轻松选择替代示波器探头

在我的职业生涯早期，我曾管理一个测试部门，我们有 22 名工程师和技术人员，以及约 35 台示波器。示波器中最常见的故障是探头缺陷。损坏的探针、断续连接的连接器、破损的电缆——示波器探头可能会出现没完没了的故障。所以，我们一年大概会换掉三十几个探头。

在寻找替代探头时，除了了解探头工作原理及其规格外，并没有什么秘诀。几乎所有示波器的每个通道都配有一个无源探头，因此探头是非常常见的测试配件。虽然无源探头经历了八十年的技术发展，但基本概念仍然很简单。如图 1 所示，10:1 无源探头基本上是一个补偿衰减器，用于连接到示波器的 1 MΩ 输入端接。示波器的 1 MΩ 输入可以建模为带并联小电容的 1 MΩ 电阻器。

图 1：10:1 高阻抗无源探头电路模型，探头可连接到示波器的 1 MΩ 输入。（图片来源：Art Pini）

通过将一个 9 MΩ 电阻器与示波器输入端（图 1 中的 RIN）串联，即可实现 10:1 衰减。这种组合将使探头输入端的低频信号在示波器输入端衰减 10 倍。对于更高频率的信号，示波器输入的分路电容 （Cin） 与同轴电缆的电容一起用作输入信号的低通滤波器。

若要实现平坦的频率响应，则需要进行均衡。若增加一个拐点频率与低通滤波器相同的串联高通滤波器，则可以使探头-示波器组合的频率响应变得平坦。这是通过使时间常数 RIN x CIN 等于 Ro x （CSCOPE in+CCABLE+C COMP） 的时间常数来实现的。由于示波器的输入电容变化很小，所以增加了可变电容 CCOMP 来调整低通元器件的时间常数。根据每个示波器手册中的说明，可对该电容器进行调整以设置低频补偿。

我们来看一个寻找替代探头的例子。假设我们要为 Teledyne LeCroy HDO4104A 1 GHz 四通道示波器寻找替代探头。此示波器通常随附四个 PP018 500 MHz 探头。我们需要有关示波器的一项信息是输入电容 CSCOPE in，可在规格书中找到。规格书列出的输入电容为 16 pF；如果没有明确列出，可以假设公差为 ±20%。

首先在 Digi-Key 网站上搜索示波器探头。搜索结果之一如图 2 所示，为“测试引线 - 示波器探头”页面。

图 2：通过 Digi-Key 网站的“测试引线 - 示波器探头”页面突出显示搜索条件：无源探头、10:1 衰减、500 MHz 带宽和 10 MΩ 的探头输入电阻。（图片来源：Art Pini）

搜索得到 16 种产品，如图 3 所示。

图 3：搜索结果列出了 16 种探头，前 8 种有库存。其中一个选择是完全相同的替代品 PP018，但也有来自其他制造商的合适探头。（图片来源：Art Pini）

在前 8 个搜索结果中，有 6 个是 Teledyne LeCroy 探头，包括随示波器提供的 PP018 探头。此外，还有其他两家制造商的探头：Cal Test Electronics 的 CT4203 和 Carlisle Interconnect Technologies 的 P500-010。通常来说，最好是评估其他选项。

通过查阅每个探头的规格书，我们可以比较表 1 所示的关键规格。

表 1：使用八个关键探头规格，比较来自三个不同制造商的探头产品。（表来源：Art Pini）

这三个探头都高度匹配。之前没有提到的一个关键规格是补偿范围。这是探头可以匹配的示波器输入电容范围。由于示波器的输入电容为 16 pF ±20%，因此所有这些探头都能匹配。

第二个问题是探头尖头的直径。较小的 2.5 mm 直径有更紧密的探头间距，而不会产生物理干扰。较大的 5 mm 探头尖头更坚固，不易破损。这种工程决策只能由用户来决定。

总结

虽然工程师知道需要小心使用示波器探头，因为并非所有损坏都可以立即看到，但有时即使小心翼翼使用，探头也会出现故障。不巧的是，这种情况通常会出现在最重要的测试中。

如上所示，使用 Digi-Key 的产品搜索引擎和提供的基本选择指南，获得替代品变得更加轻松。除了探头尖头直径外，此处选择的三个探头主要区别在于成本——这是最终的工程决策。