探头带宽
和示波器一们,探头也具有其允许的有限带宽。如果我们使用一台100MHz的示波器和一个100MHz的探头,那么它们组合起来的响应就小于100MHz,探头的电容和示波器的输入电容相加,这就减小了系统的带宽,加大了显示的上升时间tr见第一章1.3节上升时间。
使用1.3节的公式
tr(ns)=350/BW(MHz)
如果示波器和探头各自均为100MHz带宽,其上升时间均为tr=3.5ns 。则有效系统上升时间就由下式给出:
trsystem=sqr(t2rscope+t2rprobe)
=sqr(3.52+3.52)ns
=sqr(24.5)2ns
=4.95ns
根据4.95ns的系统上升时间求得,系统带宽为350/4.95MHz=70.7MHz。
负载效应
当我们进行测量时,我们常常以为测得的电压和电路中未连入示波器时是完全一样的。
当信号频率啬时,探头的容性负载效应京戏得更加显著。由于电缆的类型和长度的不同以及探头本身构造等原因,1:1探头的输入电容通常可以从大约35pF到100pF以上,这等于给被测电路施加了一个低阻抗菌素负载,具有47pF输入电容1:1探头在20MHz之下的电抗仅为169W,这就使得这个探头在此频率无法使用。
衰减式探头减小了负载效应
我们可以在探头中增加一个和示波器输入阻抗相串联的阻抗,用这种办法就可以减小探头的负载效应。然而,这就意味着输入电压不能完全加到示波器的输入端,因为我们现在已经引入了一个分压器。
示波器的标准输入电阻为1MΩ。这就要求在探头中串联9MΩ的电阻,使得在低频时探头尖端的输入阻抗为10MΩ。
一个实际的10:1探头具有几个可调的电容和电阻以便在很宽的频率范围内获得正确的频率响应,这些可调元件的大多数都是在制造探头时由工厂调好的。只有一个微调电容留给用户去调节。这个电容称为低频补偿电容,应当通过调节这个电容使得探头和与相配用的示波器匹配,使用示波器前面板上的信号输出可以很容易地进行这项调节工作,示波器的这个输出端标有"探头调节"、"校准器""CAL"或者"探头校准"等标志,并能送出一个方波输出电压。方波中包含很多频率分量。当所有这些分量都以正确的幅度送至示波器时,就能在示流器屏幕上再现方波信号。图44示出探头欠补偿,正确补偿和过补偿的影响。
可以看出,在较高的的频率下探头过补偿和欠补偿和欠被偿情况下1MHz正弦波的幅度是很不准确的。
探头读出
现代示波器探头都装有编码系统,使得示波器能够识别与它相连年的探头类型。 从而使示波器能够高速垂直偏转指示值及所有幅度测量结果以避免发生泥淆。而如果使用不带这种识别系统的探头,则用户就不得不自己为所有波形显示和测量结果重新定樯以便反映出探头的衰减量。
接地引线电感
图45说明探头的接地引线电感如何与探头及示波器的输入电容形成串联谐振电路。而探头的输入电阻则在谐振电路中引入阻尼。
像其它谐振电路一亲,如果在探头上加入阶跃电压则此谐振电路也会发生振铃现象,过大的接地引线电感还会使示波器显示的上升时间变差,图46显示出使用不同长度的接地引线时,连至示波器的快速上升沿脉冲的显示波形。
从图中我们可以清楚的看到接地引线电感对测量结果的影响,所以一定要使探头的接地引线尽可能的短,特别是在测高频和快速上升沿的信号时尤应注意。
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