对于测量结果的准确性和正确性,示波器探头是连接被测电路和示波器输入端的电子元件。最简单的探头是连接被测电路和电子示波器输入端的导线,复杂的探头由电阻元件和有源元件组成。没有屏蔽措施,简单探头容易受到外部电磁场的干扰,等效电容大,导致被测电路负载增加,被测信号失真。
本质上,示波器探头在测试点或信号源与示波器之间建立物理和电子连接;事实上,示波器探头是一种将信号源连接到示波器输入的设备或网络,必须在信号源和示波器输入之间提供足够方便和高质量的连接。物理连接、对电路运行的影响和信号传输有三个关键问题。
大多数探头由探头头、探头电缆、补偿设备或其它信号调节网络和探头连接器组成。
为了测量示波器,探头必须能够在物理上连接到测试点。为了实现这一点,大多数探头至少有一两米长的相关电缆。但探头电缆降低了探头带宽:电缆越长,下降幅度越大。除了一两米长的电缆外,大多数探头还有一个探头或一个带探头的把手。探头可以固定,用户可以移动探头接触测试点。通常,该探头采用弹簧支撑的挂钩形式,实际上可以将探头连接到试验点。
为了获得可用的测量结果,探针上的信号必须通过探头和电缆以足够的保真度传输到示波器的输入。Prbtek以其典型的示波器探头结构示意图为例。它的一端有一个钩子。检测波形时,可钩在电路元件的引脚上。钩子外面有一个护套,里面有弹簧。检查时,用手拉下护套,然后挂钩暴露出来。如图1所示
示波器探头结构示意图
探头中间有一个接地环和接地夹,用于连接被检测到的电路地线。如果不正确接地,波形就不能正常检测。
探头尾部有一个衰减转换开关,可以旋转下部的套筒旋钮x1挡或x选择10档。手柄下部标有选择说明,x10档表示检测发送的信号衰减1/10,因此在示波器上观测的值乘以10。
探头通过电缆将信号发送到示波器的信号输入端,探头电缆的另一端有一个BNC插头部分有校正电容器的调整端。如图2所示。
图2探头校正电容位置示意图
如图3所示,当逆时针旋转挂钩护套并拆下护套时,可拆下挂钩部分,露出探头探针。这样,在检测密度高的电路板时,可以用探针指向检测部位,避免与其他部件短路。
图3探头结构示意图
示波探头在x10档具有高阻抗和低容量的特点,但输入电压的范围衰减为1/10。测量时注意这一特点,即测量的电压值=示波器灵敏度(V/DIV) × 屏幕幅度 x 10。
例如,示波器灵敏度齿轮为1V/DIV x 屏幕幅度为SDIV x 测量电压值应为50V。注意:在x10档测量信号波形,必须调整探头上的电容器,使方波顶部平直。
在x1档测量实际上是将测量信号直接发送到示波器而不衰减。因此,输入容量相对较大,约为250 pF。测量时必须考虑这个因素。
虽然一个示波器探头很简单,但它仍然很精致。prbtek使用示波探头器探头的经验,供大家使用时参考。
第一个是带宽,通常在探头上说明多少MHz。如果探头带宽不够,示波器带宽再高也没用,瓶颈效应。
另一种是探头的阻抗匹配。探头应在使用前调整其阻抗匹配部分。通常在探头附近的示波器一端有一个可调电容,一些探头在探头一端也有可调电容。它们用于调整示波器探头的阻抗匹配。
如果阻抗不匹配,测量的波形就会变形。调整示波探头阻抗匹配的方法如下:首先打击示波器的输入选择GND然后调整Y轴位移旋钮,使扫描线出现在示波器中间。
检查扫描线是否水平(即是否与示波器水平中线重叠)。如果没有,则需要调整水平平衡旋钮(通常模拟示波器有此调整端子,并在孔中用螺丝刀进行调整。
无需调整数字示波器。然后,将示波器的输入选择击中直流耦合,并将示波器探头连接到示波器的测试信号输出端(通常带有该输出端的示波器,通常为1KHz方波信号),然后调整扫描时间旋钮,使波形显示约2个周期。
调整Y轴增益旋钮, 波形峰-峰值约为屏幕宽度的1/2。然后观察方波的上下两侧,看是否水平。若出现过冲、倾斜等现象,则表明探头上的匹配电容需要调整。用小螺丝刀调整,直到上下波形水平,没有过冲。当然,也许是波器探头的质量问题, 可能无法调整完全无失真的效果,此时只能调整到最佳效果。
此外,示波器上还有一个选择量程的小开关:X10和X1。当选择X1档时,信号未衰减进入示波器。X10档时,信号衰减到1/10再到示波器。
因此,当使用示波器时X10档时,示波器上的读数应扩大10倍(有些示波器可以在示波器端选择X配合探头使用的10档也设置在示波器端X10 档后,直接读数)。当我们需要测量更高的电压时,我们可以使用探头X将高压衰减到示波器中的10档功能。
另外,X输入阻抗比为10档X1档要高得多,所以在测试驱动力较弱的信号波形时,将探头击中X10档可以更好的测量。
prbtek提醒大家注意不确定信号电压时也要先用X10档测量,确认电压不太高,然后选择正确的量程测量,有必要养成减少对示波器损坏的习惯。
人们经常问,为什么用示波器看不到晶体振动引脚上的波形?一个可能的原因是使用探头X1档,这时相当于一个很重的负载(一个示波器探头使用1档具有上百pF晶振电路并联,导致电路停振。
正确的方法应该是使用探头X10档。使用中应注意这一点,即不停止振动,也可能因过度改变振荡条件而看不到真正的波形。
事实上,示波器的功能在最大程度上取决于示波器探头的类型。如果你的探头只能检测电子波动,那么你的示波器只能检测电子活动,或者你为你的示波器安装了磁场探头,那么一些通过磁场发生的物质变化,你的示波器可以检测到它。