統(tǒng)的上升時(shí)間. 我們?cè)谧隽繙y(cè)時(shí),希望量測(cè)系統(tǒng)的上升時(shí) 比待測(cè)時(shí)間快35倍.Page 4 of 10目前部門(mén)的探頭介紹10X電壓探頭( Tek P

5、5050) 帶寬: 500MHz 輸入電容: 11.1pF 輸入電阻: 10M 最快上升時(shí)間:0.8nS 典型延遲時(shí)間: 5.5nS 額定最大輸入電壓: 300V 工作溫度範(fàn)圍: -15 to 55 degree C10X電壓探頭( Tek P6139) 帶寬: 500MHz 輸入電容: 8pF 輸入電阻: 10M 額定最大輸入電壓: 300V 工作溫度範(fàn)圍: -15 to 55 degree C 100X電壓探頭(Tek P5100) 帶寬: 250MHz 輸入電容: 2.75pF 輸入電阻: 10M 額定最大輸入電壓: 2500V 工作溫度範(fàn)圍: -15 to 55 degree CPag

6、e 5 of 104. 50/500X高壓差分探頭(Tek P5205) 帶寬: 100MHz/5MHz 輸入電容: 3.5pF 輸入電阻: 8M 最快上升時(shí)間:3.5nS 典型延遲時(shí)間: 17nS 額定最大輸入電壓: 50X檔時(shí)130V 500X檔時(shí)1300V CMRR(共模抑制比): 3000:1 操作溫度範(fàn)圍:0 to 40 degree C5. 電流探頭( Tek Tcp202) 帶寬: 50MHz 最快上升時(shí)間: 7nS 典型延遲時(shí)間: 17nS 最小分辨率: 10mA/div 額定最大電流測(cè)量範(fàn)圍: 15A DC + Peak AC Current 50A Peak Pulse C

7、urrent 操作溫度範(fàn)圍:0 to 50 degree C6.電流探頭( Tek Tcp305) 帶寬: 50MHz 最快上升時(shí)間: 7nS 典型延遲時(shí)間: 19nS 最小分辨率: 5mA/div 額定最大電流測(cè)量範(fàn)圍: 50A DC 50A Peak Pulse Current 操作溫度範(fàn)圍:0 to 50 degree C 需要配合TCP A300使用 Page 6 of 107.電流探頭( Tek Tcp303) 帶寬: 20MHz 最快上升時(shí)間: 7nS 典型延遲時(shí)間: 53nS 最小分辨率: 5mA/div 額定最大電流測(cè)量範(fàn)圍: 150A DC 500A Peak Pulse C

8、urrent 操作溫度範(fàn)圍:0 to 50 degree C 需要配合TCP A300使用怎樣選用探頭1. 了解所要測(cè)試的信號(hào)源,是選擇探頭的開(kāi)始. 信號(hào)類(lèi)型: 電壓信號(hào), 電流信號(hào), 邏輯信號(hào), 其它信號(hào) 就目前我們做電源而言, 基本上測(cè)試的都是電壓信號(hào)和電流信號(hào),因?yàn)閿?shù)字電 路基本都是集成在控制IC內(nèi)部, 在外部表現(xiàn)出來(lái)的也只是基本的高低電平,所 我們現(xiàn)在也基本用不上數(shù)字識(shí)別探頭. 信號(hào)的特點(diǎn): 選用某一個(gè)探頭去測(cè)試一個(gè)信號(hào), 對(duì)信號(hào)特點(diǎn)的了解非常重要. 我們需要了解那些特點(diǎn)呢? 第一, 信號(hào)的頻率成分. 純正的正弦曲線擁有單一的頻率,例如1KHz的純正 正弦波就只有1KHz的頻率成分.

9、但是如果是1KHz的方波呢? 其頻率成分就比較複雜, 它還包含很多次的諧波成分,3次,5次,7次.如果不考慮這些諧波成分的話,波型就會(huì)失真. 所以我們?cè)谠谶x用探頭時(shí)就需要考慮信號(hào)的頻率成分帶寬跟探頭帶寬之間的關(guān)係,一般遵行5倍原則,就是探頭的帶寬要比信號(hào)基礎(chǔ)頻率高35倍, 才能保證測(cè)試的精確性. 另外信號(hào)的上升時(shí)間也需要考慮,基本頻率只有100KHz,上升時(shí)間為10nS的方波, 其諧波成分遠(yuǎn)比純正的1MHz的正弦波高的多. 我們現(xiàn)在做的硬開(kāi)關(guān)的switch power supply其內(nèi)部波型絕大多數(shù)為方波. Page 7 of 10第二, 信號(hào)源的阻抗 探頭具有輸入阻抗,當(dāng)它與實(shí)際電路連接時(shí),

10、 都是並聯(lián)到測(cè)試電路中去,這樣就會(huì)改變?cè)娐返男再|(zhì).通常情況下, 探頭的輸入阻抗都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于待測(cè)電路,所以我們不考慮其影響,但是在電源中的某些敏感電路中,當(dāng)探頭加上去時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)電源不能正常工作.因?yàn)橐呀?jīng)改變?cè)娐返淖杩够蛘咭氲妮斎腚娙莞淖冊(cè)娐返纳仙龝r(shí)間. 從上面的例子中我們可以看到,最好選用高阻抗,低電容的探頭,以最大限度信號(hào)源的探頭負(fù)荷.第三, 信號(hào)源的幅度(最大,最小值) 信號(hào)源的幅度考慮也非常重要, 用很大量程的探頭來(lái)測(cè)試小信號(hào),一是精確度 的考慮,二是大才小用, 如果信號(hào)源的幅度很大,超過(guò)了探頭的承受能力,就會(huì) 損壞探頭.第四 物理連接考慮因素 1.方便連接 2.安全方面考慮 3.連

11、接線太長(zhǎng)會(huì)引入干擾探頭使用注意事項(xiàng) 探頭是比較精密的儀器配件, 在電性上和物理上很多方面都很脆弱,容易損壞,所以大家在使用的過(guò)程中需要非常小心,請(qǐng)注意以下事項(xiàng). 1. 10X電壓探頭, 1)確記其最大量程只有300V, 所以在測(cè)試主MOSFET等高壓器件是請(qǐng)不要選用該類(lèi)探頭. 2)無(wú)源探頭的地線是同示波器的大地連接在一起的. 示波器廠商設(shè)計(jì)該類(lèi)探頭就只是用于測(cè)試以大地為參考點(diǎn)的信號(hào),不能測(cè)試電源一次側(cè)的信號(hào).雖然我們的示波器都是把地線剪掉了的,這就相當(dāng)于示波器變成了一個(gè)浮地的設(shè)備,變得可以測(cè)試一次側(cè)的信號(hào),但是從準(zhǔn)確性,安全性方面來(lái)說(shuō)都是欠妥的.在我們部門(mén)出現(xiàn)過(guò)用10X電壓探棒測(cè)試二次側(cè)電壓跟

12、100X電壓探棒測(cè)試輸入AC電壓,結(jié)果把100X電壓探棒的接地線瞬間燒斷的事故.如果需要同時(shí)監(jiān)測(cè)一次,二次側(cè)的信號(hào)的情況,一次側(cè)請(qǐng)用差分探棒. 3)探頭在使用的過(guò)程中要注意輕拿輕放,因?yàn)?0X探棒的接地線比較細(xì),非常容易折斷.2. 100X 電壓探頭 現(xiàn)在我們部門(mén)的100X電壓探頭常用于測(cè)試一次的主MOSFET等高壓元件,在這個(gè)測(cè)試過(guò)程中需要非常小心.一定要先檢查示波器的接地線已經(jīng)剪掉, 再者就是要注意不可同時(shí)用無(wú)源探頭測(cè)試一次,二次側(cè)的信號(hào). 同10X電壓探棒一樣, 100X電壓探棒的接地線也很容易折斷.3. 50X/500X高壓差分探頭 差分探頭的使用注意事項(xiàng)相對(duì)少一些,但是輕拿輕放是一定

13、要做到的. 猛烈撞擊和摔打等都很容易造成損壞. 差分探頭系統(tǒng)通常包含敏感的器件,過(guò)壓可能損壞這些器件,包括靜電放電.所以差分探頭還要注意ESD防護(hù)喔.差分探頭的操作溫度範(fàn)圍是040 degree C, 在50 degree C的高溫環(huán)境中不能使用.4. Tek TCP202 電流探頭 該類(lèi)探頭的損壞率是相當(dāng)高的,為什麼呢?因?yàn)樗鼘?duì)物理撞擊和超規(guī)格使用都非常敏感.使用過(guò)程中請(qǐng)注意以下事項(xiàng): 1)探頭頭部的感應(yīng)磁環(huán)不能經(jīng)受撞擊;穿線孔較小,故只能套入較小的線材.如果線材較大還要強(qiáng)行套入, 也會(huì)引起探頭損壞. 2)探頭與示波器的連接頭非常精密,內(nèi)部包含轉(zhuǎn)換電路,也不能經(jīng)受撞擊. 3)該探頭的量程是 DC15A current 和 50A peak pulse current. 這個(gè)量程在我們的測(cè)試中很容易突破,所以需要非常小心.用該探頭測(cè)試輸入電流時(shí),一般在正常工作時(shí)其電流是不會(huì)超過(guò)15A的,但在開(kāi)機(jī)的瞬間,inrush cur