電子產品日益復雜,市場對示波器的帶寬和準確性提出更高要求。這不是購買一臺高檔示波器就能解決的問題,還需搭配適合的探頭和正確的測試方法。本文從探頭的原理出發,講述如何正確選擇和使用探頭。
認識示波器探頭
被測信號不可能直接接入到示波器中,這就需要一個設備為測試點與示波器之間建立電氣連接。根據需求不同,這個設備可以是一個導線,也可能是較為復雜的電路。這個負責勾連測試點與示波器的設備就是示波器探頭。所以示波器探頭至關重要,沒有探頭示波器將無法進行測量。

圖1
上圖為示波器探頭測量時的示意圖,從上圖可知,示波器一般具有三個典型的部分,探頭頭部、探頭電纜和探頭補償設備。其中探頭頭部的作用是與測試點直接接觸,從而與被測系統產生電氣連接,最終獲取到需要測量的信號。探頭電纜的作用則是使示波器和探頭頭部彼此不互相干涉,可以做到在不移動示波器的前提下,隨意移動探頭頭部,使之可以方便的與測試點接觸。最后的探頭補償設備,主要是為了盡量消除探頭電纜帶來的負面影響,從一定程度上保持探頭的測量準確性。
由探頭的基本結構可知,探頭是不可能被看為一個透明的設備,一定會有很多性能上的限制,比如探頭電纜和補償設備決定了探頭的帶寬,又比如探頭中的器件尺寸也決定了探頭的輸入電壓。所以探頭會有一些基本的參數。在此歸納一下:
1、衰減系數
衰減系數,是所有探頭都會有的一個參數,指的是探頭使信號幅度下降的程度。某些探頭可能會有可選擇的衰減系數。典型的衰減系數有1×、10×和100×。1×探頭表示不會對信號進行衰減。10×則表示信號會被衰減10倍再輸入示波器。1×、10×這些名稱的由來,是因為之前的示波器沒有自動識別探頭衰減系數和自動調節的能力,所以需要通過1×、10×這些名稱來提醒測試者記得要把測量出來的結果乘以相應的倍數。
2、帶寬
帶寬也同樣是一個探頭必備的參數,指的是探頭導致信號衰減-3dB情況下的頻率點。如下圖所示:

圖2
如100MHz探頭就有100MHz帶寬,500MHz探頭就有500MHz帶寬。一些探頭,還會有一個低頻的帶寬頻率,比如一些AC探頭,不能傳遞DC信號,它在低頻段會有一個帶寬參數。值得一提的是,帶寬指的是-3dB的頻譜,此時信號被測量出的幅度只有真實信號的70.7%,所以測量者需要考慮對這個結果是否可以被接受,否則就需要使用更高帶寬的探頭。