示波器探头基础系列之一《示波器探头浅谈之无源探头》
示波器探头基础知识
示波器探头基础知识示波器探头原理---示波器探头工作原理示波器探头不仅仅是把测试信号判定以示波器输入端的一段导线，而且是测量系统的重要组成部分。
探头有很多种类型号各有其特性，以适应各种不同的专门工作的需要，其中一类称为有源探头，探头内包含有源电子元件可以提供放大能力，不含有源元件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。
这种探头通常对输入信号进行衰减。
我们将首先集中讨论通用无源探头，说明共主要技术指标以及探头对被测电路和被测信号的影响，接着简单介绍几种专用探头及其附近。
屏蔽示波器探头的一个重要任务是确保只有希望观测的信号才在示波器上出现，如果我们仅仅使用一普通导线来代替探头，那么它的作用就好象是一根天线，可以从无线电台、荧光灯，电机、50或60Hz的电源的交流声甚至当地业余无线电爱好者那里接收到很多不希望的干扰信号，这类噪声甚至还能注入到被测电路中去所以我们首先需要的是屏蔽的电缆，示波器探头的屏蔽电缆通过探头尖端的接地线和被测电路连接，从而保证了很好的屏蔽。
一．探头构造图：4. 一个探头，就算它只是简单的一条电线，它也可能是一个很复杂的电路。
a）对于DC 信号( 0 Hz 频率)，探头作为一对导线与一系列电阻，就向一个终端电阻一样。
b) AC 信号的特性变化是因为：电线具有分布电感(L)，电线具有分布电容(C)。
分布电感反作用于AC信号，在信号频率增加时，阻止AC信号通过。
分布电容反作用于AC信号，在信号频率增加时，减小 AC信号电流通过的阻抗。
这些反作用元件(L 和 C )的交互作用，与电阻元件(R)一起，成为随信号频率不同而变化的探头阻抗。
示波器选型（探头技术指标参数的意义）自从示波器问世以来，它一直是最重要，最常见的电子测试仪器之一，由于电子技术的发展，示波器的功能在不断上升完善，其它性能和价格也是五花八门主，其探头也是从单一到复杂。
一。
频宽和示波器一们，探头也具有其允许的有限带宽。
示波器探头入门
1-1 中加以说明，探头在此测量图中作为一个未定义的方框而被指明。
探头事实上无论它是什么，它必须在信号源和示波器输入之间提供足够便利的和高质量的连接(图 1-2 )。
适当的连接有3个关键性的定义问题-物理连接，对电路运行的影响，及信号的传送。
图1-1. 探头是在示波器和测试点之间进行物理和电路连接的设备。
图1-2. 大多数探头由一个探头尖，一根探头电缆线，及一个补偿盒或其它类型的信号调节网络组成。
1理想的探头在理想世界中，理想的探头将提供下列关键的属性：连接简单和便利绝对的信号保真度零信号源极负载完全的噪音抗扰性连接简易和便利。
一个连接到测试点的物理连接已经作为探测的关键要求之一被论及。
使用理想的探头，你应该能够使物理连接简单及便利。
对于小型化电路，如高密度的表面装配技术( SMT ) 电路，微型探头及多种类的为SMT设备设计的探头尖适配器，能够使连接简易及便利。
图 1-3a所示，为这样的一个探头系统。
然而，这些探头，对于具有高电压和普通标准导线的工业功率电路而言，是太小了。
对于功率应用，需要应用更大尺寸的具有更多边缘保护的探头。
图1-3b和表1-3c是此类探头的例子。
图1-3b是一根高电压探头，图1-3c是一个通用探头上的夹具。
从这几个物理连接的例子可以看出，对于所有的应用来说，没有唯一的理想的探头尺寸及外形结构，因此，我们设计了各种各样尺寸外形及结构的探头，从而满足各种各样的应用和物理连接的要求。
绝对信号保真度。
理想的探头应该忠实地将信号从探头尖传送到示波器输入端。
换句话说，探头尖处的原有信号应当被忠实地复制到示波器输入端。
a. 探测 SMT 设备。
b. 高电压探头。
c. 通用探头上的夹具。
图1-3 多种多样的探头可应用于不同的技术应用及测量需求之中。
2图 1-5 . 探头和示波器设计为在规定的带宽范围上进行测量。
超越了 3 dB 点的频率，信号振幅极度削弱，测量结果是无法预知的。
图 1-4 .探头是由分布式的阻抗、感抗、电容组成。
示波器探头基础
Application Engineer : 邓启华 QiHua.deng@
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示波器探头技术及应用
示波器 探头 DUT
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探头的类型
探头
Voltage
Passive
Logic
Current
Active
Temperature Optica
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有源探头
探头 C1 C2 CABLE R1 GROUND BUFFER AMP R2 仪器
R3
高输入阻抗缓冲放大器置于探头前端用于驱动传输线.
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Advantages
有源探头
– Low Input Capacitance – Wide Bandwidth – High Input R – Compatibility with 50 or 1 M Systems – No Compensation Necessary
探头输入阻抗
100M 10M 1M 100k 10k 1k 100 10 1 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M 1G 10G
1X Passive 100 pF/1 M Z0 0.15 pF/500 Active 0.4 pF/100 k 10X Passive 11 pF/10 M
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小信号 (< 10 mv)
不是真正的地 在地线上噪声远大于信号
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1:1有源探头 (Length of Cable)
?6 feet PROBE TIP GROUND PROBE CABLE 8 - 10 pF/ft* ?1.5 ns/ft 1 M SCOPE 20 pF
Advantages:
– 1X (No Attenuation) – Inexpensive
示波器探头基础知识
ScopeArt先生”团队成员示波器探头是示波器使用过程中不可或缺的一部分，它主要是作为承载信号传输的链路，将待测信号完整可靠的传输至示波器，以进一步进行测量分析。
很多工程师很看重示波器的选择，却容易忽略对示波器探头的甄别。
试想如果信号经过前端探头就已经失真，那再完美的示波器所测得的数据也会有误。
所以正确了解探头性能，有效规避探头使用误区对我们日常使用示波器来说至关重要！1对于DCL，寄图1探头等。
?图2 无源探头示意图无源探头一般使用通用型BNC接口与示波器相连，所以大多数厂家的无源探头可以在不同品牌的示波器上通用（某些厂家特殊接口标准的探头除外），但由于示波器一般无法自动识别其他品牌的探头类型，所以此时需要手动在示波器上设置探头衰减比，以保证示波器在测量时正确补偿探头带来的信号衰减。
图3所示为日常最为常见的一类无源探头原理示意图，它由输入阻抗Rprobe、寄生电容Cprobe、传输导线（一般1至1.5米左右）、可调补偿电容Ccomp组成。
此类无源探头一般输入阻抗为10M?，衰减比因子为10：1。
?图3Vscope衰减因子?图4 R&S RT-ZH10高压探头还有一类无源探头，其衰减比为1：1，信号未经衰减直接经过探头传输至示波器，其耐压能力不及其它无源探头，但它具备测试小信号的优势。
由于不像10：1 衰减比探头那样信号需要示波器再放大10倍显示，所以示波器内部噪声未放大，测量噪声更小，此类更适用于测试小信号或电源纹波噪声。
图5 R&S HZ-154 1:1/10:1可调衰减比无源探头无源传输线探头是另一类特殊的无源探头，其特点是输入阻抗相对较低，一般为几百欧姆，支持带图650??图需要注意的是，由于传输线探头的低阻抗，它的负载效应会比较明显。
因此，此类探头仅适用于与低输出阻抗（几十至100欧姆）的电路测试。
对于更高输出阻抗的电路，我们可以选择使用高阻有源探头的方案，将在后续详述。
示波器有源无源电压探头的区分及操作规程
示波器有源无源电压探头的区分及操作规程示波器有源无源电压探头的区分一、无源电压探头1、无源探头无源探头由导线和连接器制成，在需要补偿或衰减时，还包括电阻器和电容器。
探头中没有有源器件（晶体管或放大器），因此不需为探头供电。
无源探头一般是最坚固、性价比高的探头，它们不仅使用简便，而且使用广泛。
2、高阻无源电压探头从实际需要启程，使用较多的是电压探头，其中高阻无源电压探头占最大部分。
无源电压探头为不同电压范围供应了各种衰减系数1TImes；，10TImes；和100TImes；。
在这些无源探头中，10TImes；无源电压探头是常用的探头。
对信号幅度是1V峰峰值或更低的应用，1×探头可能要比较适合，甚至是必不可少的。
在低幅度和中等幅度信号混合（几十毫伏到几十伏）的应用中，可切换1×/10×探头要便利得多。
但是，可切换1×/10×探头在本质上是一个产品中的两个不同探头，不仅其衰减系数不同，而且其带宽、上升时间和阻抗（R和C）特点也不同。
因此，这些探头不能与示波器的输入完全匹配，不能供应标准10×探头实现的较优性能。
3、低阻无源电压探头大多数高阻无源探头的带宽范围在小于100MHz到500MHz或更高的带宽之间。
而低阻无源电压探头（又称为50欧姆探头、Zo探头、分压器探头）的频率特性很好，接受匹配同轴电缆的探头，带宽可达10GHz和100皮秒或更快的上升时间。
这种探头是为用于50欧姆环境中设计的，这些环境一般是高速设备检定、微波通信和时域反射计（TDR）。
4、无源高压探头“高压”是相对的概念。
从探头角度看，我们可以把高压定义为超过典型的通用10×无源探头可以安全处理的电压的任何电压。
高压探头要求具有良好的绝缘强度，保证使用者和示波器的安全。
二、有源电压探头1、有源探头有源探头包含或倚靠有源器件，如晶体管。
常见的情况下，有源设备是一种场效应晶体管（FET），它供应了特别低的输入电容，低电容会在更宽的频段上导致高输入阻抗。
示波器探头
示波器探头1. 简介示波器探头（也称为测量探头）是示波器电子设备中的一个重要组成部分，用于连接被测电路和示波器，将电路上的信号转换为示波器可以显示和分析的电压波形。
探头的设计与性能直接影响着示波器的测量准确性和灵敏度。
本文将介绍示波器探头的基本原理、结构和使用方法，并介绍一些常见的示波器探头类型及其特点。
2. 基本原理示波器探头的基本原理是通过在被测电路上插入一个高阻抗的输入电路，将电路上的信号采集到探头中，并通过电缆传输到示波器输入端。
探头在信号采集过程中应尽量不改变被测电路的特性，避免对被测电路造成影响。
为了满足高阻抗和低串扰的要求，示波器探头通常采用共模抑制和差模传输技术。
共模抑制可以抑制干扰信号对被测信号的影响，而差模传输可以将两个相等但反向的信号进行差分处理，提高信号的传输质量。
3. 结构和类型示波器探头的结构通常包括探头头部、探头主体和连接线。
探头头部是用于与被测电路接触的部分，需要具有良好的接触性能和适配不同电路的能力。
探头主体包含信号采集电路和阻抗转换电路，用于将被测信号转换为示波器可以接收的电压波形。
连接线负责将采集到的信号传输到示波器输入端。
根据不同的应用场景和测量需求，示波器探头可以分为以下几种常见类型：3.1 被动探头被动探头是最常用的示波器探头类型之一，也是最基本的探头类型。
它采用被动元件（如电阻、电容和电感等）作为信号采集电路，主要用于测量幅值较小的低频信号。
被动探头具有简单、易用和低成本的特点，但在高频和大幅值信号测量时，性能可能会受到限制。
3.2 主动探头主动探头是专门用于测量高频和大幅值信号的示波器探头。
它通过在探头主体中增加放大器电路，将被测信号放大后再传输到示波器输入端。
主动探头具有较高的输入阻抗和增益，可以在保持信号完整性的同时提高测量精度和灵敏度。
3.3 差分探头差分探头是用于测量差分信号的示波器探头。
它通常由两个采样通道和一个差分放大器组成，将两个信号进行差分放大后传输到示波器输入端。
示波器无源探头的原理
示波器无源探头（Passive Oscilloscope Probe）是一种不需要外部电源即可工作的示波器探头。
它的原理是基于阻抗变换和信号耦合，以适应示波器输入端的要求。
无源探头通常由探头本体、耦合电容、输入阻抗变换网络（通常是一个有源元件，如运算放大器）和终端电阻组成。
以下是示波器无源探头的基本工作原理：
1. 耦合电容：无源探头的输入端通常接有一个耦合电容，用于阻止直流分量通过探头进入示波器，这样可以保护示波器的电子元件不受直流电压的影响。
同时，耦合电容允许交流信号通过。
2. 输入阻抗变换网络：示波器的输入阻抗通常很高，以减少对被测电路的影响。
无源探头内部的输入阻抗变换网络可以将探头侧的较低阻抗转换为示波器输入所需的高阻抗。
这通常通过使用运算放大器和其他电阻元件来实现。
3. 终端电阻：无源探头的输出端接有一个终端电阻，这个电阻的值通常与示波器的输入阻抗相匹配，以确保信号在传输过程中不会因为阻抗不匹配而衰减。
4. 信号耦合：探头的本体通常由导电材料制成，可以用来耦合被测电路的信号。
由于探头本身不提供电源，它不会对被测电路产生影响，这使得无源探头非常适合用于测量敏感电路。
无源探头的优点是不需要外部电源，使用方便，且对被测电路的影响较小。
然而，无源探头的带宽通常有限，对于高速信号的测量可能不够理想。
在需要更高带宽和更精确测量的情况下，可能需要使用有源探头（Active Probe），有源探头内部包含有源电子元件，可以提供更宽的带宽和更好的性能。
有关示波器探头的使用介绍
有关示波器探头的使用介绍什么是示波器探头示波器探头是一种用于测量电子设备和电路的工具。
它可以将电路上的信号引出，放大并转化为示波器可读取的信号。
使用示波器探头可以非常方便地查看电路中的电压、电流和频率等参数，为工程师的电路设计和故障排查提供了关键性的帮助。
示波器探头的种类被动探头被动探头是最常见的示波器探头，由一个尖锐的金属探针和一条导线组成。
被动探头的工作原理是通过探针接触电路上的信号点，将信号引入示波器中。
由于被动探头没有功率放大功能，因此它不会对电路的电性能造成负面影响。
被动探头适用于大多数普通的测量工作，其带宽范围通常在100MHz以下，可以满足大多数基本电路设计和维护所需的测量需求。
高阻探头高阻探头是一种比较特殊的示波器探头，通常用于测量高电阻的电路。
它采用了高阻电路设计，可以确保在测量高电阻电路时不会对电路产生负面影响。
高阻探头的带宽范围通常在几十MHz以下，适用于需要测量高电阻电路的测量工作。
差分探头差分探头适用于测量差分信号，它由两个探针组成，能够同时测量两个信号并将其相减。
差分探头采用了特殊的设计以便保持双向电路的平衡，同时消除来自电源线和环境干扰产生的噪音。
差分探头主要用于测量信号源之间的差异，特别适用于对高精度、低噪声的测量需求。
当前探头当前探头适用于测量电路中的电流，通常由夹子和测量头两部分组成。
电流探头通过夹住电路中的线圈来测量电流。
当前探头通常用于测量高电流电路中的电流，其带宽通常在几十MHz以下，但它的测量精度非常高。
示波器探头的使用技巧示波器探头在使用过程中需要注意一些技巧，以确保测量结果的准确性：1.确保探头正确接地。
示波器的地线一定要接到被测电路的地线上才能进行准确的测量。
2.确认探头接触点。
要确保探头与被测点接触良好，避免探针和接触点之间出现接触干扰。
3.确认测量范围。
在测量之前，要确定要测量的电压范围和频率范围，选择合适的探头才能够测量出精确的结果。
4.选择合适的探头。
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示波器探头基础系列之一《示波器探头浅谈之无源探头》
作为一名专业的硬件设计及测试工程师，我们每天都在使用各种不同的数
字示波器进行相关电气信号量的量测。
与这些示波器相配的探头种类也非常多，包括无源探头(包括高压探头，传输线探头)、有源探头（包括有源单端探头、
有源差分探头等），电流探头、光探头等。
每种探头各有其优缺点，因而各有
其适用的场合。
其中，有源探头因具有带宽高，输入电容小，地环路小等优点
从而被广泛使用在高速数字量测领域，但有源探头的价位高，动态范围小，静
电敏感，校准麻烦，因此，每个工程师使用示波器的入门级探头通常是无源探头。
最常见的500Mhz 的无源电压探头适用于一般的电路测量和快速诊断，可
以满足大多数的低速数字信号、TV、电源和其它的一些典型的示波器应用。
本文我们将集中讨论无源电压探头的模型和参数设定以及使用校准原理。
一、10 倍无源探头的模型以及输入负载设定图1.探头原理图图1 是工程师常用的10 倍无源电压探头的原理图，其中，Rp (9 MΩ)和Cp 位于探头尖端内，Rp 为探头输入阻抗, Cp 为探头输入电容, R1 (1 MΩ)表示示波器的输入阻抗，C1 表示示波器的输入电容和同轴电缆等效电容以及探头补偿箱电容的组合值。
为了精确地测量，两个RC 时间常量（RpCp 和R1C1）必须相等；任何不平衡都会带来测量波形的失真,从来引起使一些参数如上升时间、幅度的测量结果不准确。
因此，在测量前需要校准示波器的探头的工作以保证测量结果的
准确性。
从探头的信号模型我们可以分析，对于信号的DC 量测，输入容性Cp 和C1 等效为开路。
信号通过Rp 和R1 进行分压，最终示波器的输入为：Vout=[R1/Rp+R1]*Vin=1/10* Vin 示波器输入信号衰减为待测输入信号的1/10。
对于较高频率的输入信号,容抗对于信号的影响会大于阻抗。
例如，一个。