示波器探头的基本知识
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。
示波器及探头使用
示波器及探头使用公司目前使用的示波器以数字示波器为主，分为两类，一类是福禄克（FLUKE）数字示波器，另一类是泰克（Tektronix ）,另外还有一台建伍（KENWO0D）模拟示波器。
示波器在生产和研发中都是非常重要的一种仪器，而且也是非常昂贵的一种仪器，所以正确使用示波器不仅能提高工作效率，也能减小对示波器的不合理损耗。
一、示波器基础知识♦什么叫示波器？示波器本质上是一种图形显示设备，它描绘电信号的图形曲线。
在大多数应用中，呈现的图形能够表明信号随时间的变化过程：垂直（Y）轴表示电压，水平（X）轴表示时间。
有时称亮度为Z轴。
这一简单的图形能够说明信号的许多特性，例如：信号的时间和电压值振荡信号的频率信号所代表电路的“变化部分” 信号的特定部分相对于其他部分的发生频率是否存在故障部件使信号产生失真信号的直流值（DC）和交流值（AC）信号的噪声值和噪声是否随时间变化。
♦波形测量频率和周期不断重复的信号具有频率特性。
频率的单位是赫兹（Hz）,表示一秒时间内信号重复的次数。
成为周期每秒。
重复信号也具有周期特性，即信号完成一个循环所需要的时间量。
周期和频率互为倒数关系，即1/ 周期等于频率，同理1/ 频率等于周期。
电压电压是电路两点间的电势能或信号强度。
有时把地线或零电压作为参考点。
如果测量的是波形从最高峰值到最低峰值的电压值，则称为电压的峰值- 峰值。
幅度幅度是指电路两点间电压量。
幅度通常指被测信号以地或零电压为参考时的最大电压。
其他有些示波器还提供了测量相位、占空比、延时、上升时间等的功能。
♦示波器的分类模拟示波器本质上，模拟示波器工作方式是直接测量信号电压，并通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。
示波器屏幕通常是阴极射线管（CRT。
电子束投到荧幕的某处，屏幕后面总会有明亮的荧光物质。
当电子束水平扫过显示器时，信号的电压是电子束发生上下偏转，跟踪波形直接反映到屏幕上。
在屏幕同一位置电子束投射频度越大，显示得也越亮。
示波器高压探头原理
示波器高压探头原理
示波器高压探头是一种常见的电子测量仪器，用于测量高压电路中的电压信号。
它的工作原理主要包括信号采集部分、信号传输部分和信号处理部分。
示波器高压探头的信号采集部分通常由电容、限流电阻和电阻组成。
其中，电容作为信号的采集元件，能够将高压信号转化为电流信号；限流电阻能够限制电流的流动，保护示波器高压探头不被过大的电流损坏；电阻用于与信号接地，形成信号回路。
信号采集部分与示波器主机相连，通过信号传输部分将采集到的信号传输给示波器主机进行处理。
信号传输部分主要由特殊材料制成的电缆组成，该电缆能够承受高压电场的作用，同时能够将采集到的信号准确地传输到示波器主机。
在传输过程中，需要注意信号传输的阻抗匹配，确保信号的准确传输。
信号处理部分是示波器高压探头的核心部分，它有助于处理采集到的信号，使其能够在示波器屏幕上显示出来。
信号处理部分主要包括信号放大、滤波和保护等功能。
示波器高压探头将采集到的小电流信号转化为示波器能够处理的较大电压信号，以便在示波器屏幕上显示出来。
同时，示波器高压探头还能够对信号进行滤波，去除掉一些噪声，使得信号更加清晰。
另外，为了保护示波器高压探头和示波器主机，通常会在信号处理部分添加过压保护电路。
通过上述工作原理，示波器高压探头能够准确地采集高压电路中的电压信号，并
将其传输给示波器主机进行处理和显示。
示波器高压探头广泛应用于电力系统、电子设备、通讯系统等领域，为工程师和技术人员提供了便捷和可靠的电压测量手段。
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。
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
示波器探头知识
示波器被誉为“电子工程师的眼睛”，作为示波器不可缺少的组成部分，示波器探头的参数直接影响到测试结果的准确性及正确性，因此，能否正确选取合适的示波器探头直接关系到测试工作的成败，作为一名电子工程师，我们必须知道各种示波器探头的特点、原理及适用场合。
示波器探头的种类有很多，大体上可以分为电压、电流、逻辑等几大类，如下图所示：♦电压探头理想中的电压探头没有负载效应，不会对测量造成任何影响，同时对信号没有任何失真。
理想探头具备如下特征：1).输入电阻无限大；2).输入电容为0；3).带宽无限大；4).动态范围无线大；5).1:1衰减；6).无延迟；7).无相位偏移；8).机械结构适合测量应用。
在实际中，这种理想探头是不存在的。
为了说明探头对测量的影响，我们可以把探头模型简单等效为一个R、L、C电路，把这个模型与被测电路放在一起，如下图所示：如上图所示，Rprobe是探头的输入电阻，为了尽可能减少探头对被测电路的影响，要求探头本身的输入电阻Rprobe越大越好，但是Rprobe是不可能做到无穷大的，所以就会和被测电路产生分压，使得实测电压比实际电压小。
为了避免探头电阻负载造成的影响，一般要求Rprobe要大于Rsource和Rload的10倍以上。
大部分探头的输入阻抗在几十K欧姆到几十兆欧姆之间。
Cprobe是探头本身的输入电容。
这个电容不是刻意做进去的，而是探头的寄生电容。
这个寄生电容也是影响探头带宽的最重要因素，因为这个电容会衰减高频成分，把信号的上升沿变缓。
通常高带宽的探头寄生电容都比较小。
理想情况下Cprobe 应该为0，但是实际做不到。
一般无源探头的输入电容在10pf 至几百pf 间，带宽高些的有源探头输入电容一般在0.2pf 至几pf 间。
Lprobe是探头导线的寄生电感，通常1mm 探头的地线会有大约1nH 的电感，信号和地线越长，电感值越大。
探头的寄生电感和寄生电容组成了谐振回路，当电感值太大时，在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振，造成信号的失真。
探头知多少？
探头知多少？探头知多少？探头是工程师日常必备工具，它被用来衔接和探测被测器件，对于测试、测量至关重要。
而面向不同应用需求，不同品牌探头，在挑选探头与用法探头办法上往往存在着无数问题，那么工程师们关于探头的诸多问号该如何解决呢？一、什么是探头？探头是把信号源衔接到示波器输入上的某类设备或网络。
不管探头事实上是什么，它必需在信号源和示波器输入之间提供足够便利优质的衔接。
探头是示波器与被测物的桥梁，没有这座桥梁，示波器就无法读取被测物的信息。
二、为什么有这么多探头?可供挑选的示波器型号和功能十分广泛，只是市场上浮现大量探头的基本缘由之一。
不同的示波器要求不同的探头。
400 MHz示波器要求支持400 MHz带宽的探头。
但是，许多功能和成本相同的探头会争夺100 MHz示波器，因此，必需设计一套不同的探头，来支持100 MHz的带宽。
普通来说，应尽可能挑选与示波器的带宽相匹配的探头。
三、到底怎么选探头？因为广泛的示波器测量应用和需求，市场上可供挑选的示波器探头无数，因此探头挑选过程很简单引起混淆。
为削减大量的混淆及缩小挑选过程，应向来遵守示波器创造商的探头建议，这一点十分重要，由于不同的示波器是为不同的带宽、升高时光、敏捷度和输入阻抗考虑因素而设计的。
全面利用示波器的测量功能要求探头要与示波器的设计考虑因素相匹配。
四、探头对测量有何影响?为获得信号的示波器显示，必需把信号的某个部分转换成示波器的输入，其中测试点(TP) 后面的电路用法信号源Es和相关电路阻抗Zs1和Zs2表示，这是Es上的正常负荷。
在示波器衔接到测试点上时，探头阻抗Zp和示波器输入阻抗Zi成为信号源上负荷的一部分。
按照阻抗的相对值，在测试点中增强探头和示波器导致各种负荷效应。
五、探头指标有哪些？畸变（通用指标）、精度（通用指标）、安培秒乘积（探头）、衰减系数（通用指标）、带宽（通用指标）、（通用指标）、CMRR（差分探头）、衰退时光常数（电流探头）、直流（电流探头）、频率电流额定值下降（电流探头）、升高时光（通用指标）、第1页共2页。
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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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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.
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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.
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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.
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四 探頭使用注意事項 探頭是比較精密的儀器配件, 在電性上和物理上很多方 面都很脆弱,容易損壞,所以大家在使用的過程中需要非常 小心,請注意以下事項. 1. 10X電壓探頭, 1)確記其最大量程只有300V, 所以在測試主MOSFET 等高壓器件是請不要選用該類探頭.
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第二, 信號源的阻抗
探頭具有輸入阻抗,當它與實際電路連接時, 都是並 聯到測試電路中去,這樣就會改變原電路的性質.通常情況 下, 探頭的輸入阻抗都遠遠高于待測電路,所以我們不考慮 其影響,但是在電源中的某些敏感電路中,當探頭加上去時, 會發現電源不能正常工作.因為已經改變原電路的阻抗或 者引入的輸入電容改變原電路的上升時間. 從上面的例子 中我們可以看到,最好選用高阻抗,低電容的探頭,以最大限 度信號源的探頭負荷.
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4. Tek TCP202 電流探頭 該類探頭的損壞率是相當高的,為什麼呢?因為它對物 理撞擊和超規格使用都非常敏感.使用過程中請注意以下 事項: 1)探頭頭部的感應磁環不能經受撞擊;穿線孔較小,故 只能套入較小的線材.如果線材較大還要強行套入, 也會引 起探頭損壞. 2)探頭與示波器的連接頭非常精密,內部包含轉換電 路,也不能經受撞擊.
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2. 100X 電壓探頭 現在我們部門的100X電壓探頭常用于測試一次的主 MOSFET等高壓元件,在這個測試過程中需要非常小心. 一定要先檢查示波器的接地線已經剪掉, 再者就是要注 意不可同時用無源探頭測試一次,二次側的信號. 同10X 電壓探棒一樣, 100X電壓探棒的接地線也很容易折斷. 3. 50X/500X高壓差分探頭 差分探頭的使用注意事項相對少一些,但是輕拿輕 放是一定要做到的. 猛烈撞擊和摔打等都很容易造成損 壞. 差分探頭系統通常包含敏感的器件,過壓可能損壞這 些器件,包括靜電放電.所以差分探頭還要注意ESD防護 喔.差分探頭的操作溫度範圍是0~40 degree C, 在50 degree C的高溫環境中不能使用.
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3. 精度: 電壓探頭,精度是指探頭對DC信號的衰減.探 頭精度的計 算和測量一般包括示波器的輸入電 阻. 電流探頭,精度是指電流到電壓轉換的精度. 4. 帶寬: 探頭的帶寬是指探頭響應導致輸出幅度幅度下 降到70.7%(-3dB)的頻率. 所以,用一個帶寬100MHz的 探頭去測試一個頻率為100MHz幅度為1V的信號, 測試 值就只有0.707V,這樣的測試結果是不可以接受的. 對 示波器的測量,真正擔心的是問題是示波器和探頭的綜 合總帶寬. 如果用兩個帶寬都為100MHz的探頭和示波 器綜合使用, 實際上測量系統的帶寬性能要低於 100MHz.
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第一, 信號的頻率成分. 純正的正弦曲線擁有單一的頻 率,例如1KHz的純正 正弦波就只有1KHz的頻率成分. 但 是如果是1KHz的方波呢? 其頻率成分就比較複雜, 它還 包含很多次的諧波成分,3次,5次,7次…….如果不考慮 這些諧波成分的話,波型就會失真. 所以我們在在選用 探頭時就需要考慮信號的頻率成分帶寬跟探頭帶寬之間 的關係,一般遵行5倍原則,就是探頭的帶寬要比信號基 礎頻率高3~5倍, 才能保證測試的精確性. 另外信號的 上升時間也需要考慮,基本頻率只有100KHz,上升時間為 10nS的方波, 其諧波成分遠比純正的1MHz的正弦波高的 多. 我們現在做的硬開關的switch power supply其內 部波型絕大多數為方波.
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9. 溫度範圍: 電流探頭對環境溫度非常敏感,溫度升 高,其量程和帶寬都會跟著下降,而且精度也隨之下降. 電壓探頭的測量精度也會隨著溫度變化而變化. 10.上升時間: 探頭的上升時間跟示波器的上升時間 一樣重要,這兩個時間一起決定了測試系統的上升時 間. 我們在做量測時,希望量測系統的上升時比待測時 間快3~5倍.
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6.電流探頭( Tek Tcp305) 帶寬: 50MHz 最快上升時間: <7nS 典型延遲時間: 19nS 最小分辨率: 5mA/div 額定最大電流測量範圍: 50A DC 50A Peak Pulse Current 操作溫度範圍:0 to 50 degree C 需要配合TCP A300使用 7.電流探頭( Tek Tcp303) 帶寬: 20MHz 最快上升時間: <7nS 典型延遲時間: 53nS 最小分辨率: 5mA/div 額定最大電流測量範圍: 150A DC 500A Peak Pulse Current 操作溫度範圍:0 to 50 degree C Page 6 of 10 需要配合TCP A300使用 P&C SBG
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2. 10X電壓探頭( Tek P6139) 帶寬: 500MHz 輸入電容: 8pF 輸入電阻: 10MΩ 額定最大輸入電壓: 300V 工作溫度範圍: -15 to 55 degree C 3. 100X電壓探頭(Tek P5100) 帶寬: 250MHz 輸入電容: 2.75pF 輸入電阻: 10MΩ 額定最大輸入電壓: 2500V 工作溫度範圍: -15 to 55 degree C
4)該探頭的使用溫度範圍是0~50degree C.不能在高于 50度的環境中使用. 在其它部門曾發生電流探頭在chamber 中被烤壞的事故. 5. TCP 305 和TCP 303電流探頭
這兩種探頭的量程都比較大,不過還是需要注意TCP 305的量程.其它注意事項跟TCP 202 差不多.
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5. 電容: 探頭電容指標是指探針上的電容.這個電容對測 量脈衝有很大的影響. 因為它跟探頭的輸入電阻一起決 定了探頭的上昇時間. 還有示波器的輸入端也是有電容 的,所以探頭的電容與示波器的電容一定要匹配,過補償 欠補償都會造成測量的誤差. 10X和100X的探頭上的調 節旋鈕就調節探頭的電容. 6. 額定最大電壓: 每個探頭都有其額定最大電壓值,在使 用過程中應避免接近甚至超過這個值, 因為容易造成探 頭的損壞.
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三 怎樣選用探頭
1. 了解所要測試的信號源,是選擇探頭的開始. 信號類型: 電壓信號, 電流信號, 邏輯信號, 其它信號 就目前我們做電源而言, 基本上測試的都是電壓信號和 電流信號,因為數字電 路基本都是集成在控制IC內部, 在外部表現出來的也只 是基本的高低電平,所 我們現在也基本用不上數字識別探頭. 信號的特點: 選用某一個探頭去測試一個信號, 對信號 特點的了解非常重要. 我們需要了解那些特點呢?
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二. 目前部門的探頭介紹
1. 10X電壓探頭( Tek P5050) 帶寬: 500MHz 10MΩ 輸入電容: 11.1pF 輸入電阻:
最快上升時間:0.8nS 典型延遲時間: 5.5nS 額定最大輸入電壓: 300V 工作溫度範圍: -15 to 55 degree C
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