下面表格提供了各种探头电容的典型值。影响,由此,振荡频率出现的位置将超 新术语 Probe Attenuation R C 过探头/示波器系统的带宽限制。为了避 荡-当一个电路共振时引起的电压摆动,典型60B1X12100F免接地出现问题,通常使用具有最短接 地,脉冲的衰减正弦曲线称为振荡 P6106A10X10M1地导线长度的探头。替换其他的接地方 接地一因为探头必须为进行测量而从信号源分流, P6139A10X10M8pF 式,就可能导致在周期性的脉冲上出现 必然存在电流回路,这条回路,由一个探头的地导 P6243 10 1MQ≤1DF振荡 线连接电路或公共地的接地导线提供 既然接地导线是一条电线,它就一定数探头是传感器。在处理示波器探头的具 量的分布电感(见图19)。这些电感与探体情况时,记住探头是传感器,这一点 头电容相互作用,引起在某一频率的振是非常重要的。大多数示波器探头是电 这一容性负载使得测量系统的带宽降低,荡,振荡的频率由L和C的值决定。振压传感器。这就是说,他们探查或传感 上升时间变慢。可以通过选择低探头尖荡是不可避免的,并且可以看到,它是一个电压信号并且传送电压输入示波器 电容的探头,而减小容性负载。 加于脉冲上的,衰减的正弦波振荡。然而,探头也允许你检测到除电压以外 良好设计的探头接地,可以减小振荡的的信号。例如,电流探头被设计为检测 的电流成为相应的电压信号,然后再将 电压信号传送到示波器的输入端 R 同样,光电探头检测光功率,并将它们 1009 变换为示波器测量的电压信号。 R C 另外,示波器电压探头能够当作传感器 100K0 00 pF 1 MO 和变换器,用于测量不同的现象。例如, 个振动变换器,允许你在示波器屏幕 上看到机械振动信号。其可能性非常多 样,就象市场上可用的传感器一样。 图14.对于AC信号源,探头尖电客(C)是其涉及的最大负载。当信号频率增加,容性的电损X)减少,引起 常,传感器、探头、示波器是联接在 更多的信号流过电容 起的,因此他们应当被视为一个测量 W 1009 R R 100K9千100pF≥1M2 Ground Lead Inductance 图1-9.探头的接地线把自感加入电路。接地线越长,自感越大,快速脉冲产生阻尼振荡的可能性也就更大
新 术 语 振荡 － 当一个电路共振时引起的电压摆动，典型 地，脉冲的衰减正弦曲线称为振荡。 接地－ 因为探头必须为进行测量而从信号源分流， 必然存在电流回路，这条回路，由一个探头的地导 线连接电路或公共地的接地导线提供。 这一容性负载使得测量系统的带宽降低， 上升时间变慢。可以通过选择低探头尖 电容的探头，而减小容性负载。 下面表格提供了各种探头电容的典型值。 Probe Attenuation R C P6101B 1X 1MW 100 pF P6106A 10X 10MW 11 pF P6139A 10X 10MW 8 pF P6243 10X 1MW ≤ 1 pF 既然接地导线是一条电线，它就一定数 量的分布电感(见图 1-9 )。这些电感与探 头电容相互作用，引起在某一频率的振 荡，振荡的频率由 L 和 C 的值决定。振 荡是不可避免的，并且可以看到，它是 加于脉冲上的，衰减的正弦波振荡。 良好设计的探头接地，可以减小振荡的 影响，由此，振荡频率出现的位置将超 过探头/示波器系统的带宽限制。为了避 免接地出现问题，通常使用具有最短接 地导线长度的探头。替换其他的接地方 式，就可能导致在周期性的脉冲上出现 振荡。 探头是传感器。在处理示波器探头的具 体情况时，记住探头是传感器，这一点 是非常重要的。大多数示波器探头是电 压传感器。这就是说，他们探查或传感 一个电压信号并且传送电压输入示波器。 然而，探头也允许你检测到除电压以外 的信号。例如，电流探头被设计为检测 通过一根电线的电流。探头变换检测到 的电流成为相应的电压信号，然后再将 电压信号传送到示波器的输入端。 同样，光电探头检测光功率，并将它们 变换为示波器测量的电压信号。 另外，示波器电压探头能够当作传感器 和变换器，用于测量不同的现象。例如， 一个振动变换器，允许你在示波器屏幕 上看到机械振动信号。其可能性非常多 样，就象市场上可用的传感器一样。 通常，传感器、探头、示波器是联接在 一起的，因此他们应当被视为一个测量 系统。 图 1-9. 探头的接地线把自感加入电路。接地线越长，自感越大，快速脉冲产生阻尼振荡的可能性也就更大。 图 1-8. 对于AC信号源，探头尖电容( C p )是其涉及的最大负载。当信号频率增加，容性的电抗( X c )减少，引起 更多的信号流过电容。 7
的带宽、上升时间、灵敏度、及输入阻同样,你所使用的示波器系统的上升时 新术语 抗上的考虑。 间应该比你计划测量的信号的上升时间 谐波一方波,锯齿波,或其它周期性的非正弦波, 充分利用示波器的测量能力要求有一个快3~5倍并且应当计入可能的由探头 包含由基本的频率组成的频率(周期)成分,并且|匹配示波器的探头。另外,探头选择过米的信号负载。尽量使用高阻抗,低 是基频的整数倍(1X,2x,3x,)的频率,并称之 程中,也应该考虑你测量时的需要;。你电容探头。对于大多数应用来说,一个 为谐波频率。二次谐波的频率是基频的二倍,三次需要测量什么?电压?电流?一个光信 10M2的20pF或小于20pF电容量的探 号?通过选择适合于信号的一个探头, 其源负载是不必考虑的。然而,对于 谐波的频率是基频的三倍。其余同理。 你能更快得到直接的测量结果 些高速数字电路,你应当使用有源探 头,们它具有更小的探头尖电容。最后, 另外,考虑你正在测量的信号的振幅。他记住,在你能够做测量之前,你一定要 此外,实际上以上讨论的探头扩展到传们在你的示波器的动态范围以内吗?如能把探头接入电路。这可能需要考虑如 感器。传感器也有带宽限制并且能引起果不是,你需要选择能调整动态范围的下的特殊的选择问题,探头头部的尺寸, 载效应 探头,通常,通过有一个10或更高的衰探头尖适配器,以便与电路作简易便利 选择适当的探头 减的探头,在探头尖超过你计划测量的的连接。 信号的频率或上升时间时,可以确保带 由于示波器测量应用及需求的广泛性,宽或上升时间。应当记住非正弦信号有一些探测要点 在市场上示波器探头的选择也很多,可重要的频率成分或者说除了信号的基频,选择匹配示波器的并且满足应用需求的 能导致大家在选择探头时不知如何是好。还有很多的谐波频率。例如,完全包括探头,可以获得必要的测量的能力。实 为了正确地选择探头,应当遵循示波器5次谐波的100MH方波,你需要一个在际上使测量获得有效的结果也取决于你 制造商对探头选择的建议。这是非常重探头尖具有500MH带宽的一个测量系怎么使用工具。下面的探头要点将帮助 要的,因为不同的示波器设计,有不同统。 你避免一些普遍的测量问题
新 术 语 谐波 － 方波，锯齿波，或其它周期性的非正弦波， 包含由基本的频率组成的频率(1/周期)成分，并且 是基频的整数倍( 1x ， 2x ， 3x ，...)的频率，并称之 为谐波频率。二次谐波的频率是基频的二倍，三次 谐波的频率是基频的三倍。其余同理。 此外，实际上以上讨论的探头扩展到传 感器。传感器也有带宽限制并且能引起 负载效应。 选择适当的探头 由于示波器测量应用及需求的广泛性， 在市场上示波器探头的选择也很多，可 能导致大家在选择探头时不知如何是好。 为了正确地选择探头，应当遵循示波器 制造商对探头选择的建议。这是非常重 要的，因为不同的示波器设计，有不同 的带宽、上升时间、灵敏度、及输入阻 抗上的考虑。 充分利用示波器的测量能力要求有一个 匹配示波器的探头。另外，探头选择过 程中，也应该考虑你测量时的需要。你 需要测量什么？电压？电流？一个光信 号？通过选择适合于信号的一个探头， 你能更快得到直接的测量结果。 另外，考虑你正在测量的信号的振幅。他 们在你的示波器的动态范围以内吗？如 果不是，你需要选择能调整动态范围的 探头。通常，通过有一个10X或更高的衰 减的探头，在探头尖超过你计划测量的 信号的频率或上升时间时，可以确保带 宽或上升时间。应当记住非正弦信号有 重要的频率成分或者说除了信号的基频， 还有很多的谐波频率。例如，完全包括 5次谐波的100 MHz方波，你需要一个在 探头尖具有 500 MHz 带宽的一个测量系 统。 同样，你所使用的示波器系统的上升时 间应该比你计划测量的信号的上升时间 快 3～5 倍。并且应当计入可能的由探头 带来的信号负载。尽量使用高阻抗，低 电容探头。对于大多数应用来说，一个 10 MW 的 20 pF 或小于 20 pF 电容量的探 头，其源负载是不必考虑的。然而，对于 一些高速数字电路，你应当使用有源探 头，们它具有更小的探头尖电容。最后， 记住，在你能够做测量之前，你一定要 能把探头接入电路。这可能需要考虑如 下的特殊的选择问题，探头头部的尺寸， 探头尖适配器，以便与电路作简易便利 的连接。 一些探测要点 选择匹配示波器的并且满足应用需求的 探头，可以获得必要的测量的能力。实 际上使测量获得有效的结果也取决于你 怎么使用工具。下面的探头要点将帮助 你避免一些普遍的测量问题： 8
补偿你的探头。大多数探头被设计为匹衰减探头(10X和100X探头),有内建的探头补偿,遵循下列过程: 配特定的示波器的输入电路。然而,不补偿网络 1.把探头接入示波器。 同的示波器之间有细微的变化,甚至在如果你的探头有一个补偿网络,你应该2把探头尖接入示波器前面板上的探头 同一示波器的不同的输入通道之间也有 调整这个网络,为你正在使用的示波器补偿测试点见图1-10) 为了处理这一问题,许多探头,特别是通道做探头补偿 3.使用探头自带的调整工具或其他无感 调节工具,来调节补偿网络,从而获 得一个标准波形,这一波形应当具有 平直的顶部,不能有过冲及圆弧。(见 图111 e○°888 4.如果示波器有内嵌的校准程序,运行 Oeo o C D口 这个程序,从而提高精确度 根未补偿的探头能导致各种各样的测 aaDa口 lo⊙ 量错误,特别是测量脉冲上升或下降时 间。为避免这样的错误,通常在把探头 连结到示波器及检查补偿以后补偿探头。 另外,无论何时你改变探头尖适配器后 再检查探头补偿,是非常明智的 图1-10.探头补偿的调节,或者在探头尖端或者在接入示波器输入的补偿盒。 NaKu Dr 过补偿。 h欠补偿。 C道当补。 图1-11.一个探头补偿效果的例子:对方波的影响
补偿你的探头。大多数探头被设计为匹 配特定的示波器的输入电路。然而，不 同的示波器之间有细微的变化，甚至在 同一示波器的不同的输入通道之间也有。 为了处理这一问题，许多探头，特别是 衰减探头( 10X 和 100X 探头)，有内建的 补偿网络。 如果你的探头有一个补偿网络，你应该 调整这个网络，为你正在使用的示波器 通道做探头补偿。 探头补偿，遵循下列过程： 1 . 把探头接入示波器。 2. 把探头尖接入示波器前面板上的探头 补偿测试点(见图 1-10 )。 3. 使用探头自带的调整工具或其他无感 调节工具，来调节补偿网络，从而获 得一个标准波形，这一波形应当具有 平直的顶部，不能有过冲及圆弧。 (见 图 1-11 )。 4 .如果示波器有内嵌的校准程序，运行 这个程序，从而提高精确度。 一根未补偿的探头能导致各种各样的测 量错误，特别是测量脉冲上升或下降时 间。为避免这样的错误，通常在把探头 连结到示波器及检查补偿以后补偿探头。 另外，无论何时你改变探头尖适配器后， 再检查探头补偿，是非常明智的。 c.适当补偿。 图 1-11. 一个探头补偿效果的例子：对方波的影响。 图 1-10 . 探头补偿的调节，或者在探头尖端或者在接入示波器输入的补偿盒。 a.过补偿。 b.欠补偿。 9
只要可能,使用适当的探头尖适配器。使接地线尽可能的短和直接。当做性能概要 对被测量的电路进行测量时,一个适当检查或修理大的电路板或系统时,经常在第一章里,我们努力提供了适当选择 的探头尖适配器能使探头连接快速,方想延长探头的接地线。加长的接地线使探头及适当使用探头的所有的必要的基 便,并且稳定可靠。不幸地是,用一截得你接地后,在你探看各各测试点时,就本的信息 普通地短电线直接焊接于电路点上充当能够自由地在系统附近移动探头,而不 探头尖适配器是非常常见的。问题在于,需要再次连接地线。然而,延伸的接地在下列章节,我们将详细阐述这个问题, 即是是一至两个英寸的电线都能在高频线所增加的电感能在快速变换的波形上同时,也将阐述关于探头及探测技术的 率通过时,产生重大的阻抗变化。这个引起阻尼振荡。如图1-13所示,当使用 更高级知识 影响由图1-12显示,一个电路由探头尖标准的探头和加长的接地线探头时波形 直接的接触进行测量,对比通过一根连的测量情况 接于探头尖及电路之间的短电线进行测 A m a.直接的探头尖接触。 b.在探头尖处有2英寸电线 图12.将短电线接入测试点,能引起信号的保真度问题。在这种情况中,上升时间从4.74ns(a)被改变到5 67的ns(b) a.65英寸探头接地线 b.28英寸接入探头接地线。 图1-13.延伸探头接地线能引起阻尼振荡在脉冲上出现
只要可能，使用适当的探头尖适配器。 对被测量的电路进行测量时，一个适当 的探头尖适配器能使探头连接快速，方 便，并且稳定可靠。不幸地是，用一截 普通地短电线直接焊接于电路点上充当 探头尖适配器是非常常见的。问题在于， 即是是一至两个英寸的电线都能在高频 率通过时，产生重大的阻抗变化。这个 影响由图 1-12 显示，一个电路由探头尖 直接的接触进行测量，对比通过一根连 接于探头尖及电路之间的短电线进行测 量。 使接地线尽可能的短和直接。当做性能 检查或修理大的电路板或系统时，经常 想延长探头的接地线。加长的接地线使 得你接地后，在你探看各各测试点时，就 能够自由地在系统附近移动探头，而不 需要再次连接地线。然而，延伸的接地 线所增加的电感能在快速变换的波形上 引起阻尼振荡。如图1-13 所示，当使用 标准的探头和加长的接地线探头时波形 的测量情况。 概要 在第一章里，我们努力提供了适当选择 探头及适当使用探头的所有的必要的基 本的信息。 在下列章节，我们将详细阐述这个问题， 同时，也将阐述关于探头及探测技术的 更高级知识。 图 1-12. 将短电线接入测试点，能引起信号的保真度问题。在这种情况中，上升时间从 4.74 ns (a) 被改变到 5. 67 的 ns (b)。 a. 直接的探头尖接触。 b. 在探头尖处有2 英寸电线。 图 1-13. 延伸探头接地线能引起阻尼振荡在脉冲上出现。 a. 6.5英寸探头接地线。 10 b. 28 英寸接入探头接地线
第二章对于不同的应用需要使用不同的探头 在市场上可以获得成百上千的不同种类广泛的探头选择确实是必要的吗?答案时候都匹配示波器的带宽。如果不是这 的示波器探头。 Tektronixκ的测量产品目是:是的!并且在这章你将发现原因是样,应选择超过示波器的带宽的探头。带 列出超过70种不同的探头型号。如此什么 宽是首要的考虑。示波器也有不同的输 通过理解这些原因,你将更好地准备探 入接头类型和不同的输入阻抗。例如,大 新术语 头选择,从而匹配你正在使用示波器和多数示波器使用一简单的BNC(同轴电 匹配你需要做的测量的类型 接插件)类型输入接头。也有使用SMA (表面贴装)接头的。另外,如图21所 读出一在一台示波器屏幕上是示的字符及数字的其好处是:合适的探头选择导致测量性示,特殊设计的探头接口将支持读出器 息,它提供波形缩放比例信息,测量结果,或 能及结果的提高 其他的信息。 这样,探头选择也必须与特定示波器兼 踪迹识别一当多重的波形踪迹在一台示波器上被为什么有如此多种类的探头? 显示时,踪迹D特征允许识别一个从特定探头或示波器型号和性能的多样性是有如此多 示波器通道来的特殊波形,瞬时按下探头上的踪探头的一个基本原因,不同的示波器要这可以是直接的接头兼容性生,或通过 迹D钮,能够使示波器跟踪相应的波形并即刻求不同的探头,一个40M示波器要个适当的适配器的连接读出器支持是 以跟踪识别的方式改变示波器工作模式 求支持40MHL的带宽的探头。然而,这探头1示波器按头兼容性的一个特别重 探头供电一供给探头电力的有:示波器,探头放些同样的探头对于10比示波器来说 大器,或被测电路等。探头需要供电的这一特征,不论从性能上还是从价格上都是不必要当1X和10.探头在一个示波器上被互换 使其具有有源电子学的特性,因此归类定义为有 时,示波器的垂直刻度读出器应该反映 源探头 因此,需要为10WH带宽设计一种不1X到10的变化 同的探头。通常,探头应该选择为任何例如,如果示波器的垂直刻度读出是1伏 特格,使用ⅨX探头,当改变为一根10X 探头,垂直的读出应该被乘以10为10M 格。如果示波器不能随着1X到10X的改 变而改变刻度,用10X探头作振幅测量 时,得到的结果将比实际值小十倍。 很多市面上销售的普通探头不能为所有 的示波器支持读出功能。所以,当代替 制造商特别推荐的探头而使用通用的探 头时,额外的小心是非常必要的 除了带宽和接头的差别,各种各样的示 波器也有不同的输入阻抗和输入电容 典型地,示波器输入电阻是50g或1 图2-1.需要各种各样接头类型的探头匹配不同的示波器输入通道连接器
第二章 对于不同的应用需要使用不同的探头 新 术 语 读出－ 在一台示波器屏幕上显示的字符及数字的 信息，它提供波形缩放比例信息，测量结果，或 其他的信息。 踪迹识别－ 当多重的波形踪迹在一台示波器上被 显示时，踪迹ID 特征允许识别一个从特定探头或 示波器通道来的特殊波形。瞬时按下探头上的踪 迹 ID钮，能够使示波器跟踪相应的波形，并即刻 以跟踪识别的方式改变示波器工作模式。 探头供电 － 供给探头电力的有：示波器，探头放 大器，或被测电路等。探头需要供电的这一特征， 使其具有有源电子学的特性，因此归类定义为有 源探头。 在市场上可以获得成百上千的不同种类 的示波器探头。Tektronix 的测量产品目 录列出超过70种不同的探头型号。如此 广泛的探头选择确实是必要的吗？答案 是：是的！并且在这章你将发现原因是 什么。 通过理解这些原因，你将更好地准备探 头选择，从而匹配你正在使用示波器和 匹配你需要做的测量的类型。 其好处是：合适的探头选择导致测量性 能及结果的提高。 为什么有如此多种类的探头？ 示波器型号和性能的多样性是有如此多 探头的一个基本原因。不同的示波器要 求不同的探头。一个 400 MHz 示波器要 求支持 400 MHz的带宽的探头。然而，这 些同样的探头对于100MHz示波器来说， 不论从性能上还是从价格上都是不必要 的。 因此，需要为 100 MHz 带宽设计一种不 同的探头。通常，探头应该选择为任何 时候都匹配示波器的带宽。如果不是这 样，应选择超过示波器的带宽的探头。带 宽是首要的考虑。示波器也有不同的输 入接头类型和不同的输入阻抗。例如，大 多数示波器使用一简单的 BNC（同轴电 缆接插件）类型输入接头。也有使用 SMA （表面贴装）接头的。另外，如图 2-1 所 示，特殊设计的探头接口将支持读出器， 踪迹 ID ，探头供电，或其它高级特性。 这样，探头选择也必须与特定示波器兼 容。 这可以是直接的接头兼容性，或通过一 个适当的适配器的连接。读出器支持是 探头 / 示波器接头兼容性的一个特别重 要的方面。 当 1X 和 10X 探头在一个示波器上被互换 时，示波器的垂直刻度读出器应该反映 1X 到 10X 的变化。 例如，如果示波器的垂直刻度读出是1伏 特/格，使用 1X 探头，当改变为一根 10X 探头，垂直的读出应该被乘以10为10v/ 格。如果示波器不能随着1X 到 10X的改 变而改变刻度，用 10X 探头作振幅测量 时，得到的结果将比实际值小十倍。 很多市面上销售的普通探头不能为所有 的示波器支持读出功能。所以，当代替 制造商特别推荐的探头而使用通用的探 头时，额外的小心是非常必要的。 除了带宽和接头的差别，各种各样的示 波器也有不同的输入阻抗和输入电容。 典型地，示波器输入电阻是 50 W 或 1 MW。 图 2-1. 需要各种各样接头类型的探头匹配不同的示波器输入通道连接器。 11