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示波器探测原理分析

作者:Charlie Masi2010.04.07阅读 1884

  示波器可能是最有用且最常用的电子测试仪器。在一位有相关知识的测试工程师手中,示波器可以代替从数字万用表到频谱分析仪的各种设备,用来测量其他设备不能测量的数据。将信号发生器与示波器配套使用,理论上可以在电路的频宽内测量任何电子电路的特性。
  示波器具备了这些测量的灵活性,只要输入信号达到要求就会得出相应的测试结果。信号的质量取决于测试单位(UUT)和探头之间的信号是如何获取的。如果把接线一端连在示波器上,另一端连在测试部件上,这样得出的结果往往是不令人满意的。专业的测试工程师通常会使用10X带宽的示波器探头来做测试CONTROL ENGINEERING China版权所有,因为这样做会保护测试人员的安全以及测试设备不受损坏。要理解为什么,我们要先知道探头的工作原理。
  示波器探测原理简介示意图  


  10倍带宽的探头提供了更好测量表现和安全性能。

  示波器是用来测量电压信号的设备。它们具有高输入阻抗,以减少被测电路的负载。典型带宽输入阻抗为1兆欧。这个数值很好www.cechina.cn,对于最小化大多数电路的负荷足够高了,而对于避免放大噪声又足够地小。
  一个10X带宽的探头具有上述优点可以减少被测部件的阻抗并且防止过压。我们称之为去耦合。去耦合意味着降低被测部件和设备相互之间的影响。
  该探头输入处有一系列串联起来的电阻,起到对测试部件信号的分压作用CONTROL ENGINEERING China版权所有,输入信号取决于在这些阻抗上的电压降。为了达到10X比率增加的阻抗必须精确地等于输入阻抗值的9倍大小。
  这样做将测试设备在测试点吸收的负载电流减少到1/10。测量负载是导致测量不准确的原因之一控制工程网版权所有,尤其是我们一般并不知道测量点附近的有效阻抗控制工程网版权所有,所以很难计算负载的影响。因此将影响降低一个数量级是一个很好的办法。
  采用这种10X衰减的探头具有两方面影响:其负面效应是降低了信号的强度,但是影响不大;其正面效应是减少了电压的影响。
  降低了信号强度的影响不大,是因为示波器特别是现代数字示波器都具备功能强大的可调增益电压放大器。除最小的信号水平外,补偿减少的信号电平是很简单的,且越来越多的放大器增益系数为10 。事实上,在有10X的探头插入时一些示波器会自动提高放大器增益。只有当要求的范围达到增益的极限时,影响才会显现出来。
  降低电压的影响很有效是因为它扩展了示波器的测量范围。大多数示波器的额定最大安全电压为数百伏特,测试部件的电压可以轻松地达到几倍于该数值的水平。
  坦率地说,使高电压设备达到绝缘是很昂贵的,而简单地使用10倍衰减探头不仅廉价保险,还可以将安全输入电压提高为为几千伏。这就是为什么,宁愿让一个价值50~100美元的探头损坏,也不让数百倍价值于探头的设备损坏的原因。
  翻译:石磊

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