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轻松选择替代示波器探头

微云疏影 来源:Digi-Key 作者:Digi-Key 2022-04-12 16:05 次阅读

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

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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。

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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。

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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。

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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。

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