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2021年04月02日 | 示波器探头基本知识
2021-04-02 来源：eefocus
使用什么样的示波器和探头，主要取决于被测信号的一个特点：是不是快速变化信号。变化更快速的信号就要选择相对更高带宽和更小电容的探头。
目前，市场上常见的探头分为无源和有源探头两大类。有源探头的价格远大于无源探头，但有源探头相对无源探头可以实现更高的带宽。
那多快变化的信号才需要用到有源探头了呢，测10M时钟信号要用有源探头吗？为什么示波器输入电阻有时候设置1MΩ，有时设置50Ω？看完下面的探头基本知识，你就能有一个大概的判断了。
无源探头
无源探头与示波器1MΩ组成一个电阻分压，将输入信号衰减为被测信号的1/10。高阻抗输入就是无源探头无法将带宽做高的主要原因。
最常见的就是上面这种结构的无源探头，还有一种下面结构的无源探头，使用时候示波器输入电阻选50Ω档位。该种探头虽然可以将带宽做高，但无疑会给被测电路带来较高的负载影响。
无源探头有4个比较重要的参数：带宽、输入电容、衰减比、最大输入电压。以Tek的P6111B为例：
Bandwidth
200 MHz
Input Capacitance
14.1 pF
Attenuation (system)
10X_1.3% at DC
Maximum Working Input Voltage
300 V, CAT II
当然也有更小输入电容的无源探头，常见的有8pF的。也有输入电容更大的无源探头，本人使用过一个95pF的。相比较其他几个参数，输入电容这个是在使用无源探头时需要重点关注的。
有源探头
有些有源探头需要外部电源单独供电，有些可以通过示波器探头接口取电。由于探头内部有运放做了一级阻抗变换，示波器默认采用50Ω阻抗即可。
有源探头有5个比较重要的参数：带宽、输入电阻、输入电容、偏置范围、线性动态范围。以Tek的P7240为例：
Bandwidth
4 GHz
Input Resistance
20 kΩ at DC
Input Capacitance
0.85 pF @100 MHz
Offset Range
-5.0 V to +5.0 V
Linear Input Dynamic Range
-2.0 V to +2.0 V (Equivalent to --0.4 V to +0.4 V at the output of the probe.)
下面是探头在最小地针情形下测试的数据图，延长地针（地线）会减小该探头的带宽，因为会引入额外的寄生电感和寄生电容。粗略估计，2cm长的地线就可以使测试带宽降为2GHz。所以为了保证更高的测试带宽，建议用最小地针测试。
虽然输入电阻为20kΩ，但在高频下寄生电容等参数会极大地降低探头的输入阻抗。
为保证对信号的测量在最大线性动态范围内，在使用前需要根据测量信号的直流偏置在示波器上对探头进行直流偏置设置，直流偏置设置大小要满足探头给出的直流偏置范围内。
现在是不是对示波器探头有一个全新的认识了（其实进步就是认识的刷新）。接下来回答最初提出的问题：
测10M时钟信号要用有源探头吗？
没有太多必要，如果钱多另外考虑。无源探头的带宽一般都在100MHz以上。100MHz带宽的探头完全cover的住10MHz的信号。反倒是信号的反射是有时不可避免要考虑的问题，必要是需要用同轴电缆直接接示波器测试。
为什么示波器输入电阻有时候设置1MΩ，有时设置50Ω？
示波器的这两档完全是为两种不同结构的无源探头设计的。高速示波器接有源探头后往往直接默认配置为50Ω，不需要手动配置。
上一篇:抖动测量-示波器基础知识
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