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探头问题大汇总!探头的类型

专家
2020-10-22 08:17:36     打赏

示波器探头大的方面可以分为:无源探头和有源探头两大类。无源有源顾名思义就是需不需要给探头供电。
无源探头细分如下:1. 低阻电阻分压探头;
2. 带补偿的高阻无源探头(最常用的无源探头);
3. 高压探头
有源探头细分如下:
1. 单端有源探头;
2. 差分探头;
3. 电流探头
最常用的高阻无源探头和有源探头简单对比如下:

 

1有源探头和无源探头对比
图片1.png
低阻电阻分压探头具备较低的电容负载(<1pf),较高的带宽(>1.5GHz),较低的价格,但是电阻负载非常大,一般只有500ohm或1Kohm,所以只适合测试低源阻抗的电路,或只关注时间参数测试的电路。
图片2.png6低输入电阻探头结构

带补偿的高阻无源探头是最常用的无源探头,一般示波器标配的探头都是此类探头。带补偿的高阻无源探头具备较高的输入电阻(一般1Mohm以上),可调的补偿电容,以匹配示波器的输入,具备较高的动态范围,可以测试较大幅度的信号(几十幅以上),价格也较低。但是不知之处是输入电容过大(一般10pf以上),带宽较低(一般500MHz以内)。
图片3.png7常用的无源探头结构

带补偿的高阻无源探头有一个补偿电容,当接上示波器时,一般需要调整电容值(需要使用探头自带的小螺丝刀来调整,调整时把探头连接到示波器补偿输出测试位置),以与示波器输入电容匹配,以消除低频或高频增益。下图的左边是存在高频或低频增益,调整后的补偿信号显示波形如下图的右边所示。
图片4.png8无源探头的补偿

高压探头是带补偿的无源探头的基础上,增大输入电阻,使得衰减加大(如:100:1或1000:1等)。因为需要使用耐高压的元器件,所以高压探头一般物理尺寸较大。
图片5.png9高压探头的结构


探头问题大汇总!有源探头附件
现代的高带宽有源探头都采用分离式的设计方法,即:探头放大器与探头附件部分分开。这样设计的好处是:
1、支持更多的探头附件,使得探测更加的灵活;
2、保护投资,最贵的是探头放大器(一个探头放大器可以支持多种探测方式,以前需要几个探头来实现);同时探头附件保护探头放大器(探头附件即使损坏,价格也相对便宜);
3、这种设计方式容易实现高带宽。
图片6.png16探头附件

这些探头附件,主要包括以下几种:
1、点测探头附件(包括:单端点测和差分点测);
2、焊接探头附件(包括:单端焊接和差分焊接,分离式的ZIF焊接);
3、插孔探头附件;
4、差分SMA探头附件(示波器一般直接支持SMA连接,但是如果被测信号需要上拉如HDMI,则必须使用SMA探头附件)。

探头附件的电路结构如下图所示:
1、在探头附件尖端部分会有一对阻尼电阻(一般82ohm),这对阻尼电阻的作用是消除探头附件尖端部分的电感的谐振影响;
2、探头尖端部分的后面是25Kohm的电阻,这个电阻决定了探头的输入阻抗(直流输入阻抗即电阻:单端25Kohm,差分50Kohm),这个电阻使得被测信号传输到探头放大器部分的功率是非常小的,不至于对被测信号有较大影响。
3、25Kohm的电阻后面是同轴传输线部分,这个传输线负责把小信号传输到放大器。这个传输线的长度可以很长,也可以很短,中间可以加衰减器,也可以加耦合电容。
4、同轴传输线连接到放大器,放大器是50ohm匹配的(差分100ohm匹配)。

图片7.png17有源探头附件的结构

有源探头为了保持探头的精确度,需要工作在恒温状态,所以探头放大器不能放置到高低温箱里进行高低温环境下被测电路板的测试。从探头附件结构中可见中间的50ohm传输线的长短不影响探测,所以可以用很长的同轴电缆或扩展同轴电缆,让这个同轴电缆伸进高低温箱里进行高低温换进下被测电路板的测试。如下图是N5450A扩展电缆,使用N5381A焊接探头附件,可以工作在-55°到150°温度范围。
图片8.png18高低温探头结构原理

使用N5450A扩展电缆和N5381A探头附件,使用1169A 12GHz探头放大器,在-55°和150°环境下的频响曲线如下图所示,可见能够满足高速信号测试的要求。
图片9.png19高低温探头在高低温下的频响





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