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[导读]示波器探头有X1和X10档,当测量一个信号时应该如何选择?


示波器探头有X1和X10档,当测量一个信号时应该如何选择?
1、先我们看它们的区别?
X1档,表示信号没有经过衰减进入示波器
X10档,表示信号衰减10倍进入示波器(当示波器也设置为X10档,直接读数即可,当示波器设置为X1档,示波器上读数应扩大10倍才为真实值)
我们来看一下示波器探头的等效电路?
将探头模型简化为RLC电路,如下图所示。

如上图所示,Rprobe是探头的输入电阻,输入电阻Rprobe越大越好,但是Rprobe是不可能做到无穷大的,它和被测电路产生分压,使得实测电压比实际电压小。为了避免探头电阻负载造成的影响,一般要求Rprobe要大于Rsource和Rload的10倍以上。大部分探头的输入阻抗在几十K欧姆到几十兆欧姆之间。
Cprobe是探头本身的输入电容。这个电容不是刻意做进去的,而是探头的寄生电容。这个寄生电容也是影响探头带宽的最重要因素,因为这个电容会衰减高频成分,把信号的上升沿变缓。通常高带宽的探头寄生电容都比较小。理想情况下Cprobe 应该为0,但是实际做不到。一般无源探头的输入电容在10pf 至几百pf 间,带宽高些的有源探头输入电容一般在0.2pf 至几pf 间。
Lprobe是探头导线的寄生电感,通常 1mm 探头的地线会有大约 1nH 的电感,信号和地线越长,电感值越大。探头的寄生电感和寄生电容组成了谐振回路,当电感值太大时,在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振,造成信号的失真。所以高频测试时需要严格控制信号和地线的长度,否则很容易产生振铃。
在使用示波器时,需要对示波器测量通道的耦合方式和输入阻抗进行设置,耦合方式有AC和DC两种,输入阻抗有1MΩ和50Ω两种。示波器的探头种类很多,但是示波器的的匹配永远只有1M 欧姆或50欧姆两种选择,不同种类的探头需要不同的电阻与之匹配。示波器输入接口的电路示意图如下图所示:

测量普通信号时一般用DC耦合方式,测试电源的纹波/噪声时需要使用AC耦合方式,示波器接有源探头时,输入阻抗会自动切换到50Ω档位,接无源探头时需要手动切换到1MΩ档位。从电压测量的角度来说,为了减小对被测电路的影响,示波器应采用1MΩ的高输入阻抗,但是由于高阻抗电路的带宽很容易受到寄生电容的影响。所以 1MΩ的输入阻抗广泛应用于 500M 带宽以下的测量。对于更高频率的测量,通常采用50Ω的传输线,所以示波器50欧姆匹配主要用于高频测量。
为了更好的说明示波器输入阻抗及寄生电容对测量通道带宽的影响,示波器寄生电容的等效阻抗为1/2pifc,再低频时,C的等效阻抗非常大,大部分电流流过R,当信号频率提高,阻抗越来越小,输入阻抗降低,为了降低寄生电容对示波器输入阻抗的影响,所以在测试高频信号时,示波器的输入阻抗设置为50欧姆。
衰减信号是用探头,接上这个探头,并且用x10档以后,经过探头到达示波器输入端的信号幅度衰减到1/10, 并且从探头输入端来看,输入阻抗变为10倍,实际上从示波器自己的输入端来看,输入阻抗还是原来的,但对于系统(示波器+探头)来说阻抗增大为10倍。输入阻抗高会使输入信号的损失更小,输入阻抗相当于信号的负载,输入阻抗越高,相当于信号的负载越轻。
2、什么时候使用X1和X10?
(1)对于未知信号,最好使用X10档,以免烧坏仪器
(2)对于比如VCO的VTUNE引脚,最好使用X10档,因为信号比较敏感。衰减后对信号干扰较少
(3)测量晶振等内阻较大,输出阻抗大的线路时,使用X10档,可以获得比较精确的幅度值。起到提高输入阻抗的作用。
总结:t探头衰减和输入阻抗匹配是两个概念,要区别对待。

END

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