示波器探頭電路圖及其原理圖詳解

　　一、示波器探頭電路圖

　　我們可以把探頭模型簡(jiǎn)單等效為一個(gè)R、L、C電路，把這個(gè)模型與被測(cè)電路放在一起，如下圖所示：

　　如上圖所示，Rprobe是探頭的輸入電阻，為了盡可能減少探頭對(duì)被測(cè)電路的影響，要求探頭本身的輸入電阻Rprobe越大越好，但是Rprobe是不可能做到無(wú)窮大的，所以就會(huì)和被測(cè)電路產(chǎn)生分壓，使得實(shí)測(cè)電壓比實(shí)際電壓小。為了避免探頭電阻負(fù)載造成的影響，一般要求Rprobe要大于Rsource和Rload的10倍以上。大部分探頭的輸入阻抗在幾十K歐姆到幾十兆歐姆之間。

　　Cprobe是探頭本身的輸入電容。這個(gè)電容不是刻意做進(jìn)去的，而是探頭的寄生電容。這個(gè)寄生電容也是影響探頭帶寬的最重要因素，因?yàn)檫@個(gè)電容會(huì)衰減高頻成分，把信號(hào)的上升沿變緩。通常高帶寬的探頭寄生電容都比較小。理想情況下Cprobe 應(yīng)該為0，但是實(shí)際做不到。一般無(wú)源探頭的輸入電容在10pf 至幾百pf 間，帶寬高些的有源探頭輸入電容一般在0.2pf 至幾pf 間。

　　Lprobe是探頭導(dǎo)線的寄生電感，通常 1mm 探頭的地線會(huì)有大約 1nH 的電感，信號(hào)和地線越長(zhǎng)，電感值越大。探頭的寄生電感和寄生電容組成了諧振回路，當(dāng)電感值太大時(shí)，在輸入信號(hào)的激勵(lì)下就有可能產(chǎn)生高頻諧振，造成信號(hào)的失真。所以高頻測(cè)試時(shí)需要嚴(yán)格控制信號(hào)和地線的長(zhǎng)度，否則很容易產(chǎn)生振鈴。

　　在使用示波器時(shí)，需要對(duì)示波器測(cè)量通道的耦合方式和輸入阻抗進(jìn)行設(shè)置，耦合方式有AC和DC兩種，輸入阻抗有1MΩ和50Ω兩種。示波器的探頭種類很多，但是示波器的的匹配永遠(yuǎn)只有1M 歐姆或50歐姆兩種選擇，不同種類的探頭需要不同的電阻與之匹配。示波器輸入接口的電路示意圖如下圖所示：

　　測(cè)量普通信號(hào)時(shí)一般用DC耦合方式，測(cè)試電源的紋波/噪聲時(shí)需要使用AC耦合方式，示波器接有源探頭時(shí)，輸入阻抗會(huì)自動(dòng)切換到50Ω檔位，接無(wú)源探頭時(shí)需要手動(dòng)切換到1MΩ檔位。

　　從電壓測(cè)量的角度來(lái)說(shuō)，為了減小對(duì)被測(cè)電路的影響，示波器應(yīng)采用1MΩ的高輸入阻抗，但是由于高阻抗電路的帶寬很容易受到寄生電容的影響。所以 1MΩ的輸入阻抗廣泛應(yīng)用于 500M 帶寬以下的測(cè)量。對(duì)于更高頻率的測(cè)量，通常采用50Ω的傳輸線，所以示波器50歐姆匹配主要用于高頻測(cè)量。

　　為了更好的說(shuō)明示波器輸入阻抗及寄生電容對(duì)測(cè)量通道帶寬的影響，我們將電路圖從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域，如下圖所示：

　　如上圖所示，示波器輸入通道寄生電容的等效阻抗為1/（2πfc），在低頻情況下，1/（2πfc）的值非常大，無(wú)電流通過(guò)C，示波器的輸入阻抗等于R的值，但是，隨著信號(hào)頻率的提高，寄生電容的等效阻抗1/（2πfc）越來(lái)越小，所以，在高頻信號(hào)下，寄生電容對(duì)示波器的輸入阻抗影響非常大，此時(shí)示波器的輸入阻抗為R//［1/（2πfc）］。為了降低寄生電容在高頻信號(hào)下對(duì)示波器的輸入阻抗的影響，所以在測(cè)試高頻信號(hào)時(shí)，示波器的輸入阻抗都設(shè)置為50Ω。