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1、示波器探頭的基本知識,Date: 2006.11.01,目錄,Page 1 of 10,一 探頭的指標,二 部門探頭基本參數介紹,三 怎樣選擇探頭,四 探頭使用注意事項,Page 2 of 10,一 理解探頭的指標 畸變: 畸變是輸入信號預計響應或者理想響應的任何幅度偏差. 畸變產生的原因一般有兩個,一是探頭的質量,二是不合適的探頭補償.在使用探頭的過程可以先測量示波器的標準方波,檢查是否有畸變發生,排除的方法有檢查探頭的接地是否良好,探頭的補償是否恰當. 衰減係數: 所有探頭都有一個衰減係數,典型的衰減係數是1X,10X,100X等. 1X 探頭不會降低或衰減信號. 10X探頭則會把信號降低
2、到探針幅度的1/10 . 衰減係數可以擴展示波器的測量範圍.衰減係數越高,探頭的輸入電阻就越大.如果示波器不能自動識別探頭的衰減係數,需要手動設置.,3. 精度: 電壓探頭,精度是指探頭對DC信號的衰減.探頭精度的計 算和測量一般包括示波器的輸入電阻. 電流探頭,精度是指電流到電壓轉換的精度. 4. 帶寬: 探頭的帶寬是指探頭響應導致輸出幅度幅度下降到70.7%(-3dB)的頻率. 所以,用一個帶寬100MHz的探頭去測試一個頻率為100MHz幅度為1V的信號, 測試值就只有0.707V,這樣的測試結果是不可以接受的. 對示波器的測量,真正擔心的是問題是示波器和探頭的綜合總帶寬. 如果用兩個帶
3、寬都為100MHz的探頭和示波器綜合使用, 實際上測量系統的帶寬性能要低於100MHz.,Page 3 of 10,5. 電容: 探頭電容指標是指探針上的電容.這個電容對測量脈衝有很大的影響. 因為它跟探頭的輸入電阻一起決定了探頭的上昇時間. 還有示波器的輸入端也是有電容的,所以探頭的電容與示波器的電容一定要匹配,過補償欠補償都會造成測量的誤差. 10X和100X的探頭上的調節旋鈕就調節探頭的電容. 6. 額定最大電壓: 每個探頭都有其額定最大電壓值,在使用過程中應避免接近甚至超過這個值, 因為容易造成探頭的損壞.,7.CMRR(共模抑制比): 這個參數是指差分探頭的一個最重要的指標. CMR
4、R會隨頻率的提高而下降. CMRR=Ad(差分信號電壓增益)/Ac(共模信號電壓增益) 8. 傳播延遲: 傳播延遲是探頭器件及信號通過這些器件從探針傳送到示波器連器所需要時間的函數.通常情況傳播延遲是由於探頭的電纜導致的.,9. 溫度範圍: 電流探頭對環境溫度非常敏感,溫度升高,其量程和帶寬都會跟著下降,而且精度也隨之下降. 電壓探頭的測量精度也會隨著溫度變化而變化. 10.上升時間: 探頭的上升時間跟示波器的上升時間一樣重要,這兩個時間一起決定了測試系統的上升時間. 我們在做量測時,希望量測系統的上升時比待測時間快35倍.,Page 4 of 10,目前部門的探頭介紹 10X電壓探頭( Te
5、k P5050) 帶寬: 500MHz 輸入電容: 11.1pF 輸入電阻: 10M 最快上升時間:0.8nS 典型延遲時間: 5.5nS 額定最大輸入電壓: 300V 工作溫度範圍: -15 to 55 degree C,2. 10X電壓探頭( Tek P6139) 帶寬: 500MHz 輸入電容: 8pF 輸入電阻: 10M 額定最大輸入電壓: 300V 工作溫度範圍: -15 to 55 degree C 3. 100X電壓探頭(Tek P5100) 帶寬: 250MHz 輸入電容: 2.75pF 輸入電阻: 10M 額定最大輸入電壓: 2500V 工作溫度範圍: -15 to 55 d
6、egree C,Page 5 of 10,4. 50/500X高壓差分探頭(Tek P5205) 帶寬: 100MHz/5MHz 輸入電容: 3.5pF 輸入電阻: 8M 最快上升時間:3.5nS 典型延遲時間: 17nS 額定最大輸入電壓: 50X檔時130V 500X檔時1300V CMRR(共模抑制比): 3000:1 操作溫度範圍:0 to 40 degree C 5. 電流探頭( Tek Tcp202) 帶寬: 50MHz 最快上升時間: 7nS 典型延遲時間: 17nS 最小分辨率: 10mA/div 額定最大電流測量範圍: 15A DC + Peak AC Current 50A
7、 Peak Pulse Current 操作溫度範圍:0 to 50 degree C,Page 6 of 10,6.電流探頭( Tek Tcp305) 帶寬: 50MHz 最快上升時間: 7nS 典型延遲時間: 19nS 最小分辨率: 5mA/div 額定最大電流測量範圍: 50A DC 50A Peak Pulse Current 操作溫度範圍:0 to 50 degree C 需要配合TCP A300使用 7.電流探頭( Tek Tcp303) 帶寬: 20MHz 最快上升時間: 7nS 典型延遲時間: 53nS 最小分辨率: 5mA/div 額定最大電流測量範圍: 150A DC 50
8、0A Peak Pulse Current 操作溫度範圍:0 to 50 degree C 需要配合TCP A300使用,怎樣選用探頭 1. 了解所要測試的信號源,是選擇探頭的開始. 信號類型: 電壓信號, 電流信號, 邏輯信號, 其它信號 就目前我們做電源而言, 基本上測試的都是電壓信號和電流信號,因為數字電 路基本都是集成在控制IC內部, 在外部表現出來的也只是基本的高低電平,所 我們現在也基本用不上數字識別探頭. 信號的特點: 選用某一個探頭去測試一個信號, 對信號特點的了解非常重要. 我們需要了解那些特點呢?,第一, 信號的頻率成分. 純正的正弦曲線擁有單一的頻率,例如1KHz的純正
9、正弦波就只有1KHz的頻率成分. 但是如果是1KHz的方波呢? 其頻率成分就比較複雜, 它還包含很多次的諧波成分,3次,5次,7次.如果不考慮這些諧波成分的話,波型就會失真. 所以我們在在選用探頭時就需要考慮信號的頻率成分帶寬跟探頭帶寬之間的關係,一般遵行5倍原則,就是探頭的帶寬要比信號基礎頻率高35倍, 才能保證測試的精確性. 另外信號的上升時間也需要考慮,基本頻率只有100KHz,上升時間為10nS的方波, 其諧波成分遠比純正的1MHz的正弦波高的多. 我們現在做的硬開關的switch power supply其內部波型絕大多數為方波.,Page 7 of 10,第二, 信號源的阻抗 探頭
10、具有輸入阻抗,當它與實際電路連接時, 都是並聯到測試電路中去,這樣就會改變原電路的性質.通常情況下, 探頭的輸入阻抗都遠遠高于待測電路,所以我們不考慮其影響,但是在電源中的某些敏感電路中,當探頭加上去時,會發現電源不能正常工作.因為已經改變原電路的阻抗或者引入的輸入電容改變原電路的上升時間. 從上面的例子中我們可以看到,最好選用高阻抗,低電容的探頭,以最大限度信號源的探頭負荷.,第三, 信號源的幅度(最大,最小值) 信號源的幅度考慮也非常重要, 用很大量程的探頭來測試小信號,一是精確度 的考慮,二是大才小用, 如果信號源的幅度很大,超過了探頭的承受能力,就會 損壞探頭. 第四 物理連接考慮因素
11、 1.方便連接 2.安全方面考慮 3.連接線太長會引入干擾,探頭使用注意事項 探頭是比較精密的儀器配件, 在電性上和物理上很多方面都很脆弱,容易損壞,所以大家在使用的過程中需要非常小心,請注意以下事項. 1. 10X電壓探頭, 1)確記其最大量程只有300V, 所以在測試主MOSFET等高壓器件是請不要選用該類探頭.,2)無源探頭的地線是同示波器的大地連接在一起的. 示波器廠商設計該類探頭就只是用于測試以大地為參考點的信號,不能測試電源一次側的信號.雖然我們的示波器都是把地線剪掉了的,這就相當于示波器變成了一個浮地的設備,變得可以測試一次側的信號,但是從準確性,安全性方面來說都是欠妥的.在我們
12、部門出現過用10X電壓探棒測試二次側電壓跟100X電壓探棒測試輸入AC電壓,結果把100X電壓探棒的接地線瞬間燒斷的事故.如果需要同時監測一次,二次側的信號的情況,一次側請用差分探棒. 3)探頭在使用的過程中要注意輕拿輕放,因為10X探棒的接地線比較細,非常容易折斷.,2. 100X 電壓探頭 現在我們部門的100X電壓探頭常用于測試一次的主MOSFET等高壓元件,在這個測試過程中需要非常小心.一定要先檢查示波器的接地線已經剪掉, 再者就是要注意不可同時用無源探頭測試一次,二次側的信號. 同10X電壓探棒一樣, 100X電壓探棒的接地線也很容易折斷. 3. 50X/500X高壓差分探頭 差分探
13、頭的使用注意事項相對少一些,但是輕拿輕放是一定要做到的. 猛烈撞擊和摔打等都很容易造成損壞. 差分探頭系統通常包含敏感的器件,過壓可能損壞這些器件,包括靜電放電.所以差分探頭還要注意ESD防護喔.差分探頭的操作溫度範圍是040 degree C, 在50 degree C的高溫環境中不能使用.,4. Tek TCP202 電流探頭 該類探頭的損壞率是相當高的,為什麼呢?因為它對物理撞擊和超規格使用都非常敏感.使用過程中請注意以下事項: 1)探頭頭部的感應磁環不能經受撞擊;穿線孔較小,故只能套入較小的線材.如果線材較大還要強行套入, 也會引起探頭損壞. 2)探頭與示波器的連接頭非常精密,內部包含
14、轉換電路,也不能經受撞擊.,3)該探頭的量程是 DC15A current 和 50A peak pulse current. 這個量程在我們的測試中很容易突破,所以需要非常小心.用該探頭測試輸入電流時,一般在正常工作時其電流是不會超過15A的,但在開機的瞬間,inrush current會遠遠高于50A, 達到200多A,甚至超過300A. 所以在做這樣的測試時需要先將探頭取下,待電源工作穩定以後再加入探頭. 4)該探頭的使用溫度範圍是050degree C.不能在高于50度的環境中使用. 在其它部門曾發生電流探頭在chamber中被烤壞的事故. 5. TCP 305 和TCP 303電流探頭 這兩種探頭的量程都比較大,不過還是需要注意TCP 305的量程.其它注意事項跟TCP 202 差不多.,
