示波器探头基础知识培训
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。
示波器探头的基本知识
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P&C SBG Peripherals SBU
Leabharlann 第三, 信號源的幅度(最大,最小值) 信號源的幅度考慮也非常重要, 用很大量程的探 頭來測試小信號,一是精確度 的考慮,二是大才小用, 如果信號源的幅度很大,超 過了探頭的承受能力,就會 損壞探頭. 第四 物理連接考慮因素 1.方便連接 2.安全方面考慮 3.連接線太長會引入干擾
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P&C SBG Peripherals SBU
7.CMRR(共模抑制比): 這個參數是指差分探頭的一個最重 要的指標. CMRR會隨頻率的提高而下降. CMRR=Ad(差分信號電壓增益)/Ac(共模信號電壓增益)
8. 傳播延遲: 傳播延遲是探頭器件及信號通過這些器件從 探針傳送到示波器連器所需要時間的函數.通常情況傳播延 遲是由於探頭的電纜導致的.
P&C SBG Peripherals SBU
3)該探頭的量程是 DC15A current 和 50A peak pulse current. 這個量程在我們的測試中很容易突破,所以需要非 常小心.用該探頭測試輸入電流時,一般在正常工作時其電流 是不會超過15A的,但在開機的瞬間,inrush current會遠遠 高于50A, 達到200多A,甚至超過300A. 所以在做這樣的測 試時需要先將探頭取下,待電源工作穩定以後再加入探頭.
P&C SBG Peripherals SBU
2)無源探頭的地線是同示波器的大地連接在一起的. 示 波器廠商設計該類探頭就只是用于測試以大地為參考點 的信號,不能測試電源一次側的信號.雖然我們的示波器 都是把地線剪掉了的,這就相當于示波器變成了一個浮 地的設備,變得可以測試一次側的信號,但是從準確性,安 全性方面來說都是欠妥的.在我們部門出現過用10X電 壓探棒測試二次側電壓跟100X電壓探棒測試輸入AC電 壓,結果把100X電壓探棒的接地線瞬間燒斷的事故.如果 需要同時監測一次,二次側的信號的情況,一次側請用差 分探棒. 3)探頭在使用的過程中要注意輕拿輕放,因為10X探棒的 接地線比較細,非常容易折斷.
示波器基本理论培训教程
示波器基本理论培训教程一、教学内容本教程主要介绍示波器的基本理论和使用方法。
教材章节分为两部分：第一部分是示波器的基本原理，包括示波器的结构、工作原理和功能；第二部分是示波器的使用方法，包括示波器的操作步骤、波形测量和波形分析。
二、教学目标1. 了解示波器的基本原理和功能；2. 掌握示波器的操作步骤和使用方法；3. 能够通过示波器进行波形测量和分析。
三、教学难点与重点重点：示波器的基本原理和使用方法；难点：示波器波形的测量和分析。
四、教具与学具准备教具：示波器、信号发生器、导线、探头等；学具：笔记本电脑、示波器使用手册等。
五、教学过程1. 引入：通过实际演示，让学生观察到不同信号的波形，引发学生对示波器的兴趣和好奇心。
2. 讲解：讲解示波器的基本原理和结构，包括示波器的工作原理和各种功能。
3. 演示：通过实际操作示波器，展示示波器的工作过程和波形显示。
4. 练习：让学生分组进行实践操作，使用示波器测量不同信号的波形，并分析波形的特征。
5. 讲解：讲解示波器的操作步骤和使用方法，包括示波器的开启和关闭、波形的切换和调整等。
6. 练习：让学生进行实践操作，使用示波器进行波形的测量和分析，巩固所学知识。
六、板书设计示波器基本原理培训教程1. 示波器的结构和工作原理2. 示波器的功能和应用3. 示波器的操作步骤和使用方法4. 示波器波形的测量和分析七、作业设计1. 请简述示波器的基本原理和功能。
答案：示波器是一种电子测量仪器，通过显示器显示信号的波形，用于观察和分析信号的时域特性。
示波器的基本原理是利用电子束在荧光屏上扫描，将信号的电压和时间关系转换成波形图像。
示波器的功能包括信号的显示、测量和分析，可以用于观察各种电子信号，如正弦波、方波、三角波等。
2. 请描述示波器的操作步骤和使用方法。
（1）连接示波器和信号源：将示波器的探头连接到信号源上，确保连接正确。
（2）开启示波器：打开示波器的电源开关，等待示波器启动。
示波器探头基础知识培训
TekProbeTM 探头接口
TekProbeTM 探头接口
基于BNC的探头接口形式 泰克在80年代中期发明 提供有源探头的供电 提供探头倍率的自动识别 提供探头类型的自动识别 提供工程单位的显示 理论上最好的BNC系统的带宽是4GHz
C2 = low frequency compensation. Scope input C varies.
系统的带宽
系统的上升时间 tr(10%~90%) tr(System)=√tr(scope)2+tr(probe)2
系统的带宽
BW(-3dB)
1
BW(SYSTEM)=
√(1
)2 + ( 1
f0 =
1
2 p (RC||RP)(CC+CP)
NOTE: Vcc is an AC Ground
探头对被测点的影响
例如：Rc＝10K Re＝10 Cc= 100pF
Rp＝1M Cp=20pF
原电路增益和截止频率： 增益＝ 1000 截止频率 ＝ 1/2 *p*10k *100pF=160KHz
等效阻抗
标准附件
与各种电路连接的附件
探头附件
泰克的无源探头家族
1X无源探头 － P6101B 通用无源探头－10X，1 MΩ 输入阻抗
P3010 • P6103B • P6109B • P6111B • P6112 • P6114B • P6117 高性能无源探头－ 10X读出，10 MΩ 输入阻抗
探测小尺寸电路
当今的小 尺寸/表面 贴封电路 已经非常 普及
各种探头附件应 对小尺寸电路
各种探头附件应对小尺寸电路
无源探头选型考虑的因素
2024年泰克示波器基本理论培训教程
泰克示波器基本理论培训教程一、引言泰克示波器作为电子测试测量领域的重要设备，广泛应用于电子、通信、航空航天等行业。
为了使广大用户更好地了解和使用泰克示波器，本文将对其基本理论进行详细讲解。
本教程旨在帮助读者掌握泰克示波器的基本原理、操作方法和应用技巧，从而提高测试测量技能，为我国电子科技产业的发展贡献力量。
二、泰克示波器的基本原理1.示波器的定义示波器是一种用于观察、分析和测量电压波形的电子测试仪器。
它能将电压信号转换为时间域上的波形，以便用户直观地观察和分析电路的性能。
2.示波器的工作原理泰克示波器主要由信号输入、垂直系统、水平系统、显示系统和触发系统组成。
其工作原理如下：（1）信号输入：将待测电压信号输入示波器，通常通过探头连接。
（2）垂直系统：对输入信号进行放大和处理，以便在显示屏上显示。
垂直系统包括衰减器、放大器和垂直偏转电路。
（3）水平系统：控制波形在水平方向上的展开和移动，以便观察波形的细节。
水平系统包括扫描发生器和水平偏转电路。
（4）显示系统：将处理后的信号转换为可视化的波形，通常为阴极射线管（CRT）或液晶显示器（LCD）。
（5）触发系统：确保波形在屏幕上稳定显示。
触发系统根据设定的条件，如电压阈值、边沿等，控制波形的采集和显示。
3.示波器的性能指标（1）带宽：示波器能够有效显示的频率范围。
带宽越高，示波器能显示的信号频率范围越宽。
（2）采样率：示波器每秒采集的样本点数。
采样率越高，波形显示越精细，分辨率越高。
（3）垂直分辨率：示波器在垂直方向上能够区分的最小电压差。
（4）记录长度：示波器能够存储的样本点数。
记录长度越长，波形显示的时间范围越宽。
三、泰克示波器的操作方法1.连接探头将探头连接到示波器的信号输入端口，根据待测信号的特点选择合适的探头类型和衰减系数。
2.设置垂直系统调整垂直系统，包括衰减器、放大器和垂直偏转电路，使波形在屏幕上合适地显示。
3.设置水平系统调整水平系统，包括扫描发生器和水平偏转电路，控制波形在水平方向上的展开和移动。
示波器基础培训
在考虑示波器的带宽时，探头的带宽也同样要考虑
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COMPANY RESTRICTED
带宽标准
数字技术与I/O接口技术
Logic Family TTL
Typical Signal Rise Time
2 ns
Calculated Signal Bandwidth 175 MHz
CMOS
1.5 ns
230 MHz
LVDS
400 ps
875 MHz
ECL
100 ps
3.5 GHz
Oscilloscope Bandwidth Requirement 525 - 875 MHz 690 - 1150 MHz
2625 - 4375 MHz 10.5 - 17.5 GHz
Interface I2C
Oscilloscope Bandwidth Requirement
决定了水平时间分辨率和用 于分析的最长时间
通道数量
带宽
Vertical system
Amp
采样率
ADC
同时查看波形的通 道数量
Trigger System
触发
每个通道具备一套垂直系统 和ADC
存储深度
Acquisition Processing
Memory
Postprocessing
Display
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ADC
+-
X∕
Memory
Trigger System
Post- Mask process FFT
Display
约束
相比于逻辑分析仪，数字通道数量有限 分析功能受限于仪表的后处理能力
ı 应用
用于调测状态机和与模拟信号的比较 在模拟通道上可以用复杂的数字状态来设置触发
示波器培训教材
示波器常见问题1、示波器怎样分类? 大致可分为模拟、数字和组合三类.2、什么是数字示波器？能将电信号经过数字化及其他后置处理以后再重建波形的仪器。
3、什么是数字萤光示波器？能将电信号数字化、并且以三维数据（信号的幅度、时间、以及幅度相对于时间的分布)存储、分析、实时地显示波形的仪器。
4、什么是混合信号示波器？把数字示波器对信号细节的分析能力和逻辑分析仪多通道定时测量能力组合在一起的仪器。
5、示波器的带宽有何含义？测量交流电信号时，示波器通常有其最大频率，超过这个频率波形测量精度就会下降，这一频率就是示波器的带宽。
通常定义示波器灵敏度下降3dB时的频率为示波器的带宽。
6、数字示波器的采样率有何含义？数字示波器在对信号波形进行数字化时,单位时间内采集数据的次数就是采样率.7、什么是实时采样？什么是等效时间采样? 通常采样是按照固定顺序进行，并且采样顺序与示波器屏幕上显示顺序相同，这就是实时采样。
实时采样技术的好处是可以捕获单次信号。
等效时间采样又称重复采样，在满足以下两个条件时：1、波形必需重复；2、必需能稳定触发，示波器可以从多个波形周期获得波形不同点的采样，然后在屏幕上完整恢复波形。
它包含顺序采样和随机重复采样两种技术。
其好处是可以使用很慢的模数转换器。
8、什么是波形捕获率?什么是显示更新率? 数字示波器在后续处理信号时会占用CPU时间,这段时间示波器无法捕捉信号，称为死区，由于死取时间的存在，数字示波器还不能百分之百的捕获所有信号。
通过并行技术、数字荧光技术等手段可以有效减少死区时间。
波形捕获率就是单位时间内示波器捕获并显示的波形次数.由于数字示波器以512个点显示一屏，波形捕获率乘以512就是显示更新率。
9、数字示波器的存储深度有何含义? 存储深度又叫记录长度或采集长度，是示波器可以存储的采样点数。
10、什么是触发? 为了在示波器屏幕上稳定显示波形，需要设定一个条件以使示波器开始扫描,这个条件就是触发。
2024年度示波器探头基础入门指南(上)
05
示波器探头使用注意事项
2024/3/24
21
正确连接示波器与探头
确保示波器与探头之间的接口匹配，避免使用不合适的 转接器或适配器。
将探头的接地夹连接到被测电路的接地端，确保测量的 准确性和安全性。
在连接探头前，确保示波器和探头均已关闭电源，以防 止电气冲击。
拧紧探头与示波器之间的连接螺丝，确保接触良好，避 免信号失真或噪声干扰。
2024/3/24
1. 提取电路中的信号
3. 提供适当的阻抗匹配，以减小 信号失真和反射
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种类与特点
种类
1. 无源探头
2. 有源探头
2024/3/24
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种类与特点
3. 差分探头
4. 电流探头
特点
2024/3/24
6
种类与特点
01
02
03
04
无源探头
简单、低成本，但带宽和负载 效应有限。
有源探头
带宽限制
探头的带宽是指其能够准确传输信号的最高频率。在选择探头时，需要根据被测信号的频 率范围选择合适的带宽，以确保信号的准确传输。
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探头对地电容影响
对地电容的定义
探头对地电容是指探头与地之间的等效电容。这个电容会对被测电路产生影响，尤其是在高频信号测量中。
2024/3/24
对地电容的影响
对地电容会与被测电路中的其他元件形成谐振回路，导致信号失真或产生振荡。此外，对地电容还会引入额外的噪声 和干扰，影响测量结果的准确性。
频率响应
频率响应描述了探头在不同频率下的 幅度和相位特性。理想的探头应具有 平坦的频率响应，即在不同频率下具 有相同的幅度和相位特性。
2024/3/24
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示波器是50 还是1M 输入阻抗
无源探头选型考虑的因素
应用
电路设计 维修 生产
测量的信号
探头对电路的负载效应 信号上升时间 信号峰值 信号幅度
无源探头选型考虑的因素
物理连接
探头尺寸 探头尖尺寸 环境因素
典型的探头
Type
1X Passive Probe
1X Passive
10X Passive
3.5 Equivalent Gates
Z0 Passive Active
.25 Equivalent Gates .5 Equivalent Gates
其他问题
补偿 系统的带宽 幅度的精度与频率的关系 接地 结构
探头补偿
探头补偿
C1 8 pF to 12 pF R1 9 M
测量环境
“设计人员分成两类，一类是已经遇到信号完整性问 题，另一类则是将遇到信号完整性问题。”
- 写在 Sun Microsystems的白板上
关于信号保真度的探头问题
探头的带宽/上升时间 探头的动态范围 探头的负载效应 探头的接地效应 探头的共振效应
探测挑战
高速信号 差分时钟和数据 精细间距部件 电感效应 接地效应 探头负荷
探头如何影响测量
脉冲阶跃响应 频率响应曲线
各种应用环境
通用电子与通讯研究
•高速 •低信噪比 •精确/信号重现 •低负载 •先进的触发能力
基础研究
•复杂信号 • 不确定事件 •低信噪比 •分析 •先进的触发 •数据资料
电力电子研究
•安全 •高电压/电流 •瞬时功率 •间隙事件
–毛刺,尖峰脉冲
Z0 0.15 pF/500
Active 0.4 pF/100 k
1X Passive 100 pF/1 M
100 1k
10k
100k 1M
10M 100M 1G
frequency
10G
等效负载
CMOS Drive 25 pF Load 3.0 pF per
gate
30 Equivalent Gates
•谐波测量,分析 • 慢信号
–长周期
•报告生成
先进的数字和模拟设计
•高速 •不常见的异常事件 •密集的时序容限 •精确/信号重现 •低负载 •先进的触发
–毛刺,幅度异常,亚稳态
集成测量环境 - 探头是仪器
Amps Watts Volts
A
uV
KV
FET
10X
O/E
直接读出 小信号差分测量 高压差分测量 高阻，低负载 高性能无源探头 光电转换器 电流数值
(skin-effect).
低阻匹配探头
• 优点
- 低输入电容C - 带宽高 - 加端接后与 50 和 1 M 兼容 - 无须补偿
- 缺点
- 输入电阻低 R - 必须端接 50
- 典型的低阻匹配探头
- P6150
10:1 高阻无源探头
C1 8 pF to 12 pF R1 9 M
GROUND
有源探头
C1
探头
C2
R1 GROUND
R2 BUFFER AMP
CABLE R3
仪器
高输入阻抗缓冲放大器置于探头前端用于驱动传输 线
有源探头
优点 低输入电容 高带宽 高输入电阻 R 适合 50 或1 M 无须补偿
缺点 造价较高 动态范围比较小 较易损 需要供电
探头技术的进化
- 非常高的反射
- 非常高的输入电容
* 典型的导线探头：高校实验室 的鳄鱼夹
- 低的带宽
20 pF
低阻匹配探头
450
CABLE
0.5 pF
50
GROUND
SCOPE
由于电缆被它的特性阻抗终端, 输入端可看成50 , no L or C.
不需要补偿 0.5 pF 电容是一个加速电容用于补偿电缆的集肤效应
• 直接读出 • 安培和瓦
• 低噪声
• 安全的浮地测量 • 最小电路 • 影响
• 匹配示波器
• 直接读 出光功 率mW
探头的类型
电压
逻辑
电流 温度 光电
无源
有源
无源 有源
无源 有源
低阻 高阻 差分
差分
AC DC
无源电压探头
电压探头
理想的电压探头
cable
Rin = Cin = 0
理想的探头将不影响信号的测量
等效阻抗
标准附件
与各种电路连接的附件
探头附件
泰克的无源探头家族
1X无源探头 － P6101B 通用无源探头－10X，1 MΩ 输入阻抗
P3010 • P6103B • P6109B • P6111B • P6112 • P6114B • P6117 高性能无源探头－ 10X读出，10 MΩ 输入阻抗
CABLE
SCOPE
R2 500
C3 20 pF
C2 7-50 pF
R3 1 M
电缆衰减引起的反射. R2C2 + SCOPE 对电缆来说不是理想的终端.
C2 = 低频补偿----示波器的输入电容的变化.
(Impedance probes, C2 is adjustable. In others, C1 is adjustable.)
120 ps - 0.15 pF - 500 40 ps 1 pF
Active Probe 750 MHZ - 4.6 ns - 0.4 pF - 100 k -
6 GHZ
100 ps 2 pF
10 M
探头输入阻抗
100M
10M 1M 100k 10k 1k 100 10
1
10X Passive 11 pF/10 M
应用测试
如何测量12V直流电源纹波（杂讯，Ripple）？ TDS1012如果使用别的厂牌的100MHz探头，带宽是多少
？
有源探头
高速电路设 计调试
技术挑战
480Mb/s USB2.0 2.5Gb/s STM16/OC-48 800MHz RDRAM 1/2.5/3.125 GbE FC 1/2.0Gb/s 266MHz DDR 400MHz FSB 800MHz HyperTransport 1.6Gb/s Firewire 1394b 2.5Gb/s Infiniband 2.5Gb/s 3GIO/Arapahoe
f0 =
1
2 p (RC||RP)(CC+CP)
NOTE: Vcc is an AC Ground
探头对被测点的影响
例如：Rc＝10K Re＝10 Cc= 100pF
Rp＝1M Cp=20pF
原电路增益和截止频率： 增益＝ 1000 截止频率 ＝ 1/2 *p*10k *100pF=160KHz
您遗漏了什么？
实际波形
Vinl
Vinh
Slides displayed by permission of Mentor Graphics
信号保真度… :
信号完整性: “ 我的电路是按照仿真的结果运行吗 ?” 信号保真度: “ 我是否可以相信测量系统是否真是准确地再现了我
的信号?”
探头负载效应会带来很大影响
)2
BW(scope)
BW(scope)
泰克示波器大多是从探头尖计算带宽
原配探头可以保证示波器系统带宽达到标称值
接地线效应
Vsource
RIN
10 M
CIN
GROUND LEAD L
(approx. 11 pF)
在实际的测量中,测量性能常常由探头的接地线来定,而不 是探头和仪器的带宽或输入阻抗.
GROUND
CABLE
SCOPE
R2 500
C3 20 pF
C2 7-50 pF
R3 1 M
典型的10X高阻探头模型
探头补偿效果
探头补偿
补偿
1 ms/div 1 ms/div 50 kHz
过补偿 1 ms/div 1 ms/div 50 kHz
欠补偿 1 ms/div 1 ms/div 50 kHz
典型的10X高阻探头模型
C1 8 pF to 12 pF R1 9 M
GROUND
CABLE
SCOPE
C3
R2
500 20 pF
C2
7-50 pF
R3 1 M
Resistive center conductor cable dampens reflections. R2C2 + SCOPE are not ideal termination for cable.
接入探头后的增益和截止频率： 增益 ＝ 991 截止频率＝ 1/2 *p*9.91k *120pF=134KHz
1:1无源探头 (导线)
6 feet
探头端
地线
探头电缆 8 - 10 pF/ft*
1 M
优点:
1X (无衰减) 价格便宜
1.5
非端接
输入阻抗很低
接地线效应
使用10X无源探头，输入电容10pF，6“接地线
振铃幅度＝50％ 误差
1 典型的振铃频率＝
2π√ LC
=50~70Mhz OR 上升时间=7~5ns
接地线效应
Coaxial Cable
BNC Probe Adapter
1“Ground Adapter
3“Low Z Ground Lead
消除测量噪声的技巧
噪声的来源：空间干扰噪声 探头尖与地线短接时还存在的噪声