示波器探头基础系列之差分探头
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。
探头讲解第一篇：高压差分探头
探头讲解第一篇：高压差分探头
发出的噪声。
随着频率的提高，单端测量的CMMR（共模抑制比）的性能
会迅速下降。
如果保留共模干扰的话，这会导致信号的噪声比实际的噪声还要大的多。
2) 示波器浮地测量
目前常见的错误浮地测量方法就是示波器浮地测量方法，是通过切断标准三
头AC 插座地线的方法或使用一个交流隔离变压器，切断中线与地线的连接。
将示波器从保护地线浮动起来，如图4，以减小地环路的影响。
这种方法其实
并不可行，因为在建筑物的布线中中线也许在某处已经与地线相连，是不安全的测量方法；此外，它违反了工业健康和安全规定，且获得的测量结果也差。
而且示波器在地浮动时会出现一个大的寄生电容，浮动测量将受到振荡的破坏，测量的波形失真严重，后续会有实例演示。
总而言之，示波器浮地测量容易损坏被测器件；损坏示波器；给人身带来潜在危害；测量误差大。
3）差分测量
浮地测量的最佳解决办法就是使用高共模抑制比的差分探头，因为两个输入
端都不存在接地的问题，两路输入信号的差分运算在探头前端放大器完成，传输到示波器通道的信号是已差分后的电压，示波器无需去掉三线插头的接地端即可实现安全的浮地测量，如图5。
4.差分探头
常见的差分探头中有一类是针对低压信号的，在高速的数字电路中这种差分
信号比较常见，这一类差分探头的测量电压常见的幅值是±8V，带宽一
般在1GHz 以上；另一类是专门针对高压测量的，测量电压高达上KV，在开
关电源测量中这种差分信号比较常见，这类差分探头叫高压差分探头，测量电。
差分探头
畸变：畸变是输入信号预计响应或理想响应的任何幅度偏差。在实践中，在快速波形转换
之间通常会立即发生畸变，其表现为所谓的“减幅振荡”。差分探头的两个差分输入线非常长，常见的有 30cm左右，如果差分探头这个指标设计不好，那么测量
分类
常见的差分探头有两类：有一类是针对低压信号的，在高速的数字电路中这种差分信号比较常见，这一类差 分探头的测量电压常见的幅值是±8V，带宽一般在1GHz以上；另一类是专门针对高压测量的，测量电压高达上KV， 在开关电源测量中这种差分信号比较常见，这类差分探头叫高压差分探头，测量电压一般在KV级别，带宽在 20MHz—100MHz范围内比较常见。
差分探头差分信号放大原理图
3大重要指标
带宽
CMRR
畸变
带宽 (通用)：所有探头都有带宽。探头的带宽是指探头响应导致输出幅度下降到70.7% 。在选择示波器和 示波器探头时，要认识到带宽在许多方面影响着测量精度。在幅度测量中，随着正弦波频率接近带宽极限，正弦 波的幅度会变得日益衰减。在带宽极限上，正弦波的幅度会作为实际幅度的70.7% 进行测量。因此，为实现最大 的幅度测量精度，必需选择带宽比计划测量的最高频率波形高几倍的示波器和探头。这同样适用于测量波形上升 时间和下降时间。波形转换沿(如脉冲和方形波边沿)是由高频成分组成的。带宽极限使这些高频成 分发生衰减， 导致显示的转换慢于实际转换速度。为精确地测量上升时间和下降时间，使用的测量系统必需使用拥有充足的带 宽，可以保持构成波形上升时间和下降时间的高频率成份。最常见的情况下，使用测量系统的上升时间时，系统 的上升时间一般应该比要测量的上升时间快2倍以上。
操作方法
差分探头PINTECH为例 其可分为两部分。差分探头外观如下： 操作方法差分探头外观A.输出端： BNC输出端子和辅助接地端子用于连接示波器。 B.输入端：差分探头输入端用于连接探头测试夹。 C.测试夹：测试夹用于安全的连接到电路中的测试点
示波器探头的类型
示波器探头的类型示波器探头是电子工程师在实际工作中最常用的工具之一。
探头的作用是将电路中的信号转换成示波器可接受的信号，这样工程师可以观察电路中的信号波形，分析电路的性能，并进一步优化电路设计。
本文将介绍示波器探头的类型，以便读者在选择和使用探头时能够更加得心应手。
被动探头被动探头是最常见的一种示波器探头，它主要由一个测量针和一个保护壳组成。
被动探头的测量针可以插入电路中，对信号进行测量，并将测量结果发送给示波器。
这种探头的主要特点是信号转换过程中不需要外部电源或电池，所以可以减少电路中的干扰。
被动探头还有一些不同的类型，包括：直接接地探头直接接地探头的测量针接地，这个接地位置是基准位置或者是地线。
示波器会将这个位置作为参照，进一步测量其他信号的变化。
这种探头常用于测试简单电路，如直流电源或低频信号。
非直接接地探头非直接接地探头的测量针与地无关，它仅测量电路中的信号并将其传递给示波器。
这种探头适用于测量高压或高频信号。
高压探头高压探头可以测量高电压信号，一般用于测试高压直流电源或HVAC电路。
这种探头的特点是绝缘性好，防止电击。
主动探头主动探头需要一定的电源或电池驱动。
这种探头的主要优点是可以缓存测量数据，提高示波器测量的分辨率，进而更好地分析信号波形。
下面介绍两种常用的主动探头。
高阻探头高阻探头的内部电路由保护电路、缓存器和前置放大器组成。
由于内部电路的特殊设计，高阻探头阻值很大，接在电路中不会对电路造成“负担”，可以减少电路本身的误差。
差分探头差分探头有两个测量针，它可以同时测量两个信号，并计算这两个信号的差值。
差分探头的主要应用是测量噪音或干扰信号。
由于计算的是信号差，这种探头可以减少瞬时噪音，提高测量精度。
总结本文介绍了示波器探头的常见类型。
被动探头通常适用于简单电路或低频信号，而主动探头则可以提供更好的测量精度和分辨率。
在使用探头时，应根据电路的类型和要求选择合适的探头，以充分利用示波器的功能，优化电路性能。
示波器的应用,心得
示波器的应用,心得示波器使用总结一、关于示波器探头普通电压探头：最大输入电压300Ｖ（根据品牌型号不同会有区别），注意普通电压探头只能用于测量相对于地的电压信号；电流探头：不同电流探头会有不同量程，根据信号大小选择适合的电流探头，使用前需调零；差分探头：根据不同品牌型号量程会有不同，可以测量任何电压信号，但是对于信号幅度较小的对地电压信号，最好使用普通电压探头，差分探头对于小信号可能会引起大的误差，使用前需调零。
二、分析自己将要触发的波形在将信号接入示波器之前，请分析即将测量的信号大致是什么样的，如信号幅度、峰峰值、最大值、最小值、频率、时间、电压信号还是电流信号等，这些将决定我们使用什么样的什么样的示波器探头，在接下来如何设置示波器触发条件，及测量项目。
三、设置示波器，触发波形首先根据之前分析的信号特征预设一个触发电平，触发信号与触发电平比较，当触发信号穿越触发电平后，电压比较器立即产生一个快沿触发脉冲，去驱动下一级硬件，这样即可进行边沿触发。
触发信号的可以是信号自身，也可以是一个同步的触发信号（或外触发信号）。
可以把任何一个示波器通道或外触发输入通道切换到触发器。
以Tｅｋｔｒｏｎｉｘ示波器４０5４为例，见图：示波器触发电平设置为ｌｅｖｅｌ旋钮，左右旋转旋钮，调节示波器触发电平大小，在示波器显示屏右侧上会显示触发电平位置，在显示屏下方显示示波器当前触发电平的大小；触发条件设置为ｍｅｎｕ按钮，在ｍｅｎｕ中可以设置选择ｎｏｒｍａｌ触发或ａｕｔｏ触发，在面板中可以设置为single触发。
ｎｏｒｍａｌ触发是指在满足所设置的触发条件时才会触发；ａｕｔｏ触发是指不触发或任何触发条件下都触发；Single触发是指在满足触发条件的情况下仅触发一次。
以下是示波器常用触发：１、触发释抑（Hold Off）示波器的触发释抑Hold Off对于稳定显示Burst类型的波形是非常重要的。
如果没有Hold Off，示波器第一次触发在Burst波形的第一个脉冲，第二次有可能触发在Burst波形的第三个脉冲，这样屏幕看到的就不是稳定的Burst波形串，而左右晃动的波形。
示波器差分探头原理
示波器差分探头原理示波器是测试电路波形的一种重要仪器，在信号测试中扮演着至关重要的角色。
而在进行微弱信号测试时，差分探头则是示波器的重要组成部分，因其可以差分信号的测试而而大大提升了信号的测试灵敏度。
差分探头是指两个探头之间存在差分电路的测量探头。
一般情况下，差分探头由两个对称的探头组成，一个探头连接被测器件的共地，另一个探头信号端则相应的连接到被测电线的两端，从而构成一个差分电路。
在使用差分探头时，可以将一方放在要检测的信号处，将另一方放置在测试仪表的地端上。
由于差分电路的特性，可以让我们测量出两个信号之间的差值，因此提高了信号的精确度和稳定性。
差分探头是一种测量微弱信号电压的理想工具，可用于稳压电源测试、开关电源测试、运放电路测试、高压电路测试等多种测试场合，如测量微小电压变化、微弱信号幅度、高精度波形分析等。
使用差分探头可以轻松解决脉冲信号、瞬态信号和漂移信号等测量难点，同时还可以消除测量信号中的共模噪声，提升了信号的测试效果。
差分探头的特点如下：1. 高精度：差分信号的测试可以避免信号共模干扰和电流释放等因素的影响，从而提高信号的测试精度。
2. 安全稳定：差分探头设计合理，能够承受高电压、高频率等多种测试环境，同时能够保护被测电路不受差分电路干扰。
3. 易于使用：差分探头只需要连接两个探头即可进行测量，不需要使用特殊的测试仪器或接线。
4. 广泛应用：差分探头可以应用在多种测试场合中，包括运放电路测试、开关电源测试、高压电路测试等。
在使用差分探头时，需要注意以下几点：1. 差分探头的输入阻抗应该与测试的电路保持一致或更高。
2. 差分探头不能接地测量，否则会引入共模干扰。
3. 因为差分电路是差分信号的测量，因此差分探头应该根据差分信号的特性进行选择。
总的来说，差分探头是一种高精度的测量工具，在微弱信号测试中的作用不可忽视。
通过使用差分探头可以消除共模干扰、提高信号测试精度，同时差分探头还具有安全稳定、易于使用和广泛适用等优点。
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
示波器差分探头原理
示波器差分探头是一种用于测量高频电压信号的仪器，可以在信号传输过程中准确地测量两个不同位置的电压差值。
它广泛应用于电子领域的信号测试和调试中。
差分探头的工作原理基于电压分压和共模抑制的原理。
当被测电路有两个触点时，差分探头可以测量这两个触点之间的电压差异。
差分探头通常由一个主动探头和一个地探头组成。
主动探头测量被测电压，而地探头提供参考电位。
差分探头的主要原理是将两个电阻分压网络串联在一起。
其中一个电阻与待测电压相连，另一个电阻与另一个排除电源噪音和干扰信号的电压连接。
这两个电阻形成一个低通滤波器，可以通过选择适当的电阻值和电容值来滤除高频噪声和杂散信号。
差分探头的共模抑制能力是测量其性能的一个重要指标。
共模噪声是指同时作用在两个触点上，与两个触点间的差异电压无关的噪声。
差分探头通过设计和构造，能够有效抑制这种共模噪声的干扰。
示波器差分探头通常还包含一个电阻网络，用于连接示波器输入端。
这个电阻网络的作用是保护示波器输入电路免受过大电流的损伤，同时也限制了示波器输入电路的噪声。
在使用差分探头时，需要注意一些事项。
首先，差分探头的电阻网络和示波器的输入电阻之间需要匹配。
此外，差分探头的接地端需要正确连接到被测电路的地，以确保测量的准确性。
此外，还需要注意差分探头的频率响应和带宽范围，以确保能够满足所测量信号的要求。
在实际应用中，示波器差分探头有着广泛的应用。
例如，在高速数字电路的设计和测试中，差分探头可以用于测量数据线之间的差分信号。
在射频电路的测试中，差分探头可以用于测量天线信号和射频信号的传输效果。
综上所述，示波器差分探头是一种基于电压分压和共模抑制原理的测量仪器。
通过选择适当的电阻和电容，差分探头可以提供高频电压信号的准确测量。
差分探头具有共模抑制能力强、频率响应好等特点，在电子领域有着广泛的应用。
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示波器探头基础系列之差分探头
引言
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。
1、差分测量特点
探头从总体上可分为无源探头和有源探头两大类型，而宽带宽示波器和有源探头的用户还需要在单端探头和差分探头之间还要做出选择。
承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。
本文主要讲的是分差探头。
差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面：
1.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被最大程度抵消。
2.能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。
3.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。
目前流行的LVDS就是指这种小振幅差分信号技术。
差分信号的结构特点要求对应的测试设备也必须是差分拓扑，差分探头因此成为现代示波器的主流配件。
下图1是典型的有源差分探头电路结构图：
针对高频信号测试，有源差分探头的主要好处是低输入电容、比单端探头抑制共模噪声的能力要高很多，其缺点主要体现在价格普遍较高以及需要额外的电源。
比如力科公司的WaveLink系列高带宽差分探头即是这类探头的代表。
2、差分探头具有高的共模抑制比
什么是共模抑制比，简单来说，就是差动放大电路中对信号共模成分的抑制能力，其定义为放大器对差模信号的电压放大倍数Adm与对共模信号的电压放大倍数Acm之比，英文全称是CommonModeRejectionRatio，一般用简写CMRR来表示。
我们可以这样定义：两个输入端分别对地的电压平均值为共模电压Vcm，经过
差动放大器后的增益为共模增益Acm；两个输入端之间的相对电压差为差模电压Vdm，其经过差模放大器之后的增益为Adm。
CMRR计算公式如下：
差模信号电压增益Adm越大，共模增益Acm越小，则CMRR越大。
此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强，放大器的性能越好。
当差动放大电路完全对称时，共模
信号电压放大倍数Acm=0，则共模抑制比CCMR→∞，这是理想情况，实际上电路完全对称是不存在的，共模抑制比也不可能趋于无穷大。
哪些因素会影响探头的共模抑制比呢？
电路对称性――电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差。
信号频率或者Dv/Dt
任何探头或仪器输入的不匹配。
很显然，CMRR值越大越好，一般在60dB（1000:1）左右，但随着频率增加CMRR 会逐渐减少。
因为越快的信号边沿越容易再正负两端产生偏差，因而也会带来更多的共模电压，如下图所示。
CMRR为什么很重要，因为差分探头的CMRR指标若不好，则共模电压会加入差分电压内，造成测量上的误差。
单端探头的CMRR指标为什么很难做高？单端探头模型表明了探头放大器到“大地”地线之间有一个寄生电阻和寄生电感，这两个元件构成了由探头电缆屏蔽层和大地地线组成的传输线所产出的特性阻抗。
这一特性阻抗是很重要的，因为当你给单端探头加一个共模信号时，地线电感值就与这一特性阻抗一起组成了一个分压器。
此分压器对到达放大器的地线信号起衰减作用。
由于放大器的信号和地线输入信号受到的衰减各不相同，在放大器的输入端上就出现了一个净信号，从而使放大器有
输出信号。
地线电感越大，共模抑制能力越低，所以当使用单端探头时，保持地线尽量短是很重要的。
当你给差分探头加上一个共模信号时，放大器的正负两个输入端都有同一个信号。
所产生的唯一输出信号是该放大器抑制特性的函数，它与连线电感无关。
因此，在存在很大的共模噪音时，用差分探头来测量更为精确。
这是差分探头与单端探头之间很典型的区别，除非单端探头的接地连接的电感非常小，而这一点在实际实践中是很难做到的。
所以实际的差分探头CMRR一般都优于单端探头。
3、安全的浮地测量
电源系统测试中经常要求测量三相供电中的火线与火线，或者火线与零（中）线的相对电压差，很多用户直接使用单端探头测量两点电压，导致探头烧毁的现象时有发生。
这是因为：大多数示波器的”信号公共线”终端与保护性接地系统相连接，通常称之为“接地”。
这样做的结果是：所有施加到示波器上，以及由示波器提供的信号都具有一个公共的连接点。
该公用连接点通常是示波器机壳，通过使交流电源设备电源线中的第三根导线源线地线，并将探头地线连到一个测试点上。
单端探头的地线与供电线直接相连，后果必然是短路。
这种情况下，我们需要浮地测量。
所谓“浮地”测量，即测量的两个点都不处于接地电位，这是一种典型的差分测量。
“信号公共线”与地之间的电压可能会升高到数百伏。
此外，许多差分测量还要求抑制高共模信号，以便于评估低电平差分信号，多余的接地电流还会产生烦人的嗡嗡声和接地环路。
用户常常借助那些存在潜在危险的测量技术来解决这些问题。
通过切断标准三头AC插座地线的方法或使用一个交流隔离变压器，切断中线与地线的连接。
将示波器从保护地线浮动起来，以减小地环路的影响。
这种方法其实并不可行，因为在建筑物的布线中中线也许在某处已经与地线相连，是不安全的测量方法，会带来l人身伤害，仪器和电路损坏！
此外，它违反了工业健康和安全规定，且获得的测量结果也差。
而且，交流供电仪器在地面浮动时会出现一个大的寄生电容。
因此，浮动测量将受到振荡的破坏。
总而言之，将示波器“浮地”非常糟糕的主意，这将导致：
――损坏被测器件；
――损坏示波器
――给人身带来潜在伤害
――导致很差的测量精度
如何解决
最佳解决办法就是使用高共模抑制比的差分探头，因为两个输入端都不存在接地的问题，两路输入信号的差分运算在探头前端放大器完成，传输到示波器通道的信号是已差分后的电压，示波器无需去掉三线插头的接地端即可实现安全的浮地测量。
比如力科公司的ADP305高压差分探头即是安全测量三相市电的火线与火线、火线与中线间压差的最佳探头。
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