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示波器探头参数,你了解多少?

2019-03-21 14:41
ZLG致远电子
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探头是我们观测波形的第一步,它是连接被测设备与示波器输入端的电子部件,工程师每天都会使用它捕获波形,进行测试分析。但是你了解探头的那些重要参数吗?

01带宽

在我们选择探头时,首先要看的参数就是带宽,探头和示波器的带宽定义是一样的。如图1所示,带宽所指的频率是正弦波信号衰减到-3dB(即高频处增益下降到0.707)时的频率。

图1  -3dB衰减示意图

那么如果我们如何根据被测信号的频率来选择合适带宽的探头呢?

以1MHz的方波为例,由于1MHz的方波是由1MHz、3MHz、5MHz、7MHz......等正弦波叠加而成,想要得到较为完整的方波信息,最少需要5次谐波分量,而且如果想要获得更加准确的信息,就需要能够测量到更多的谐波分量。所以选择示波器和探头带宽时至少要选择被测量方波信号的5次谐波频频率以上的带宽。

02阻抗匹配

探头输入阻抗相当于在被测电路上并联了一个电阻,对被测信号有分压和增加负载的作用,选择不当会影响被测信号的幅度和直流偏置。探头的输入阻抗要与所用示波器的输入阻抗匹配,以减小对被测电路的负载作用。另外还需要注意输入阻抗会随着频率的增加而下降。

例如我们在用探头 X10 档测量信号,随信号频率增加,容性负载影响越明显,造成探头与示波器的阻抗不匹配,影响测量结果。为了消除这种影响,我们需要通过探头端的可调电容进行补偿调节,消除低频或高频增益。如图2所示:

图2 探头补偿调节

03探头衰减比

在使用示波器探头的时候,都会看到上面有标注衰减系数,典型的衰减系数是1X、10X和100X。衰减系数指的是探头信号幅值的衰减比例,例如1X的探头就没有对信号进行衰减,而10X的探头就会将信号幅值降到原本的1/10。需要注意的是在使用探头的时候,需要根据探头的衰减系数在示波器上设置好对应的比例,才能得到真实的数值,如图3所示。

图3 探头比率设置

有的探头上面有1X/10X或50X/500X这样的可选档位,在我们测试的时候档位的选择会对测试有什么影响呢?

我们以ZP1500D高压差分探头为例,图4为其参数配置,一般来说不同的档位对应的带宽是不同的。ZP1500D的X50档对应的是5MHz带宽,适合测量低频信号,而X500档位为100MHz带宽,高速信号测量必选。

图4 ZP1500D参数图

04上升时间

上升时间指的是测量信号上升沿(10%~90%)时的最短时间,我们可以把这个参数理解为对上升沿测试的灵敏度,上升时间越短,灵敏度越高,那么对于被测信号的还原度就越高。

在测量脉冲信号上升时间或下降时间时,为了保证合理的精度,探头和示波器的总上升时间应该比被测脉冲块3~5倍。对上升时间比被测脉冲快3倍的示波器/探头组合,预计可以测量5%误差范围内的脉冲上升时间。具体我们可以参考图5被测信号上升时间相对于测量系统的测试误差关系曲线图。

图5 被测信号上升时间相对于测量系统的测试误差关系曲线图

05总结

为了保证获得更好的精度,使用的探头需要对于电路的影响降低到最小,所以就需要了解探头相关参数的概念,这样我们在选择探头的时候就会更加准确。而如果探头选择错误,就会导致波形失真,从而导致测试数值有偏差。

ZLG立功科技·致远电子ZDS4000系列示波器通过FPGA全硬件并行处理,基于原始采样率和512Mpts全存储深度,对每一帧波形每一周期进行测量统计,仅需约1秒即可实现对512Mpts数据的“真正意义”参数测量,测试项目可达51种,并且支持24种参数同时显示。

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