市场上提供了数百种、甚至数千种不同的示波器探头。选择范围如此广泛的探头是否真有必要呢?答案是肯定的,在本文中,您将发现其原因是什么。在了解这些原因之后,您将更好地作好准备,选择能够与正在使用的示波器和需要进行的测量类型相匹配的探头。其带来的好处是,选择适当的探头将能够增强测量功能和结果。
可供选择的示波器型号和功能非常广泛,只是市场上出现大量探头的基本原因之一。不同的示波器要求不同的探头。400MHz 示波器要求支持 400MHz 带宽的探头。
但是,许多功能和成本相同的探头会争夺 100MHz示波器,因此,必须设计一套不同的探头,来支持100MHz 的带宽。
一般来说,应尽可能选择与示波器的带宽相匹配的探头。如果不能做到这一点,那么最好选择超过示波器带宽的探头。
但是,带宽只是一个开始。示波器还可能有不同的输入连接器类型和不同的输入阻抗。例如,大多数示波器使用一个简单的 BNC 类型的输入连接器。其它示波器可能会使用 SMA 连接器,如图1所示,还有的示波器带有专门设计的连接器,支持读数、轨迹ID、探头功率或其它专用功能。
因此,探头选择中还必须包括使连接器能够兼容使用的示波器。这可以是直接兼容连接器,也可以是通过相应适配器进行的连接。
读数支持在探头 / 示波器连接器兼容能力尤为重要。在示波器上互换 1X 和 10X 探头时,示波器的垂直标度读数应体现 1X 到 10X 的变化。例如,如果示波器连接 1X 探头时的垂直标度读数是 1V/ 格( 每格 1 伏 ),然后换成 10X探头,那么垂直读数应以 10 倍的系数变成 10V/ 格。如果示波器读数中没有体现这种从 1X到 10X 变化,那么使用 10X 探头进行的幅度测量将比本来数字低 10 倍。
某些通用或商用探头可能不支持所有示波器的读数功能。结果,在使用通用探头代替示波器制造商专门推荐的探头时必需特别注意。
除带宽和连接器差异外,各种示波器还有不同的输入阻和电容值。一般来说,示波器输入电阻是 50 欧姆或 1 兆欧。但是,根据示波器的带宽指标和其它设计因素,输入电容可能会有很大变化。为实现正确传送信号和保真度,重要的一点是探头的电阻和电容与其使用的示波器的电阻和电容相匹配。例如,50 欧姆探头应与 50 欧姆示波器输入一起使用。类似的,1 兆欧探头应在 1 兆欧输入电阻的示波器上使用。
在使用衰减器探头时,这种一对一电阻匹配会出现例外。例如,用于 50 欧姆环境的 10X 探头将有 500 欧姆的输入电阻,用于 1 兆欧环境的 10X探头将有 10兆欧的输入电阻。( 衰减器探头如 10X探头也称为分路器探头和复用器探头。这些探头乘以示波器的测量范围,其通过衰减或除以示波器提供的输入信号来实现这一点。)
除电阻匹配外,探头电容还应与示波器的额定输入电容相匹配。通常情况下,这一电容匹配可以通过调节探头的补偿网络来实现。但是,只有在示波器的额定输入电容落在探头的补偿范围内时,才有可能实现这一点。因此,探头具有不同的补偿范围,以满足不同示波器输入要求的情况并不少见。
示波器制造商已经大大简化了探头与示波器的匹配问题。示波器制造商作为完整系统审慎地设计探头和示波器。结果,一直可以通过使用示波器制造商指定的标准探头,来实现探头与示波器的最佳匹配。使用制造商指定探头之外的任何其它探头,都可能会使测量性能达到最佳水平。
仅探头与示波器匹配要求一项,就导致了市场上出现大量的基本探头。然后,必需使用不同的探头满足不同的测量需求,又明显提高了探头数量。其最基本的差异在于被测的电压范围。毫伏、伏特和千伏测量一般要求具有不同衰减系数 (1X,10X,100X) 的探头。
此外,许多情况下信号电压是差分电压。也就是说,信号存在于两个点或两条线中,这两个点或两个信号都没有处于接地或公共电位 ( 参见图2)。这种差分信号在电话语音电路、计算机磁盘读通道和多相电路十分常见。测量这些信号也要求另一种探头,称为差分探头。
还有许多情况,特别是在电源应用中,电流或多或少地与电压相关。传感电流、而不是电压的另一类探头可以最好地满足这些应用需求。
电流探头和差分探头只是提供的众多不同探头中的两种特定探头。本章其余部分介绍了部分比较常见的探头类型及其特别优势。