探头选型第一步-了解信号源

在选择探头时要考虑四个基本信号源问题，即信号类型、信号频率成分、信号源阻抗和测试点的物理属性。

信号类型

探头选择的第一步是评估要探测的信号类型。为此，可以把信号划分为：电压信号，电流信号，逻辑信号，其它信号。

图1.根据被测信号类型划分的探头种类

电压信号是电子器件测量中最经常遇到的信号类型，也正因如此，电压传感探头是最常用的示波器探头类型。此外，应该指出，由于示波器在输入上要求电压信号，因此其它类型的示波器探头在本质上是把传感到的现象转换成相应电压信号的传感器。一个常见实例是电流探头，它把电流信号转换成电压信号，以便在示波器查看信号。

逻辑信号实际上是特殊类型的电压信号。可以使用标准电压探头查看逻辑信号，但更常见的情况是必须查看特定的逻辑事件。通过把逻辑探头设置成在发生规定的逻辑组合后触发到示波器的信号，可以实现这种功能。

这允许在示波器显示屏上查看特定的逻辑事件。

图2.示波器显示屏查看逻辑事件

除电压信号、电流信号和逻辑信号外，可能还有用户关心的许多其它信号类型，如光源、机械源、热源、声源和其它来源发出的信号。可以使用各种变频器把这些信号转换成相应的电压信号，以在示波器上进行显示和测量。在完成这种转换时，变频器成为信号源，以选择探头，把变频器信号传送到示波器上。

图1根据要测量的信号类型以图形方式对探头进行了分类。注意，在每一类下面，都有各种探头子类，额外的信号属性及示波器要求进一步决定了这些探头子类。

信号频率成分

不管是什么类型，所有信号都有频率成分。DC信号的频率为0 Hz，纯正弦曲线拥有单一的频率，这一频率是正弦曲线周期的倒数。所有其它信号都包含多个频率，频率值取决于信号波形。例如，对称方波的基础频率(fo)是方波周期的倒数，另外还有其它谐波频率，这些谐波频率是基础频率的奇数倍(3fo,5fo,7fo,.…)。基础频率是波形的基础，谐波频率与基础频率相结合，增加了结构细节，如波形转换和拐角。

图3.谐波频率

为使探头把信号传送到示波器、同时保持足够的信号保真度，探头必须拥有足够的带宽，以最小的干扰传送信号的主要频率成分。在方波和其它周期信号中，这一般意味着探头带宽必需比信号的基础频率高3-5倍。这可以传送基础频率和前几个谐波，而不会不适当地衰减其相对幅度。另外还将传送较高的谐波，但衰减数量会提高，因为这些更高的谐波超过了探头的3-dB 带宽点。但是，由于至少在一定程度上仍存在更高的谐波，因此它们仍在一定程度上会影响波形的结构。

图4.主要频率成分超过测量系统带宽

图4在信号的主要频率成分超过测量系统带宽时(a)，它们会经历较高程度的衰减。结果，通过磨圆拐角和拉长转换，波形细节会丢失(b)。

限制带宽的主要影响是降低信号幅度。信号的基础频率越接近探头的3-dB带宽，探头输出上看到的整体信号幅度越低。在3-dB点上，幅度下降30%。此外，由于带宽滚降，扩展到探头带宽之上的信号谐波或其它频率成分会经历更高程度的衰减。在较高的频率成分上衰减程度较高，可以通过锐角变圆及快速波形转换变慢看出这一点(参见图4)。

还应该指出，探头尖端电容也限制着信号转换的上升时间。但是，这与信号源阻抗和信号源负荷有关。

信号源阻抗

讨论信号源阻抗阻抗可以提炼为下面几个要点:

1.探头的阻抗与信号源阻抗相结合，产生新的信号负荷阻抗，其在一定程度上会影响信号幅度和信号上升时间。

2.在探头阻抗明显高于信号源阻抗时，探头对信号幅度的影响可以忽略不计。

图5.示波器探头

3.探头尖端电容也称为输入电容，影响着信号的上升时间展宽。这是由于把探头的输入电容从10%提高到 90%所需的时间导致的，其公式如下:

tr =2.2 x Rsource X Cprobe

从上面几点中，可以明显看出最好选择高阻抗、低电容探头，以最大限度降低信号源的探头负荷。此外，通过在可能的地方选择低阻抗信号测试点，可以进一步降低探头负荷的影响。

物理连接考虑因素

信号测试点的位置和形状也是探头选择的主要考虑因素。其是否足够，刚好把探头接触到测试点上、在示波器上观察信号?还是必需使探头连接测试点，以监测信号，同时进行各种电路调节?对前一种情况，适合采用针式探头尖端;而对后一种情况，则要求某类可收缩的挂钩探头尖端。

测试点的规格也影响着探头选择。标准规格的探头和附件特别适合探测连接器针脚、电阻器引线和背板。但为了探测表面封装电路，我们推荐使用带有为表面封装应用专门设计的附件的小型探头。

图6.探测表面封装电路的小型探头

目标是选择最适合特定应用的探头规格、形状和附件，从而可以迅速、简便、牢固地把探头连接到测试点上，以可靠地进行测量。

审核编辑 黄宇