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通用示波器探极原理及使用方法


探极俗称测量探头,它是连接在示波器外部的一个输入电路部件。由于在输入电路的前端采用探极,则可很方便地自备测源探测信号和提高示波器通道的输入阻抗,从而拓宽示波器的使用频带。


一、探头的电容补偿和电压的比例衰减

1、采用电容补偿法可提高探极的保真度

图1为示波器的探极内部电路,图中C为补偿电容,可通过调节该补偿电容得到最佳补偿。例如在示波器自校准过程中,将5V 1KHz的标准方波输入探极,通过调节补偿电容C,在屏幕上可显示下图2中的三种波形。

通过上图2中三种波形的比较则可看出采用电容补偿法可提高探极的保真度。

2、采用电压比例衰减,扩展示波器的测量范围

图1中的通用探极也称分压是探极,分压比有探极电阻R和示波器输入电阻Ri决定,一般为10 ﹕1,即原来 1mV到10V每格的典型示波器灵敏度范围,在8格显示时能测得4mV峰峰值到40V峰峰值范围内的信号。通过10﹕1的衰减使得动态测量范围扩展到40mV到400V,非常有效的扩大了示波器的测量范围。其原因是由于在图1电路中,提高了示波器的输入阻抗,从而扩展了示波器的实际测量频率。

通用示波器探极原理及使用方法.jpg


二、探极的阻抗匹配

图3中的探极是在同轴电缆连接示波器的一端接入RLC阻抗匹配网络,这种探极的同轴电缆在阻抗匹配的情况下工作,使得探极的频率上限值从无匹配网络探极(图1)的几十兆赫兹提高到几百兆赫兹以上。比如P6008型探极,其内部电路如图3,电缆长为1m,C1=7.5PF,R1=9 MΩ,L1=0.15~0.25μh, C2=2~35PF,R2=1K Ω,L2=0.6~1.1 μ h, C3=1PF,其中L1、L2、C2构成匹配网络中的半节串臂的导出式滤波器。去导出系数m=0.6时,从滤波器左端看进去的阻抗在通带内几乎与频率无关,可实现与电缆的匹配;从该滤波器右端看进去的阻抗在通带内随频率升高减小,示波器的输入阻抗想匹配。将这种探极与输入阻抗参数为1 MΩ/20PF的示波器配用时,瞬态特性的上升时间tr<3ns,上限频率可超过100MHz。


通过以上对示波器探极原理分析,现对如何正确使用示波器探极提出几点建议:

1、足够的带宽或上升时间:探头的带宽应等于或大于示波器的带宽,比测量的波形频率大 5 倍。或者说探头、示波器上升时间之和应比被测信号的上升时间3~5倍。

2、电压限制:为了保证个人安全以及避免损坏探头和仪器,应初步了解被测电压的范围及所使用探极的电压限制。

3、电容补偿:一根为补偿的探极能产生各种各样的测量错误,特别是测量脉冲上升或下降时间。为了避免此类错误,通常先把探极连接到示波器校准探极端进行校准,以保证测量精度。

4、接地线尽可能的短且直接:延伸的接地线所增加的电感能在快速交换的波形上引起阻尼振荡。

5、张力和过湿的环境对探极也有危害:探极的电缆阻止一般为 300~500 Ω /m,典型植为 400 Ω /m,张力过大引起的断线将会减小电缆电阻,使反射失真不够彻底。过湿的环境易导致电击及设备的损坏。


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