示波器-成也探头败也探头
我们常常比较关注示波器本身,而忽略了探头的选择。实际上探头是介于被测信号和示波器之间的中间环节,如果信号在探头处就已经失真了,那么示波器做的再好也没有用。
在实际测试过程中,我们应当选择合适的示波器探头,才能得到准确的测试结果。探头的性能会对最终的测试结果产生直接的影响,用对了可以成就高性能、高精度的测试,用不好也会成为高端示波器性能表现的瓶颈。
探头分类
常见的示波器探头有四种:无源探头、有源探头、差分探头和电流探头。
01 无源探头
衰减无源电压探头是最常用的探头,常见的无源探头带宽都在500MHz以下,大部分中低端示波器都会标配两支或四支无源探头,它是一种非常方便、价格相对便宜的探头。高压探头和传输线探头也是属于无源探头的范畴。
02 有源探头
有源探头输入阻抗高,带宽也可以做到很高。有源探头的不利条件是成本高,尺寸大,也需要电源进行供电。
03 差分探头
差分探头分为有源差分探头和高压差分探头。测试高速信号,特别是差分信号时,只能使用对应的有源差分探头来测试。有源差分探头具有低的负载效应,更高的信号保真度,高动态范围以及微小的温漂等特点。而在很多高压信号的测试上,一般使用高压差分探头测试。
04 电流探头
用示波器来测试电流就会用到电流探头,常用的电流探头是利用霍尔原理来制作的。它通过测量电路周围磁场的变化来获得电流信号。在选择电流探头时应该注意几个主要参数:待测物电流大小、电流频率、交流还是直流、钳口的形状和大小、供电方式、接口形式等。
探头附件
示波器探头通常会带一些附件,例如色环、调节棒和探头保护帽。
01 色环
红黄绿蓝色的圆圈状东西,就是色环。可以看到,摊头上已经套了两个蓝色的。这个色环是塑料材质,一端开口,可以随时卸下来换上别的颜色,色环不会对被测电路产生影响,只是辅助识别的作用,用在示波器有多个探头的场合。如下示波器的探头插口,可以看到有两种颜色。
如果探头和示波器是配套的,你可以发现你的探头已经配好了红色和蓝色的色环,你只需要在使用的时候按照相同的颜色查到示波器插头插口即可。插反也不会对测量有电路影响,只是在测量的时候好区分。如果你的探头用坏了,从某宝或市场买来一个,首先得把相应的色环装好,以便区分探头通道。
02 调节棒
文章开始的第一张图中,最黑的那个棒棒就是调节棒,在最前面有一个扁平的不锈钢,形似改锥,这个调节棒就是一个改锥,用来调节探头的补偿电容,把你的探头拿出来,找到螺丝孔,如下图,探头补偿电容调节孔在插口处,有的在探针那一端。
什么时候需要调,调到什么程度?调节方法:找到示波器的校准信号输出端口,如下图,将探极接到信号输出端口,示波器会出现1KHz的方波型号,观察信号的波形,调整到很规整为止。
03 探针保护帽
把探极勾摘掉以后,漏出探针的图片,常用来测试IC的管脚。看着探极的探针,当你的用它测量IC的某个管脚时,会不会发生不小心碰到周边管脚或者使得两条管脚短路的情况?这时候,探针保护冒就起作用了。选择合适的探针保护帽直接套上去即可。
探头校准
拿到探头,先要校准,什么样的探头需要校准?除无衰减的探头(1:1)外,都需要校准。校准是探头首次与一台示波器使用时必须需要校准,换不同的台式示波器测量时,都要校准。
无源探头的校准:校正补偿电容。用螺丝刀调节无源探头上的校正电容,使其波形尽量呈矩形,也就是与示波器良好匹配。
有源探头的校准:校正直流偏移。有源探头内含放大器等有源器件,因温漂等原因而使其在不同环境中引入直流偏移不同。使用前,先插到示波器上预热几分钟,然后进行一次校准。探头接好示波器面板自带的1KHz、0.5V的信号,按VerticalàCal Probe(main),稍等几分钟后示波器就自动校准好了。
电流探头的校准:探头接在示波器的通道1上,按下电流探头上“DEGAVSS”和“BALANCE”按钮调校和校零,校零好后,示波器上CH1显示出单位“mA”。
注意事项
手不要触摸探头;探头地就近接被测信号的地;探头探针就近接被测信号管脚,探头要尽量与电路板PCB板面垂直;测量时,尽量减小探头探针与探头地所构成环路的面积;探头的地线不要悬空,只能接电路板上的地线,不可以搭接在电路板的正负电源端。
小编为您介绍一款常用的探头,差分探头,Differential Probes。一种示波器探头利用差分放大原理设计出来,就是差分探头。
把任意两点间的浮接信号,通过差分探头,变换成为相对地的信号。以供应电表、示波器、或电脑计算机来使用。绝大多数的电子电路,特别是电机电路,都会包含有交流抵补(AC OFFEST) 或直流抵补(DC OFFSET),对地回路可能都没有。如果不使用差分探头,用其他非差分探头测量,这时候帽然的接通示波器将会导致触电,或者对示波器产生顺坏的影响,或者产生电线走火的风险。所以很多情况下,对电路的波形测试,差分探头差分信号探测,更保险,更准确。
差分探头工作原理具体是什么呢?
【普通探头】
(常规测试的时候,是示波器探针点在被测点,地线接地,测试被测点和地的电压差。地线通过示波器的地直接和大地相连)
差分探头原理简单的说,是一对信号,将它们同时输入到放大电路里,接着相减,从而抵消干扰信号,过滤出本原信号。构成差分探头放大器,硬件上用直接耦合方式,使用了参数特性相同的两个晶体管。首先对两个输入端上,同时输入相位相同且大小相同的信号,不断进行调节,让信号归零,这样就能去掉零点漂移。
但是很多情况,被测设备的地和我们示波器的地并不相同,比如测试开关电源的时候,或者三相输出,他们的地实际上是零线(带电压)或者有浮动,导致这个时候从示波器探头的地线会引入一部分的电压进去,一个是影响测量,一个是有可能烧坏示波器。
这也是早期的电源工程师喜欢把示波器的三角插头给剪了,再拔掉探头地线去做测试因为那时候差分探头贵,节约成本,但是又要做这个测试。
差分探头差分信号不是以地作为参考信号,而是相对参考。传统的单端探头用于测量差分信号时,有可能会出现“地弹”现象。这是因为普通的单端探头,测量时生成的是信号是相对地的,对干扰信号无法排除。
差分探头用途到底有哪些呢?
差分探头目前在很多电子行业都有广泛应用例如开关电源行业电源、逆变器、转换器、马达控制等。