不同类型探头及其特点

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1、不同类型探头及其特点不同类型探头及其特点 市场上提供了数百种、 甚至上千种不同的示波器探头。 示波器探头的一个技术指标是频 率特性， 按频率划分探头的种类有其方便之处， 但是示波器探头的频率覆盖范围有限很难按 无线电频率的 LF、HF、VHF、UHF、RF 等波段来划分。示波器探头是所有探头中的一种， 最常使用的探头是电压电流探头，而探头通常是按测量对象进行分类的，具体分类如图 2 所示： 2.1 无源电压探头 2.1.1 无源探头 无源探头由导线和连接器制成，在需要补偿或衰减时，还包括电阻器和电容器。探头中 没有有源器件（晶体管或放大器），因此不需为探头供电。无源探头一般是最坚固、最经济 的

2、探头，它们不仅使用简便，而且使用广泛。 2.1.2 高阻无源电压探头 从实际需要出发，使用最多的是电压探头，其中高阻无源电压探头占最大部分。无源电 压探头为不同电压范围提供了各种衰减系数 1 ，10 和 100 。在这些无源探头中，10 无 源电压探头是最常用的探头。对信号幅度是 1V 峰峰值或更低的应用，1 探头可能要比较适 合，甚至是必不可少的。在低幅度和中等幅度信号混合（几十毫伏到几十伏）的应用中，可 切换 1 /10 探头要方便得多。但是，可切换 1 /10 探头在本质上是一个产品中的两个不 同探头， 不仅其衰减系数不同，而且其带宽、上升时间和阻抗 （R 和 C）特点也不同。因此， 这

3、些探头不能与示波器的输入完全匹配，不能提供标准 10 探头实现的最优性能。 2.1.3 低阻无源电压探头 大多数高阻无源探头的带宽范围在小于 100MHz 到 500MHz 或更高的带宽之间。而低 阻无源电压探头（又称为 50 欧姆探头、Zo 探头、分压器探头）的频率特性很好，采用匹配 同轴电缆的探头，带宽可达 10GHz 和 100 皮秒或更快的上升时间。这种探头是为用于 50 欧姆环境中设计的，这些环境一般是高速设备检定、微波通信和时域反射计（TDR）。 2.1.4 无源高压探头 “高压”是相对的概念。从探头角度看，我们可以把高压定义为超过典型的通用 10 无源 探头可以安全处理的电压的任

4、何电压。 高压探头要求具有良好的绝缘强度， 保证使用者和示 波器的安全。 2.2 有源电压探头 2.2.1 有源探头 有源探头包含或依赖有源器件，如晶体管。最常见的情况下，有源设备是一种场效应晶 体管（FET），它提供了非常低的输入电容，低电容会在更宽的频段上导致高输入阻抗。可 以从下面的 Xc 公式中看出： 2.2.2 有源 FET 探头 有源 FET 探头的规定带宽一般在 500MHz4GHz 之间。除带宽更高外，有源 FET 探头 的高输入阻抗允许在阻抗未知的测试点上进行测量， 而产生负荷效应的风险要低得多。 另外， 由于低电容降低了地线影响，可以使用更长的地线。 有源 FET 探头没有

5、无源探头的电压范围。有源探头的线性动态范围一般在 0.6V 到 10V 之间。 2.2.3 有源差分探头 差分信号是互相参考，而不是参考接地的信号。差分探头可测量浮置器件的信号，实质 上它是两个对称的电压探头组成， 分别对地段有良好绝缘和较高阻抗。 差分探头可以在更宽 的频率范围内提供很高的共模抑制比（CMRR）。 2.3 电流探头 从原理上来看，用电压探头测得电压值，除以被测阻抗值，很容易就可以获得电流值。 然而，实际上这种测量引入的误差很大，所以一般不采用电压换算电流的方法。电流探头可 以精确测得电流波形， 方法是采用电流互感器输入， 信号电流磁通经互感变压器变换成电压， 再由探头内的放大

6、器放大后送到示波器。 2.3.1 交流电流探头 交流电流在互感器中，随着电流方向的变化，产生电场的变化，并感应出电压。交流电 流探头属于无源设备，无需外接供电。 2.3.2 直流电流探头 传统电流探头只能测量交流交流信号，因为稳定的直流电流不能在互感器中感应电流。 然而，利用霍尔效应，电流偏流的半导体设备将产生与直流电场对应的电压。所以，直流电 流探头是一种有源设备，需要外接供电。 所以电流探头基本上分成两类：即 AC 电流探头和 AC/DC 电流探头，AC 电流探头通常 是无源探头，AC/DC 电流探头通常是有源探头。 2.4 逻辑探头 使用示波器观察分析数字波形的模拟特点时，需要用到逻辑探

7、头，为隔离确切地成因， 数字设计人员通常需要查看在具体逻辑条件下发生的特定数据脉冲，这要求逻辑触发功能。 如图 3 为逻辑探头示意图，可以在大多数示波器中增加这种逻辑出发功能。 2.5 其他探头 由于示波器的应用范围十分广泛， 所以除了上述的探头类型外还有各种专用探头， 这些 专业探头根据其前端传感器的不同而有不同的功用， 下面我们介绍其中的两种， 仅供读者了 解。 光电探头在原理上是普通电压探头与光电转换器件的组合， 可直接测量光器件和光纤传 输的光信号。 温度探头是普通电压探头与温度传感器的组合， 可直接测量物体的温度。 温度探头属传 感器探头的一种，各种传感器探头与示波器配合可测量多种物理量。