低壓測(cè)量中對(duì)示波器探頭的選擇_泰克代理商
示波器探頭對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性以及正確性至關(guān)重要，它是連接被測(cè)電路與示波器輸入端的電子部件。簡(jiǎn)單的探頭是連接被測(cè)電路與電子示波器輸入端的一根導(dǎo)線，復(fù)雜的探頭由阻容元件和有源器件組成。簡(jiǎn)單的探頭沒有采取屏蔽措施很容易受到外界電磁場(chǎng)的干擾，而且本身等效電容較大，造成被測(cè)電路的負(fù)載增加，使被測(cè)信號(hào)失真。
幾乎所有示波器都標(biāo)配了10X衰減無源探頭，因?yàn)檫@種探頭是在多種應(yīng)用中進(jìn)行測(cè)量的佳選擇。為覆蓋范圍廣泛的應(yīng)用，通用探頭的帶寬一般在DC-500MHz，一般能夠測(cè)量幾百伏的電壓。進(jìn)行低壓測(cè)量的用戶通常會(huì)落入使用示波器標(biāo)配10X探頭的陷阱——后得到的結(jié)果并不準(zhǔn)確，因?yàn)?0X無源探頭在毫伏級(jí)的低壓范圍內(nèi)并不能準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量。
在進(jìn)行低壓測(cè)量時(shí)，必需考慮示波器的靈敏度、探頭衰減、系統(tǒng)噪聲、探頭接地、探頭輸入阻抗、AC耦合、探頭偏置和探頭帶寬。
大化示波器的垂直靈敏度
垂直靈敏度表明了示波器垂直放大器能把信號(hào)放大到多大。在大多數(shù)泰克示波器上，在沒有連接探頭的情況下，靈敏的垂直設(shè)置是1mV/格。如圖1所示，在連接2X探頭時(shí)(通道1)，測(cè)量系統(tǒng)的小垂直標(biāo)度因數(shù)是2mV/格；在連接10X探頭時(shí)(通道2)，小的垂直標(biāo)度因數(shù)是10mV/格。
許多泰克示波器有10個(gè)豎格。在10mV/格設(shè)置的系統(tǒng)中使用10X探頭時(shí)，100mV信號(hào)會(huì)把屏幕填滿(10mV/格×10格)。我們?nèi)允褂?0mV作為低壓測(cè)量實(shí)例。在使用10X衰減探頭時(shí)，把示波器通道調(diào)節(jié)到小垂直標(biāo)度10mV/格，這個(gè)信號(hào)在屏幕上只跨過了1個(gè)豎格。這個(gè)實(shí)例在圖2中顯示為通道2上的藍(lán)色軌跡。但是，在使用2X探頭測(cè)量同樣這個(gè)10mV信號(hào)時(shí)，它將跨過5個(gè)豎格，因?yàn)檫@條通道的垂直靈敏度可以調(diào)節(jié)到2mV/格。圖2也顯示了使用2X衰減進(jìn)行的10mV測(cè)量，如圖2上的黃色軌跡所示。
用戶應(yīng)一直設(shè)置“V/格”，以便信號(hào)幾乎填滿整個(gè)屏幕。否則，就不能更詳細(xì)地查看信號(hào)，示波器數(shù)字化器便得不到全面的利用。在上面的10mV測(cè)量實(shí)例中，在連接10X衰減探頭時(shí)，我們只利用了示波器數(shù)字化器十分之一的處理能力，因?yàn)樾盘?hào)在屏幕上只跨過了1個(gè)豎格。在2X衰減探頭時(shí)，信號(hào)能夠跨過5個(gè)豎格，現(xiàn)在利用了數(shù)字化器一半的處理能力。利用的數(shù)字化器處理能力越強(qiáng)，捕獲的信號(hào)分辨率越高。
改善測(cè)量系統(tǒng)的信噪比
探頭的衰減因數(shù)(即1X、10X、100X)是探頭使示波器輸入信號(hào)幅度降低的量。1X探頭沒有降低或衰減輸入信號(hào)，而10X探頭則會(huì)在示波器輸入上把輸入信號(hào)降低到信號(hào)幅度的1/10。如圖3所示，輸入電壓到達(dá)示波器輸入，除以探頭的衰減因數(shù)，表示為VIN除以衰減。
探頭衰減擴(kuò)大了示波器的測(cè)量范圍，可以測(cè)量更大幅度的信號(hào)。但是，在測(cè)量低壓信號(hào)時(shí)，探頭使信號(hào)衰減，然后示波器放大信號(hào)，導(dǎo)致信噪比下降。信噪比公式(SNR)為：
其中，Attenuation為探頭的衰減因數(shù)；VNoise一般用示波器產(chǎn)品技術(shù)資料中的隨機(jī)噪聲表示。
將此處和以下兩式中的“SRN”改為“SNR”
為使用公式1，必須確定VIN和VNoise。例如，如果在低壓測(cè)量中為VIN分配的值為10mV，那么示波器的設(shè)置為1mV/格，而不管探頭衰減是多少；又例如，示波器的隨機(jī)噪聲指標(biāo)為150uV+8%的“V/格”設(shè)置，在1mV/格設(shè)置下，VNoise為230uV。使用這些VIN、VNoise和探頭衰減值，可計(jì)算出10X探頭和2X探頭的SNR：
使用10X探頭計(jì)算SNR：
在10mV測(cè)量中，2X探頭的信噪比為21.7:1；10X探頭的信噪比為4.3:1。很明顯，衰減較低的探頭提高了測(cè)量系統(tǒng)的信噪比，因此，這種探頭更適合進(jìn)行低壓測(cè)量。
謹(jǐn)慎使用長(zhǎng)地線，特別是在變壓器和開關(guān)單元附近
長(zhǎng)地線非常方便，因?yàn)橛脩糁恍柽B接接地一次，便可在地線范圍內(nèi)探測(cè)多個(gè)測(cè)試點(diǎn)。但是，任何一條導(dǎo)線都會(huì)分發(fā)電感，分發(fā)的電感會(huì)對(duì)AC信號(hào)做出反應(yīng)。信號(hào)頻率越高，對(duì)AC電流流動(dòng)的阻礙性越大。地線的電感與探頭輸入電容相互作用，在某個(gè)頻率上將導(dǎo)致振鈴。下面的公式描述了振鈴頻率：
其中：f是振鈴頻率；L是探頭接地解決方案引起的電感；C是探頭的輸入電容。
這個(gè)振鈴是不可避免的，可能表現(xiàn)為幅度衰落的正弦曲線。在地線長(zhǎng)度提高時(shí)，電感會(huì)提高，測(cè)得信號(hào)將在較低的頻率上振鈴。通過限制探頭的接地長(zhǎng)度或選擇輸入電容較低的探頭，可以降低振鈴的影響。
按照結(jié)構(gòu)和性能不同分類
①普通示波器。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻帶較窄，掃描線性差，僅用于觀察波形。
②多用示波器。頻帶較寬，掃描線性好，能對(duì)直流、低頻、高頻、超高頻信號(hào)和脈沖信號(hào)進(jìn)行定量測(cè)試。借助幅度校準(zhǔn)器和時(shí)間校準(zhǔn)器，測(cè)量的準(zhǔn)確度可達(dá)±5%。
③多線示波器。采用多束示波管，能在熒光屏上同時(shí)顯示兩個(gè)以上同頻信號(hào)的波形，沒有時(shí)差，時(shí)序關(guān)系準(zhǔn)確。
④多蹤示波器。具有電子開關(guān)和門控電路的結(jié)構(gòu)，可在單束示波管的熒光屏上同時(shí)顯示兩個(gè)以上同頻信號(hào)的波形。但存在時(shí)差，時(shí)序關(guān)系不準(zhǔn)確。
⑤取樣示波器。采用取樣技術(shù)將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬低頻信號(hào)進(jìn)行顯示，有效頻帶可達(dá)GHz級(jí)。
⑥記憶示波器。采用存儲(chǔ)示波管或數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)，將單次電信號(hào)瞬變過程、非周期現(xiàn)象和超低頻信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間保留在示波管的熒光屏上或存儲(chǔ)在電路中，以供重復(fù)測(cè)試。
⑦數(shù)字示波器。內(nèi)部帶有微處理器，外部裝有數(shù)字顯示器，有的產(chǎn)品在示波管熒光屏上既可顯示波形，又可顯示字符。被測(cè)信號(hào)經(jīng)模一數(shù)變換器（A/D變換器）送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，通過鍵盤操作，可對(duì)捕獲的波形參數(shù)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行加、減、乘、除、求平均值、求平方根值、求均方根值等的運(yùn)算，并顯示出答案數(shù)字。
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