示波器探頭基礎系列之五——示波器探頭使用指南（下）

對于許多應用要求高的阻抗和頻率（如2GHz以上），則有源探頭成為有力的工具。有源探頭使用具有高的輸入阻抗的場(chǎng)效應管放大器和緩沖器電路。典型的有源探頭提供1：1的電壓增益和1MOhm輸入電阻和2.2pF輸入電容，1G帶寬。其電路原理圖如圖14所示：

圖 14 有源探頭原理圖

關(guān)鍵部件包括由場(chǎng)效應管構成的源極，互補雙極晶體管構成的發(fā)射機。FET提供很高的輸入電阻，大于1011倍探頭輸入電阻。有源探頭要求供電，并有一個(gè)更為嚴格的動(dòng)態(tài)范圍。實(shí)際上，高帶寬有源探頭最大的缺點(diǎn)在于其很容易被高壓打壞。因為有源探頭遠遠比無(wú)源探頭貴，使用者注意應該避免這一點(diǎn)。實(shí)際上，有源探頭填補了高阻探頭和低容值探頭的各自缺點(diǎn)。具有高達2GHz的帶寬和相對高的輸入電阻，并可以驅動(dòng)相對長(cháng)的電纜線(xiàn)。加上有源探

頭可以調節偏置和耦合，因此常被用作測試儀器需要離開(kāi)待測電路一定距離的ATE自動(dòng)測試系統。

圖15 探頭地線(xiàn)電感的簡(jiǎn)化模型

探頭接地和信號完整性

當頻率提高時(shí)，探頭的二階效應如探頭地線(xiàn)電感將影響測量波形。地線(xiàn)電感由地線(xiàn)長(cháng)度和信號頻率共同決定?？紤]圖15的簡(jiǎn)化模型，探頭地線(xiàn)提供了一個(gè)信號回路，其電感值為

地平面幾何形狀的函數。如傳統的繞線(xiàn)電感為25nH/inch, 10：1、高電阻探頭的電感值為100-150nH。這些電感和探頭電容組成諧振回路。如典型的探頭電容為15pF，一個(gè)7英寸地線(xiàn)為175nH，其諧振頻率為98Mhz。如果信號頻率在這個(gè)值附近，將會(huì )出現”振鈴“現象。

圖 16 10：1探頭，7英寸地線(xiàn)測量結果

總結

對于使用快速模擬電路和數字電路的現代的電子技術(shù)而言，探頭的使用變得異常復雜。當信號頻率變高，電路的負載效應使得非常復雜。工程師需要考慮選擇合適的探頭和連接技術(shù)來(lái)減少這些影響。

探頭使用者有用的公式

計算帶寬和上升時(shí)間的測量系統

Cs 源電容（單位Farads）

Co 輸入電容（單位Farads）

Rs 源電阻 （單位 Ohm）

f 源頻率（單位Herts）

txxx 上升時(shí)間（單位 秒）

BW 帶寬（-3dB，單位Herts）

上升時(shí)間，Tr：

帶寬，BW：

上升時(shí)間為帶寬的函數：

系統上升時(shí)間：

信號上升時(shí)間：