本期主題：探頭的實(shí)際特點(diǎn)

上期我們討論的理想的探頭提到了多種實(shí)際情況，使得實(shí)際探頭并不能達(dá)到理想水平。為理解這些情況怎樣影響示波器測(cè)量，本期我們進(jìn)一步來講一下探頭的實(shí)際特點(diǎn)。

圖1，探頭是由分布式電阻、電感和電容 (R, L 和 C) 單元組成的電路。

首先，必需認(rèn)識(shí)到，即使探頭只是一段簡(jiǎn)單的導(dǎo)線，但探頭仍可能是一條非常復(fù)雜的電路。對(duì) DC 信號(hào) (0Hz 頻率 )，探頭表現(xiàn)為一對(duì)簡(jiǎn)單的導(dǎo)線，其帶有一定的串聯(lián)電阻和端接電阻 ( 圖 1.a)。但是，對(duì) AC 信號(hào)，隨著信號(hào)頻率提高，圖形會(huì)發(fā)生明顯變化 ( 圖 1.b)。

之所以對(duì) AC 信號(hào)圖形會(huì)發(fā)生變化，是因?yàn)槿魏我欢螌?dǎo)線都有分布式電感 (L)，任何線對(duì)都有分布式電容(C)。在信號(hào)頻率提高時(shí)，分布式電感通過提高阻止AC 電流，來對(duì) AC 信號(hào)作出反應(yīng)。在信號(hào)頻率提高時(shí)，分布式電容通過降低到 AC 電流的阻抗，來對(duì) AC信號(hào)作出反應(yīng)。這些電抗單元 (L 和 C) 和電阻單元 (R)的交互，產(chǎn)生了會(huì)隨著信號(hào)頻率變化的總探頭阻抗。

通過采用良好的探頭設(shè)計(jì)，可以控制探頭的電阻、電感和電容單元，在指定頻率范圍上提供希望的信號(hào)保真度、衰減和信號(hào)源負(fù)荷。但即使設(shè)計(jì)良好，探頭仍受到電路特點(diǎn)的限制。在選擇和使用探頭時(shí)，必需了解這些限制及其影響。以下這些特點(diǎn)將直接影響示波器的測(cè)量結(jié)果和儀器的性能。

探頭的選擇與匹配

在選擇探頭時(shí)，根據(jù)實(shí)際需求和測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)來匹配合適的探頭是非常重要的。探頭的頻率響應(yīng)、帶寬、阻抗等參數(shù)應(yīng)與被測(cè)信號(hào)相匹配，以確保精確測(cè)量。錯(cuò)誤的探頭選擇可能導(dǎo)致信號(hào)失真、頻譜畸變和測(cè)量誤差的增加。

探頭的頻率響應(yīng)

探頭的頻率響應(yīng)范圍限制了它對(duì)信號(hào)的測(cè)量能力。當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率超出探頭的帶寬范圍時(shí)，探頭將無法準(zhǔn)確測(cè)量高頻部分的信號(hào)，導(dǎo)致波形失真。因此，在進(jìn)行高頻測(cè)量時(shí)，應(yīng)選擇具有較高帶寬的探頭，并注意探頭的頻率響應(yīng)特性。

探頭的阻抗匹配

探頭的阻抗與被測(cè)信號(hào)源的阻抗之間的匹配是保證測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。當(dāng)探頭的阻抗與信號(hào)源的阻抗不匹配時(shí)，會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)失真和測(cè)量誤差的增加。因此，在選擇探頭時(shí)，應(yīng)根據(jù)被測(cè)信號(hào)源的阻抗來匹配合適的探頭，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

探頭的表面附加電容

探頭的接地引線和被測(cè)電路之間存在一定的電容，稱為表面附加電容。這個(gè)電容會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，尤其在高頻測(cè)量時(shí)更加顯著。表面附加電容會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的頻率響應(yīng)發(fā)生變化，使得測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。為了減小表面附加電容的影響，應(yīng)選擇短接引線長(zhǎng)度較短的探頭，并注意保持接地引線與被測(cè)電路之間的良好接觸。

探頭的衰減和增益

探頭在信號(hào)測(cè)量過程中會(huì)引入一定的衰減和增益。衰減通常是由于探頭的阻抗與信號(hào)源的阻抗不匹配引起的。增益則是由于探頭的放大器等組件的存在而引起的。衰減和增益對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，特別是在小信號(hào)測(cè)量時(shí)更加明顯。為了減小衰減和增益的影響，應(yīng)選擇合適的探頭并進(jìn)行校準(zhǔn)。

探頭的插入損耗

探頭的插入損耗是指探頭在插入被測(cè)電路時(shí)引起的信號(hào)損失。插入損耗會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的偏差，尤其是在高頻測(cè)量時(shí)更加明顯。為了減小插入損耗的影響，應(yīng)選擇插入損耗較小的探頭，并注意探頭與被測(cè)電路之間的良好連接。

探頭的傳導(dǎo)和輻射干擾

探頭與被測(cè)電路之間的物理接觸可能會(huì)引起傳導(dǎo)和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是通過探頭的接地引線和被測(cè)電路之間的物理接觸傳導(dǎo)而來，而輻射干擾則是通過探頭的感應(yīng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)輻射而來。這些干擾會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，特別是在高頻和低噪聲測(cè)量時(shí)更為明顯。為了減小干擾的影響，應(yīng)選擇良好屏蔽的探頭，并注意探頭的位置和布線。

綜上所述，探頭的實(shí)際特點(diǎn)是影響示波器測(cè)量準(zhǔn)確性的重要因素。通過了解和應(yīng)用探頭的特點(diǎn)，我們可以更好地選擇和使用探頭，以獲得精確的測(cè)量結(jié)果。

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審核編輯 黃宇