示波器探头的作用及工作原理 示波器探头的负载效应

示波器探头的作用及工作原理

示波器探头对测量结果的准确性以及正确性至关重要，它是连接被测电路与示波器]输入端的电子部件。最简单的探头是连接被测电路与电子示波器输入端的一根导线，复杂的探头由阻容元件和有源器件组成。简单的探头没有采取屏蔽措施很容易受到外界电磁场的干扰，而且本身等效电容较大，造成被测电路的负载增加，使被测信号失真。

示波器探头的主要作用是传递被测信号，它如同一只精准的传感器，能够捕捉到微小的电信号变化，并将其放大后显示在示波器屏幕上。探头的基本组成包括探针头部、衰减器、补偿电容等部分。当探头接触到电路中的测试点时，探针头部的电场会感应出相应的电压信号，随后通过内部的放大器进行适当的放大处理。这个过程中，为了确保信号的真实还原，探头需要对不同频率的信号进行适当的补偿，避免因高频信号的传输延迟而产生波形失真。

示波器探头的负载效应

所谓负载效应就是在被测电路上接入示波器时，有时示波器的输入电阻会对被测电路产生影响，致使被测电路的信号发生变化。若负载效应的影响很大，就不能准确地进行波形测量。若要减小负载效应，就需要将示波器一端的输入电阻增大。输入电阻越大，输入电容越小，负载效应就越小。

探头的负载效应

当探头探测到被测电路后，探头成为了被测电路的一部分。探头的负载效应包括下面3部分：

1.阻性负载效应；

阻性负载相当于在被测电路上并联了一个电阻，对被测信号有分压的作用，影响被测信号的幅度和直流偏置。有时，加上探头时，有故障的电路可能变得正常了。一般推荐探头的电阻R>10倍被测源电阻，以维持小于10%的幅度误差。

探头的阻性负载

2.容性负载效应；

容性负载相当于在被测电路上并联了一个电容，对被测信号有滤波的作用，影响被测信号的上升下降时间，影响传输延迟，影响传输互连通道的带宽。有时，加上探头时，有故障的电路变得正常了，这个电容效应起到了关键的作用。一般推荐使用电容负载尽量小的探头，以减小对被测信号边沿的影响。

探头的容性负载

3.感性负载效应。

感性负载来源于探头地线的电感效应，这地线电感会与容性负载和阻性负载形成谐振，从而使显示的信号上出现振铃。如果显示的信号上出现明显的振铃，需要检查确认是被测信号的真实特征还是由于接地线引起的振铃，检查确认的方法是使用尽量短的接地线。一般推荐使用尽量短的地线，一般地线电感=1nH/mm。

探头的感性负载

示波器探头如何补偿校准

示波器探头补偿校准的步骤通常包括以下几个方面：

1. 预热：建议在开机后预热30分钟，以确保示波器达到稳定的工作状态。
2. 连接：将探头连接到示波器的专用方波发生信号引脚上，这个引脚是专门用于探头补偿校准的。
3. 调整：使用小螺丝刀调整探头上的补偿调节电容，使得方波信号呈现正确的形状。正确的补偿校准应该得到一个平坦的顶部和垂直的上升沿与下降沿的方波信号。
4. 匹配：通过调整，确保探头与示波器之间的匹配，以保证测量系统的准确性和重现性。

此外，进行探头补偿校准的目的是确保探头能够准确地传递被测信号，避免因探头的频率特性不匹配而导致的信号失真或测量误差。这是因为探头的输入电阻和电容会影响信号的传输，特别是在高频信号的测量中更为关键。

总的来说，在进行补偿校准时，需要注意探头的类型和示波器的规格，因为不同类型的探头可能需要不同的校准方法。例如，有源探头和无源探头的补偿方式可能会有所不同。因此，在进行校准之前，最好参考探头和示波器的用户手册，以获取详细的校准指导。

示波器探头使用中的误解

误解一 100 MHz 的“信号”，使用 100 MHz 的示波器探头。

误解二 只有高带宽测量才需要有源探头。

误解三 所有示波器探头的衰减比均为 10:1。

误解四 只需建立稳定的连接即可开始测量。

误解五 接地就是接地。

误解六 使用电流探头和电压探头测量功率。

误解七 使用隔直 / 交流耦合来消除直流。

误解八 不要把示波器探头放在温箱内。

误解九 电流探测器在测量“小”电流时不起作用。

误解十 驱动示波器的同时不能使用两个探头。

误解十一 探测现代高密度目标很难。

示波器的探头要怎么选择？

选择示波器探头时，需要综合考虑多个因素以确保探头与测量需求的匹配性。以下是一些选择探头时需要考虑的关键因素：

1. 信号带宽：探头的带宽应至少与示波器的带宽相匹配，以确保整个测量系统的带宽能够满足被测信号的频率范围。
2. 探头类型：根据被测信号的特点，选择无源探头或有源探头。无源探头适合低频应用，而有源探头则适用于高频或快速上升时间的信号测量。
3. 衰减率：探头的衰减率决定了其能够处理的最大电压范围。常见的衰减率有1X、10X等，其中10X探头因其较高的输入阻抗和较低的容性负载而广泛应用于大多数场合。
4. 连接方式：探头的连接方式应根据测试点的实际情况来选择，如夹式、钩式或针式等，以适应不同的测试环境和需求。
5. 输入阻抗：探头的输入阻抗应尽可能高，以减少对电路的负载影响，特别是在测量微弱信号时更为重要。
6. 探头长度：较长的探头可能会引入更多的电感和电容，从而影响信号的传输，尤其是在高频测量中。因此，选择合适长度的探头以最小化这种影响是必要的。

示波器探头的使用注意事项

将待测信号正确接入示波器是测试工作的第一步，这里我们主要介绍探头与被测电路连接时的注意事项。

1. 探头与被测电路连接时，探头的接地端务必与被测电路的地线相联。否则在悬浮状态下，示波器与其他设备或大地间的电位差可能导致触电或损坏示波器、探头或其他设备。

2. 测量建立时间短的脉冲信号和高频信号时，请尽量将探头的接地导线与被测点的位置邻近。接地导线过长，可能会引起振铃或过冲等波形失真。

3. 为避免接地导线影响对高频信号的测试，建议使用探头的专用接地附件。

4. 为避免测量误差，请务必在测量前对探头进行检验和校准，探头衰减补偿的校准原理和方法我们在前面已经介绍过，这里不再赘述。

5. 对于高压测试，要使用专用高压探头，分清楚正负极后，确认连接无误才能通电开始测量。

6. 对于两个测试点都不处于接地电位时，要进行“浮动”测量，也称差分测量，要使用专业的差分探头。