探头使用中注意的一些问题
我们很多测量的时候都使用无源探头,而这个看似很简单的部件常常被大家忽略,要很好地测量,探头还是很有讲究的。下面几点是示波器使用中需要注意的问题:
首先是带宽,这个通常会在探头上写明,多少MHz。如果探头的带宽不够,示波器的带宽再高也是无用,因为探头瓶颈原因信号无法不失真输入到示波器。所以探头带宽的选择至少高于标称的带宽。严格意义上来说示波器的带宽本生就包括了探头系统的带宽,Siglent(鼎阳科技)的示波器就是一个很好例子,他们提供的示波器比如标称是100MHz,那么就是指包括探头在内的整个通道的带宽是100MHz
其次就是探头的阻抗匹配。探头在使用之前应该先对其阻抗匹配部分进行调节。通常在探头的靠近示波器一端有一个可调电容,有一些探头在靠近探针一端也具有可调电容。它们是用来调节示波器探头的阻抗匹配的。如果阻抗不匹配的话,测量到的波形将会变形。调节示波器探头阻抗匹配的方法如下:把探头接到通道上,然后直接把探头尖端钩子接到示波器“探头元件~3V”连接器上,基准导线接到“探头元件接地”连接器上,显示通道,然后按下“AUTO”按钮。此时检查所显示波形的形状(一般示波器都带有这输出端子,通常是1KHz的方波信号),方波的上、下两边是否水平。如果出现过冲、倾斜等现象,则说明需要调节探头上的匹配电容。用小螺丝刀调节之,直到上下两边的波形都水平,没有过冲为止。当然,可能由于示波器探头质量的问题,可能调不到完全无失真的效果,这时只能调到最佳效果了。
再次就是确保示波器中的“衰减”与探头上的“衰减”相匹配。探头上有一个选择量程的小开关:X10和X1。当选择X1档时,信号是没经衰减进入示波器的。而选择X10档时,信号是经过衰减到1/10再到示波器的。因此,当使用示波器的X10档时,应该将示波器上的读数扩大10倍(有些示波器,在示波器端可选择X10档,以配合探头使用,这样在示波器端也设置为X10档后,直接读数即可)。当我们要测量较高电压时,就可以利用探头的X10档功能,将较高电压衰减后进入示波器。另外,X10档的输入阻抗比X1档要高得多,所以在测试驱动能力较弱的信号波形时,把探头打到X10档可更好的测量。但要注意,如果不确信号电压高低时,应当先用X10档测一下,确认电压不是过高后再选用正确有量程档测量,养成这样的习惯是很有必要的,这样对自己的安全负责也避免了示波器的烧坏。常有人问,为什么用示波器看不到晶振引脚上的波形?一个可能的原因就是因为使用的是探头的X1档,这时相当于一个很重的负载并联在晶振电路中,导致电路停振了。正确的方法应该是使用探头的X10档。这是使用中应当注意的,即或不停振,也有可能因过度改变振荡条件而看不到真实的波形了。
另外示波器探头在使用时,要保证地线夹子可靠的接了地(被测系统的地,非真正的大地),不然测量时,就会看到一个很大的50Hz的信号,这是因为示波器的地线没连好,而感应到空间中的50Hz工频市电而产生的。如果你发现示波器上出现了一个幅度很强的50Hz信号(我国市电频率为50Hz),这时你就要注意下看是否是探头的地线没连好。由于示波器探头经常使用,可能会导致地线断路。检测方法是:将示波器调节到合适的扫描频率和Y轴增益,然后用手触摸探头中间的探针,这时应该能看到波形,通常是一个50Hz的信号。如果这时没有波形,可以检查是否是探头中间的信号线是否已经损坏。然后,将示波器探头的地线夹子夹到探头的探针(或者是钩子)上,再去用手触摸探头的探针,这时应该看不到刚刚的信号(或者幅度很微弱),这就说明探头的地线是好的,否则地线已经损坏。通常是连接夹子那条线断路,通常重新焊上即可,必要时可更换,注意连接夹子的地线不要太长,否则容易引入干扰,尤其是在高频小信号环境下。示波器探头的地线夹子应该要靠近测量点,尤其是测量频率较高、幅度较小的信号时。因为长长的地线,会形成一个环,它就像一个线圈,会感应到空间的电磁场。另外系统中的地线中电流较大时,也会在地线上产生压降,所以示波器探头的地线应该连接到靠近被测试点附近的地上。最好的情况就是不要使用配置的钳夹地线,把地线拔下来在探头尖端裸露的金属部分套上配置的近地线(一个圆环状),这样大大缩短地线长度,很大避免了地线的噪声干扰。小信号测量时如果噪声干扰比较大,可以把示波器的采样方法选择平均,同时可把带宽限制打开(如果测的是低频信号)一般数字示波器的带宽限制为20MHz,注意此限制也有可能把信号的一些谐波滤除。
最后就是探头使用的安全问题:使用探头时避免电击,应使手指保持在探头主体上防护装置的后面,不接触探头顶部的金属部分,同时确保输入信号的幅值不超过标称的示波器允许输入的最大值。
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