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2019年12月31日 | 示波器探头电路图及其原理图详解
2019-12-31 来源：elecfans
一、示波器探头电路图
我们可以把探头模型简单等效为一个R、L、C电路，把这个模型与被测电路放在一起，如下图所示：
如上图所示，Rprobe是探头的输入电阻，为了尽可能减少探头对被测电路的影响，要求探头本身的输入电阻Rprobe越大越好，但是Rprobe是不可能做到无穷大的，所以就会和被测电路产生分压，使得实测电压比实际电压小。为了避免探头电阻负载造成的影响，一般要求Rprobe要大于Rsource和Rload的10倍以上。大部分探头的输入阻抗在几十K欧姆到几十兆欧姆之间。
Cprobe是探头本身的输入电容。这个电容不是刻意做进去的，而是探头的寄生电容。这个寄生电容也是影响探头带宽的最重要因素，因为这个电容会衰减高频成分，把信号的上升沿变缓。通常高带宽的探头寄生电容都比较小。理想情况下Cprobe 应该为0，但是实际做不到。一般无源探头的输入电容在10pf 至几百pf 间，带宽高些的有源探头输入电容一般在0.2pf 至几pf 间。
Lprobe是探头导线的寄生电感，通常 1mm 探头的地线会有大约 1nH 的电感，信号和地线越长，电感值越大。探头的寄生电感和寄生电容组成了谐振回路，当电感值太大时，在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振，造成信号的失真。所以高频测试时需要严格控制信号和地线的长度，否则很容易产生振铃。
在使用示波器时，需要对示波器测量通道的耦合方式和输入阻抗进行设置，耦合方式有AC和DC两种，输入阻抗有1MΩ和50Ω两种。示波器的探头种类很多，但是示波器的的匹配永远只有1M 欧姆或50欧姆两种选择，不同种类的探头需要不同的电阻与之匹配。示波器输入接口的电路示意图如下图所示：
测量普通信号时一般用DC耦合方式，测试电源的纹波/噪声时需要使用AC耦合方式，示波器接有源探头时，输入阻抗会自动切换到50Ω档位，接无源探头时需要手动切换到1MΩ档位。
从电压测量的角度来说，为了减小对被测电路的影响，示波器应采用1MΩ的高输入阻抗，但是由于高阻抗电路的带宽很容易受到寄生电容的影响。所以 1MΩ的输入阻抗广泛应用于 500M 带宽以下的测量。对于更高频率的测量，通常采用50Ω的传输线，所以示波器50欧姆匹配主要用于高频测量。
为了更好的说明示波器输入阻抗及寄生电容对测量通道带宽的影响，我们将电路图从时域转换到频域，如下图所示：
如上图所示，示波器输入通道寄生电容的等效阻抗为1/（2πfc），在低频情况下，1/（2πfc）的值非常大，无电流通过C，示波器的输入阻抗等于R的值，但是，随着信号频率的提高，寄生电容的等效阻抗1/（2πfc）越来越小，所以，在高频信号下，寄生电容对示波器的输入阻抗影响非常大，此时示波器的输入阻抗为R//［1/（2πfc）］。为了降低寄生电容在高频信号下对示波器的输入阻抗的影响，所以在测试高频信号时，示波器的输入阻抗都设置为50Ω。
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史海拾趣
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