示波器探頭X1和X10檔的區(qū)別

熟悉示波器探頭的工程師都知道，示波器探頭有X1和X10檔，當(dāng)測(cè)量一個(gè)信號(hào)時(shí)應(yīng)該如何選擇呢？今天普科科技PRBTEK給大家分享一下。

1、先我們看它們的區(qū)別？

X1檔，表示信號(hào)沒(méi)有經(jīng)過(guò)衰減進(jìn)入示波器

X10檔，表示信號(hào)衰減10倍進(jìn)入示波器（當(dāng)示波器也設(shè)置為X10檔，直接讀數(shù)即可，當(dāng)示波器設(shè)置為X1檔，示波器上讀數(shù)應(yīng)擴(kuò)大10倍才為真實(shí)值）

我們來(lái)看一下示波器探頭的等效電路？

將探頭模型簡(jiǎn)化為RLC電路，如下圖所示：

如上圖所示，Rprobe是探頭的輸入電阻，輸入電阻Rprobe越大越好，但是Rprobe是不可能做到無(wú)窮大的，它和被測(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，示波器寄生電容的等效阻抗為1/2pifc,再低頻時(shí)，C的等效阻抗非常大，大部分電流流過(guò)R,當(dāng)信號(hào)頻率提高，阻抗越來(lái)越小，輸入阻抗降低，為了降低寄生電容對(duì)示波器輸入阻抗的影響，所以在測(cè)試高頻信號(hào)時(shí)，示波器的輸入阻抗設(shè)置為50歐姆。

衰減信號(hào)是用探頭，接上這個(gè)探頭，并且用x10檔以后，經(jīng)過(guò)探頭到達(dá)示波器輸入端的信號(hào)幅度衰減到1/10， 并且從探頭輸入端來(lái)看，輸入阻抗變?yōu)?0倍，實(shí)際上從示波器自己的輸入端來(lái)看，輸入阻抗還是原來(lái)的，但對(duì)于系統(tǒng)（示波器+探頭）來(lái)說(shuō)阻抗增大為10倍。輸入阻抗高會(huì)使輸入信號(hào)的損失更小，輸入阻抗相當(dāng)于信號(hào)的負(fù)載，輸入阻抗越高，相當(dāng)于信號(hào)的負(fù)載越輕。

2、什么時(shí)候使用X1和X10?

（1）對(duì)于未知信號(hào)，最好使用X10檔，以免燒壞儀器

（2）對(duì)于比如VCO的VTUNE引腳，最好使用X10檔，因?yàn)樾盘?hào)比較敏感。衰減后對(duì)信號(hào)干擾較少

（3）測(cè)量晶振等內(nèi)阻較大，輸出阻抗大的線路時(shí)，使用X10檔，可以獲得比較精確的幅度值。起到提高輸入阻抗的作用。

總結(jié)：t探頭衰減和輸入阻抗匹配是兩個(gè)概念，要區(qū)別對(duì)待。

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