示波器探头结构及其使用方法分析-PRBTEK培训学院分享

prbtek

       示波器探头对测量结果的准确性以及正确性至关重要，它是连接被测电路与示波器输入端的电子部件。最简单的探头是连接被测电路与电子示波器输入端的一根导线，复杂的探头由阻容元件和有源器件组成。简单的探头没有采取屏蔽措施很容易受到外界电磁场的干扰，而且本身等效电容较大，造成被测电路的负载增加，使被测信号失真。
2 K# r+ H" H- a  u7 y9 s% Y        本质上，示波器探头是在测试点或信号源和示波器之间建立了一条物理和电子连接；实际上，示波器探头是把信号源连接到示波器输入上的某类设备或网络，它必须在信号源和示波器输入之间提供足够方便优质的连接。连接的充分程度有三个关键的问题：物理连接、对电路操作的影响和信号传输。
: @- K0 `$ k) q( ^" |        大多数探头由探头头部、探头电缆、补偿设备或其他信号调节网络和探头连接头组成。
        为进行示波器测量，必须先能够在物理上把探头连接到测试点。为实现这一点，大多数探头至少有一两米长的相关电缆。但是探头电缆降低了探头带宽：电缆越长，下降的幅度越大。除了一两米长的电缆外，大多数探头还有一个探头头部或带探针的把手，探头头部可以固定探头，用户则可以移动探针，与测试点接触。通常这一探针采用弹簧支撑的挂钩形式，可以把探头实际连接到测试点上。
$ f2 H. c/ Y: T+ I; k1 m        1.探头结构：为了获得可用的测量结果，探针上的信号必须通过探头头部和电缆，以足够的保真度传送到示波器的输入。Prbtek以其典型的示波器探头结构示意图为例，它的一端具有一个挂钩，检测波形时可以钩到电路的元件引脚上，挂钩外有一个护套，内有弹簧。检测时用手将护套拉下，挂钩才露出来。如图1所示
4 i$ p1 G0 q. i" v' u
+ N3 S2 g. w$ }7 k# Q2 P

https://p0.itc.cn/q_70/images01/20210521/72d459cf89134c2e8650e9cb55346084.png

示波器探头结构示意图

8 t( x1 [0 ~0 ?. W* Q, I

       2.接地环和接地夹：探头中间有一个接地环和接地夹，用于与被检测的电路地线相连。使用时如果没有正确接地，就不能正常检测波形。
$ |7 y6 L" Z  X) y4 W  s        3.衰减转换开关：在探头的尾部有一个衰减转换开关，旋转下部的套筒形旋钮可以进行x1挡或x10挡的选择。在手柄下部标有选择指示，x10挡即表示检测送入的信号被衰减1/10，因此示波器上观测的值要乘以10。
- S' F6 d/ ~- `4 s/ B  b        4.BNC型插头：探头通过电缆将信号送到示波器的信号输入端，探头电缆的另一端有一个BNC型插头，在插头的部分有一个校正电容器的调整端。如图2所示。

https://p2.itc.cn/q_70/images01/20210521/f04fd2b5b1a942eaaaf0e4589e062c24.png

图2探头校正电容的位置示意图

       5.探针：如图3所示，当逆时针旋转挂钩护套，取下护套以后，就可以将挂钩部分卸下来，露出探头的探针。这样，在检测密度很高的电路板时，可用探针点到检测部位，以免与其他元件短路。

https://p7.itc.cn/q_70/images01/20210521/754b7967030c4b1e91c07eef4204dc9b.png

图3探头结构示意图

, f* S' d4 k0 C3 x0 O5 |* B# O3 {5 x

       6.在x10挡测量： 示波器探头在x10挡具有高阻抗和低电容量的特性，但是输入电压的幅度被衰减为1/10，在测量时注意这个特点，即测量的电压值=示波器灵敏度(V/DIV) × 屏幕幅度 x 10。
5 O9 X3 M% X& O& H5 {8 H. Y        例如，示波器灵敏度挡为1V/DIV x 屏幕幅度为SDIV x 10，则测量电压值应为50V。注意：在x10挡测量信号波形，必须调整探头上的电容器，使方波的顶部平直。
7 z+ O( r& q+ J9 p         7.在x1挡测量：在x1挡测量，实际上就是将被测量信号直接送到示波器而没有衰减。因此，输入电容量比较大，约为250 pF。测量时必须考虑这个因素。
, }( e$ y1 ~8 J8 @( j- C
示波器探头的使用
        别看一个示波器探头很简单，其实还是很有讲究的。以下是prbtek使用示波器探头的一点小经验，供大家使用时参考一下。
        首先是带宽，这个通常会在探头上写明，多少MHz。如果探头的带宽不够，示波器的带宽再高也是无用，瓶颈效应。
; H6 B' f/ N  a+ c2 s' a1 x        另外就是探头的阻抗匹配。探头在使用之前应该先对其阻抗匹配部分进行调节。通常在探头的靠近示波器一端有一个可调电容，有一些探头在靠近探针一端也具有可调电容。它们是用来调节示波器探头的阻抗匹配的。
        如果阻抗不匹配的话，测量到的波形将会变形。调节示波器探头阻抗匹配的方法如下：首先将示波器的输入选择打在GND上，然后调节Y轴位移旋钮使扫描线出现在示波器的中间。
        检查这时的扫描线是否水平(即是否跟示波器的水平中线重合)，如果不是，则需要调节水平平衡旋钮(通常模拟示波器有这个调节端子，在小孔中，需要用螺丝刀伸进去调节。
( e. k2 w# s  H0 ~  a  T        数字示波器不用调节。然后，再将示波器的输入选择打到直流耦合上，并将示波器探头接在示波器的测试信号输出端上(一般示波器都带有这输出端子，通常是1KHz的方波信号)，然后调节扫描时间旋钮，使波形能够显示2个周期左右。
( v- `4 E/ h/ r% m$ K        调节Y轴增益旋钮， 使波形的峰-峰值在1/2屏幕宽度左右。然后观察方波的上、下两边，看是否水平。如果出现过冲、倾斜等现象，则说明需要调节探头上的匹配电容。         用小螺丝刀调节之，直到上下两边的波形都水平，没有过冲为止。当然，可能由于示波器探头质量的问题， 可能调不到完全无失真的效果，这时只能调到最佳效果了。
0 G2 P; a' e- ~        另外就是示波器上还有一个选择量程的小开关：X10和X1。当选择X1档时，信号是没经衰减进入示波器的。而选择X10档时，信号是经过衰减到1/10再到示波器的。
         因此，当使用示波器的X10档时，应该将示波器上的读数扩大10倍(有些示波器，在示波器端可选择X10档，以配合探头使用，这样在示波器端也设置为X10 档后，直接读数即可)。当我们要测量较高电压时，就可以利用探头的X10档功能，将较高电压衰减后进入示波器。
         另外，X10档的输入阻抗比X1档要高得多，所以在测试驱动能力较弱的信号波形时，把探头打到X10档可更好的测量。
         prbtek提醒大家要注意在不确定信号电压高低时，也应当先用X10档测一下，确认电压不是过高后再选用正确有量程档测量，养成这样的习惯是很有必要的，减少对示波器的损坏。
7 h7 q  {+ \( q1 w! V* V/ q' ]         经常有人提问，为什么用示波器看不到晶振引脚上的波形？一个可能的原因就是因为使用的是探头的X1档，这时相当于一个很重的负载(一个示波器探头使用1档具有上百pF的电容)并联在晶振电路中，导致电路停振了。
0 {4 I; R' _& h8 O' h4 w         正确的方法应该是使用探头的X10档。这是使用中应当注意的，即或不停振，也有可能因过度改变振荡条件而看不到真实的波形了。
         其实示波器具有什么功能在最大程度上取决于示波器探头的种类，如果你探头是只能探测电子波动的，那你这台示波器就只能够探测电子的活动，或者说你给你的示波器装上了一个磁场探头，那么一些通过磁场发生的物质变化，就能够被你的示波器探测到。

3 \& C) @7 w9 D% j, D

keep

示波器探头是在测试点或信号源和示波器之间建立了一条物理和电子连接；实际上，示波器探头是把信号源连接到示波器输入上的某类设备或网络，它必须在信号源和示波器输入之间提供足够方便优质的连接。连接的充分程度有三个关键的问题：物理连接、对电路操作的影响和信号传输。