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      • 已发布 2024年11月15日
      • 最后修改 2024年11月15日
    • 1 分钟

    什么是示波器探头?主动和被动示波器探头、示波器探头品牌

    本文将从性能指标、应用场景等方面,为您进行全面的选择指南。

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    示波器探头

    示波器是电子工程师分析电路波形、调试和故障排查时不可或缺的测试仪器。它可以将电路中测量到的电压或电流随时间变化的波形在显示器上重现出来,为工程师提供了直观的信号可视化手段。

    什么是示波器探头?要获得准确的波形图像,除了示波器本身的性能外,与之配套使用的探头也至关重要。探头是示波器获取并向示波器传输测量信号的前置放大器,其带宽、阻抗等参数直接影响着测量的准确性和可靠性。

    根据工作原理,探头可分为无源和有源两大类。无源探头通过无源电阻电容元件对测试信号进行耦合和传输,而有源探头则在探头端集成了放大器等有源电路,能实现更宽带宽和更高输入阻抗。

    无源探头

    无源探头是比骄傲常见、也是结构简单的一类示波器探头。它不需要任何外部电源,仅通过无源元件如电阻和电容对被测信号进行耦合和传输。

    无源探头的基本原理是通过电阻电容分压网络将被测信号的电压值适当衰减后输出。典型的被动高阻探头将输入阻抗设置在10MΩ以上,输出端则匹配示波器的1MΩ输入阻抗,电阻比达10:1,因此输出电压为输入的1/10。

    这种结构简单、无需外部电源的优势,使得无源探头价格便宜、体积小巧、使用灵活。同时它也具有较高的耐压能力,一般可测量直流电源或交流低频小信号。

    无源探头

    无源探头的优势

    • 结构设计简单
    • 无需外部电源
    • 价格低廉
    • 体积小巧轻便
    • 电压耐受能力较强

    无源探头的缺点

    • 带宽较窄,典型在200MHz以下
    • 存在阻抗不匹配和过载等问题
    • 测量高频、高阻抗电路信号精度降低

    典型应用场景

    • 直流电路和低频交流电路测量
    • 数字电路和逻辑电路测量
    • 一般电子电路调试和故障排查
    • 教学实验室使用

    总的来说,无源探头结构简单、价格便宜,适合对带宽和阻抗要求不是太高的一般电路测量应用场合,是目前使用较为广泛的一类探头。

    有源探头

    与无源探头相比,有源探头在探头端集成了运算放大器等有源电路,从而实现了更宽的带宽和更高的输入阻抗特性。

    有源探头的工作原理是先将被测信号通过一个极高阻抗的阻性分压网络进行适当衰减,然后通过运算放大器对衰减后的信号进行缓冲放大,最后与示波器的50Ω传输电缆相匹配输出。这种设计使有源探头的输入阻抗可高达1GΩ以上,远高于无源探头。同时其频宽也可以达到数GHz,覆盖了大部分应用场景的带宽要求。

    有源探头

    有源探头的优势

    • 极宽的带宽,一般在500MHz至数GHz
    • 极高的输入阻抗,大于1GΩ
    • 低载入效应,不会影响被测信号
    • 支持差分输入,适合测量差动信号

    有源探头的缺点

    • 价格昂贵,造价高于无源探头数倍甚至十倍以上
    • 需要外部电源,增加了体积和功耗
    • 仅限电压测量,不适合测量大电流

    典型应用场景

    • 高速数字电路和高频模拟电路测量
    • 射频、微波和光电等高频电路测试
    • 高速串行传输系统诸如PCI-E等的信号完整性测试
    • EMI/EMC等领域的干扰测试

    总的来说,有源探头的卓越性能使其成为高频高精度测量的利器,非常适用于高速电路及高频电子系统的测试和分析应用。目前主流有源探头带宽已达数至10GHz。

    无源与有源探头的比较

    经过对无源和有源探头的介绍,我们可以看出两者在设计理念、性能指标和适用场景上存在明显差异。本节将就它们的几个关键参数做一对比,以帮助工程师更好地选择合适的探头。

    带宽、阻抗、衰减比对比

    带宽是反映探头能测量高频信号能力的重要指标。无源探头的带宽一般在200MHz以下,而有源探头则可达数GHz至10GHz以上,远高于无源探头。

    输入阻抗直接影响探头的载入效应。无源高阻探头的输入阻抗约10MΩ,而有源探头则高达1GΩ以上,对被测电路几乎不产生干扰。

    衰减比描述了探头输入与输出之间的电压衰减比例,关系到垂直分辨率。无源探头一般为10:1,而有源探头则更灵活,可选择10:1或1:1等多种比例。

    适用测试信号波形范围

    无源探头仅适用于测量低频小信号,如直流电路、数字逻辑电路和普通模拟电路。而具有极宽带宽和极高阻抗的有源探头,则适用于高速数字电路、射频电路、高速串行电路等高频高速信号测量。

    针对不同测试需求的更好选择建议

    如果只需要测量低频、大电压信号,对频率和阻抗无特殊要求,无源探头便可胜任,具有经济实惠的优势。

    但如果需要测量高频、高速、高阻抗信号,或者对被测电路的载入影响要求极小,有源探头则是不二之选,尽管价格昂贵,但却能获得更好测量精度。

    对于极为特殊的应用场景,如大电流、高压或差动信号测量,则需要使用专用的电流探头、高压探头或差动探头。

    工程师需要结合具体测试要求,根据带宽、阻抗、频率响应等参数综合考虑,选择性价比更优的合适探头。

    结语

    示波器探头作为示波器测量系统中不可或缺的重要组成部分,其性能指标直接影响着测量结果的精准度和可靠性。本文全面介绍了无源和有源这两大类主流探头的工作原理、优缺点、适用场景等,并对它们在带宽、阻抗、衰减比等关键参数上进行了对比分析。

    无源探头结构简单、无需外部电源、价格低廉,适合对带宽和阻抗要求不高的低频电路测量。而有源探头则拥有极宽的频带、极高的输入阻抗等卓越性能,是高速数字电路、高频模拟电路以及射频等领域的不二之选。

    常见问题

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