示波器探頭(2)

我們先來(lái)觀(guān)察一下用600MHz無(wú)源探頭和1.5GHz有源探頭測試1ns上升時(shí)間階躍信號的影響。使用脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)1ns的階躍信號，通過(guò)測試夾具后，使用SMA電纜直接連接到一個(gè)1.5GHz帶寬的示波器上，這樣示波器上會(huì )顯示一個(gè)波形（如下圖中的蘭色信號），把這個(gè)波形存為參考波形。然后使用探頭點(diǎn)測測試夾具去探測被測信號，通過(guò)SMA直連的波形因為受探頭負載的影響而變成黃色的波形，探頭通道顯示的是綠色的波形。然后分別測試上升時(shí)間，可以看出無(wú)源探頭和有源探頭對高速信號的影響。

具體測試結果如下：
使用1165A 600MHz無(wú)源探頭，使用鱷魚(yú)嘴接地線(xiàn)：受探頭負載的影響，上升時(shí)間變?yōu)椋?.9ns；探頭通道顯示的波形存在振鈴，上升時(shí)間為：1.85ns;
使用1156A 1.5GHz有源探頭，使用5cm接地線(xiàn)：受探頭負載的影響較小，上升時(shí)間仍為：1ns；探頭通道顯示的波形與原始信號一致，上升時(shí)間仍為：1ns。
單端有源探頭結構圖如下，使用放大器實(shí)現阻抗變換的目的。單端有源探頭的輸入阻抗較高（一般達100Kohm以上），而輸入電容較?。ㄒ话阈∮?pf)，通過(guò)探頭放大器后連接到示波器，示波器必須使用50ohm輸入阻抗。有源探頭帶寬寬（現在可達30GHz），而負載小，但是價(jià)格相對較高（一般每根探頭達到同樣帶寬示波器價(jià)格的10%左右)，動(dòng)態(tài)范圍較?。ㄟ@個(gè)需要注意，因為超過(guò)探頭動(dòng)態(tài)范圍的信號，不能正確測試。一般動(dòng)態(tài)范圍5V左右），比較脆弱，使用需小心。

差分探頭結構圖如下，使用差分放大器實(shí)現阻抗變換的目的。差分探頭的輸入阻抗較高（一般達50Kohm以上），而輸入電容較?。ㄒ话阈∮?pf)，通過(guò)差分探頭放大器后連接到示波器，示波器必須使用50ohm 輸入阻抗。差分探頭帶寬非常寬（現在可達30GHz），負載非常小，具有較高共模抑制比，但是價(jià)格相對較高（一般每根探頭達到同樣帶寬示波器價(jià)格的10% 左右)，動(dòng)態(tài)范圍也較?。ㄟ@個(gè)需要注意，因為超過(guò)探頭動(dòng)態(tài)范圍的信號，不能正確測試。一般動(dòng)態(tài)范圍3V左右），比較脆弱，使用需小心。
差分探頭適合測試高速差分信號（測試時(shí)不用接地），適合放大器測試，電源測試，適合虛地測試等應用。

電流探頭也是有源探頭，利用霍爾傳感器和感應線(xiàn)圈實(shí)現直流和交流電流的測量。電流探頭把電流信號轉換成電壓信號，示波器采集電壓信號，再顯示成電流信號。電流探頭可以測試幾十毫安到幾百安培的電流，使用時(shí)需要引出電流線(xiàn)（電流探頭是把導線(xiàn)夾在中間進(jìn)行測試的，不會(huì )影響被測電路）。
電流探頭在測試直流和低頻交流時(shí)的工作原理：
當電流鉗閉合，把一通有電流的導體圍在中心時(shí)，響應地會(huì )出現一個(gè)磁場(chǎng)。這些磁場(chǎng)使霍爾傳感器內的電子發(fā)生偏轉，在霍爾傳感器的輸出產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢。電流探頭根據這個(gè)電動(dòng)勢產(chǎn)生一個(gè)反向（補償）電流送至電流探頭的線(xiàn)圈，使電流鉗中的磁場(chǎng)為零，以防止飽和。電流探頭根據反向電流測得實(shí)際的電流值。用這個(gè)方法，能夠非常線(xiàn)性的測量大電流，包括交直流混合的電流。

電流探頭在測試高頻時(shí)的工作原理：
隨著(zhù)被測電流頻率的增加，霍爾效應逐漸減弱，當測量一個(gè)不含直流成分的高頻交流電流時(shí)，大部分是通過(guò)磁場(chǎng)的強弱直接感應到電流探頭的線(xiàn)圈。此時(shí)，探頭就像一個(gè)電流變壓器，電流探頭直接測量的是感應電流，而不是補償電流，功放的輸出為線(xiàn)圈提供一個(gè)低阻抗的接地回路。

電流探頭在交叉區域時(shí)的工作原理：
當電流探頭工作在20KHz的高低頻交叉區域時(shí)，部分測量是通過(guò)霍爾傳感器實(shí)現的，另一部分是通過(guò)線(xiàn)圈實(shí)現的。