示波器的探頭要怎么選擇?
來源:日圖科技
探頭做為示波器的“眼睛“,在信號測量中有著至關重要的作用;那么如何選擇合適的探頭就成為了一個工程師的必修課。
首先,探頭的種類有很多,常用的探頭有兩大分類,分別是電壓和電流;其中電壓探頭又分有源探頭和無源探頭;按電壓等級分類可分為高壓和低壓探頭,高壓和低壓中又分單端和差分探頭……
理想的探頭
絕對的信號保真度,沒有信號源負載效應,高抗噪性。
·理想的探頭將不影響信號的測量
·帶寬無限
·零輸入電容
·無窮大輸入電阻
·無限動態范圍
·衰減為 1
·零延時
·零相移
·機械尺寸與待測點十分吻合
但是實際上不存在這樣的探頭,可能一個帶有S參數信息的低損耗的高頻SMA線纜,經過在示波器里面的去嵌操作之后,可以差不多認為是一個理想的探頭。
各類探頭的特點
無源探頭
優點:
·1x(無衰減)
·價格便宜
缺點:
·端接:輸入阻抗很低
·非端接:非常高的反射;非常高的輸入電容;低的帶寬
高阻無源探頭
優點:
·高輸入電阻
·寬動態范圍
·價格便宜
·堅固耐用
·輸入電容小于 C vs 1X Probe
缺點:
·高輸入電容C
·與50歐姆系統不兼容
·必須經過補償
應用:
·低功率設備
·維修
·生產工程測試研發
有源探頭
優點:
·低輸入電容
·高帶寬
·高輸入電阻 R
·適合 50 W 或1 MW
·無須補償
缺點:
·造價較高
·動態范圍比較小
·較易損
·需要供電
高壓差分探頭
·用于浮地信號測量
·用于差分信號測量
·電壓量程與帶寬成反比
·屬于有源探頭的一種,需要供電
應用:
·浮動測量
·開關電源設計
·電機驅動設計
·電子鎮流器設計
·CRT顯示設計
·電源轉換器的設計
·服務動力裝置評估
低壓差分探頭
·一般用于低壓高速信號的測量
·帶寬較高,量程較低
·更高要求的連接方式
·屬于有源探頭的一種,需要供電
應用:
·高速數字系統設計
·組件設計/描述
·信號完整性,抖動和時序分析
·機械工程與測試
·測量3.0 V邏輯,InfiniBand, PCI Express, DDR, Rambus數據線,千兆以太網
電流探頭
·示波器測試電流最普遍,最常用的探頭
·測量量程與帶寬成反比
·AC/DC電流探頭量程一般在2000A以內
·AC電流探頭量程或可達10000A以上
·屬于有源探頭的一種,需要供電
應用:
·電源
·半導體設備
·功率逆變器/轉換器
·電子鎮流器
·工業/消費電子產品
·移動通信
·馬達驅動器
·交通運輸系統
高壓單端探頭
·極高的輸入阻抗,通常在幾十,上百MΩ
·針對對地的高壓單端信號1000V,2500V,20000V
·帶寬相對較高,價格便宜
應用:
·電源設計
·設計電機拖動
·電子鎮流器
·功率半導體
·開關模式控制
·UPS 系統
·功率整流器
低壓單端探頭
·通常用于測量低于 12 V 以地參考的高速信號。
·通常具備很低的輸入電容(0-1pF),對電路負載影響很小
·帶寬通常較高
應用:
·檢驗、調試和表征高速設計
·信號完整性、抖動和定時分析
·制造工程和測試
·信號電壓擺幅最高 8 Vp-p
低噪聲電源紋波探頭
·專門用于紋波測量的探頭
·低衰減倍數,低負載效應
·高帶寬,低動態范圍
·低噪聲,高直流偏移
·價格昂貴
應用:
·探測汽車、工業和消費市場中芯片組的電源軌電壓供電和控制功能
·探測數字功率管理、內存和以太網連接能力
·探測高頻電源軌上的噪聲源
光隔離探頭
·針對于三代半導體器件測試
·同時具備高差分電壓,高共模電壓
·高帶寬,高共模抑制比等優點
應用:
·使用 SiC 或 GaN、FET 或 IGBT 的半/全橋設計
·浮動測量
·功率轉換器設計
·電源設備評估
·開關電源設計
·逆變器設計
·電機驅動設計
·電子鎮流器設計
·EMI 和 ESD 故障排除
·電流并聯測量
邏輯探頭
·提供多個通道的輸入
·只具備分辨高,低電平的能力
·一般用于信號的協議解碼分析
近場探頭
·精確定位磁場干擾源
·電磁場強度檢測
·可以用于EMI
以上介紹的種種探頭,均用于常規的電壓,電流測量;但是當今的示波器趨向高度集成化,許多廠家將信號發生器,頻譜儀,邏輯分析儀等功能模塊集成到示波器內部,為了配合這些功能的使用,更多的探頭將應用到示波器上;例如配合邏輯分析儀使用的邏輯探頭,配合頻譜儀使用的近場探頭。
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