示波器探頭分類及詳細介紹

        示波器是一種用途廣泛的電子測量儀器。它利用電子示波器的特性，將人眼不能直接觀察到的交變電信號轉換成圖像，顯示在熒光屏上進行測量。使用示波器，可以觀察到各種信號幅度隨時間變化的波形，還可以用來測試各種電氣量，如電壓、電流、頻率、相位差、調幅等。示波器的一個組成部分是示波器探頭。
        一、示波器探頭介紹
        示波器探頭在測試點或信號源與示波器之間建立物理和電氣連接；實際上，示波器探頭是將信號源連接到示波器輸入端的一種設備或網絡，它必須在信號源和示波器輸入端之間提供足夠方便和高質量的連接。連接充分性存在三個關鍵問題：物理連接、對電路運行的影響和信號傳輸。
         2、示波器探頭的分類
        市場上有成百上千種不同的示波器探頭。示波器探頭的技術指標之一是頻率特性。按頻率劃分探頭類型很方便，但示波器探頭的頻率覆蓋范圍有限，很難按LF、HF、VHF、UHF、RF等無線電頻段進行劃分。示波器探頭是所有探頭之一。z常用的探頭是電壓探頭和電流探頭，通常根據測量對象對探頭進行分類。
         1 無源電壓探頭
        1.1 無源探頭
        無源探頭由電線和連接器組成，在需要補償或衰減時還包括電阻器和電容器。探頭中沒有有源元件（晶體管或放大器），因此無需為探頭供電。無源探頭通常是z堅固、z經濟的探頭，它們不僅易于使用，而且用途廣泛。
         1.2 高阻抗無源電壓探頭
        從實際需要來看，使用最多的電壓探頭是高阻抗無源電壓探頭，占比最大。無源電壓探頭針對不同的電壓范圍提供 1×、10× 和 100× 的各種衰減因子。在這些無源探頭中，10×無源電壓探頭是z常用的探頭。信號幅度對于 1V 峰峰值或更低的應用，1× 探頭可能更合適，甚至是bi不可少的。在中低幅度信號混合的應用中（幾十毫伏到幾十伏），可切換的 1×/10× 探頭更加方便。然而，可切換的 1×/10× 探頭本質上是一種產品中的兩種不同探頭，不僅具有不同的衰減系數，而且具有不同的帶寬、上升時間和阻抗（R 和 C）特性。因此，這些探頭無法與示波器的輸入wan美匹配，也無法提供標準 10 倍探頭所能達到的最佳性能。
         1.3 低阻無源電壓探頭
        大多數高阻抗無源探頭的帶寬范圍從小于 100MHz 到 500MHz 或更高。另一方面，低阻抗無源電壓探頭（也稱為 50 歐姆探頭、Zo 探頭、分壓器探頭）具有良好的頻率特性，使用與同軸電纜匹配的探頭，帶寬高達 10GHz，上升幅度為 100 皮秒或更快的時間。該探頭設計用于 50 歐姆環境，通常是高速設備表征、微波通信和時域反射計 (TDR)。
         1.4 無源高壓探頭
        “高壓"是一個相對概念。從探頭的角度來看，我們可以將高壓定義為超過典型通用 10 倍無源探頭可以安全處理的電壓。高壓探頭需要良好的介電強度，以確保用戶和示波器的安全。
         2. 有源電壓探頭
        2.1 有源探頭
        有源探頭包含或依賴于晶體管等有源器件。最常見的是，有源器件是一種場效應晶體管 (FET)，它提供非常低的輸入電容，從而在更寬的頻帶上產生高輸入阻抗。從下面的Xc公式可以看出：
         2.2 有源 FET 探頭
        有源 FET 探頭的規定帶寬一般在 500MHz 和 4GHz 之間。除了更高的帶寬之外，有源 FET 探頭的高輸入阻抗允許在未知阻抗的測試點進行測量，并且負載效應的風險要低得多。此外，由于電容低，地線效應降低，可以使用更長的地線。
        有源 FET 探頭沒有無源探頭的電壓范圍。有源探頭的線性動態范圍通常在 ±0.6V 和 ±10V 之間。
         2.3 有源差分探頭
        差分信號是交叉參考信號，而不是接地參考信號。差分探頭可以測量浮動裝置的信號。本質上，它是由兩個對稱的電壓探頭組成，分別具有良好的絕緣性和對場的高阻抗。差分探頭在更寬的頻率范圍內提供高共模抑制比 (CMRR)。
         3 電流探頭
        原則上，用電壓探頭測得的電壓值除以測得的阻抗值，很容易得到電流值。但實際上這種測量引入的誤差是很大的，所以一般不采用將電壓轉換為電流的方法。電流探頭可以精確測量電流波形，方法是利用電流互感器輸入，信號電流磁通經變壓器轉換成電壓，再經探頭內的放大器放大后送入示波器。
         3.1 交流電流探頭
        在交流電流互感器中，隨著電流方向的改變，電場發生變化，感應出電壓。交流電流探頭是無源設備，不需要外部電源。
         3.2 直流電流探頭
        傳統的電流探頭只能測量交流信號，因為穩定的直流電流不能在變壓器中感應出電流。然而，利用霍爾效應，被電流偏置的半導體器件會產生對應于直流電場的電壓。因此，直流電流探頭是一種需要外部電源的有源器件。
        因此，電流探頭基本上分為兩類：交流電流探頭和交直流電流探頭。 AC電流探頭通常是無源探頭，AC/DC電流探頭通常是有源探頭。
         4 個邏輯探頭
        使用示波器觀察和分析數字波形的模擬特性時，需要使用邏輯探頭。為了找出確切的原因，數字設計人員通常需要查看在特定邏輯條件下出現的特定數據脈沖。這需要邏輯觸發功能。圖 3 是邏輯探頭的示意圖，可以添加到大多數示波器中。
        5 其他探頭
        由于示波器的應用范圍廣泛，除上述探頭類型外，還有各種特殊探頭。這些專業探頭根據其前端傳感器具有不同的功能。我們將在下面介紹其中的兩個。僅供讀者理解。
        原理上，光電探頭是普通電壓探頭和光電轉換器件的組合，可以直接測量光器件和光纖傳輸的光信號。
        溫度探頭是普通電壓探頭和溫度傳感器的組合，可以直接測量物體的溫度。溫度探頭是傳感器探頭的一種。各種傳感器探頭和示波器可以測量各種物理量。
        三、示波器探頭使用注意事項
        將被測信號正確連接到示波器是測試工作的第一步。這里我們主要介紹將探頭連接到被測電路時的注意事項。
         1、探頭與被測電路連接時，探頭的接地端必須與被測電路的地線相連。否則，在懸掛狀態下，示波器與其他設備或大地之間的電位差可能導致觸電或損壞示波器、探頭或其他設備。
         2. 測量建立時間短的脈沖信號和高頻信號時，請盡量將探頭的地線靠近被測點。過長的接地線可能會導致波形失真，例如振鈴或過沖。
         3、為防止地線影響高頻信號的測試，建議使用探頭專用的接地附件。圖 8 顯示了典型通用電壓探頭隨附的標準測試附件。
         4、為避免測量誤差，測量前請務必檢查校準探頭。探頭衰減補償的校準原理和方法前面已經介紹過，這里不再贅述。
         5. 高壓測試，使用專用高壓探頭。區分正負極后，確認連接無誤后即可開始測量。
         6、當兩個測試點不處于地電位時，應進行“浮動"測量，也稱為差分測量，應使用專業的差分探頭。
         7 總結
        探頭對于示波器測量至關重要，因此要求探頭對探測電路的影響最小，并且希望保持足夠的信號保真度。如果探頭以任何方式改變信號或改變電路的運行方式，示波器將看到實際信號的失真結果，這可能導致錯誤或誤導性的測量。從上面的介紹可以看出，在探頭的選擇和正確使用上，有很多值得注意的地方。只有與示波器和被測電路匹配良好的探頭才是您應該選擇和使用的探頭。