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为什么将放大器装在示波器的探头尖端?

作者: 时间:2017-01-12 来源:网络 收藏


探头影响的案例

图5是一个25Ω系统(50Ω源和负载阻抗)的阶跃波形(step waveform)示例。即使在这样的低阻抗环境下,无源探头容性负载的影响也显而易见。


图5:比较无源探头(PP008)和有源探头(ZS4000)的电容性负载的影响。

图5中,在无源探头接触被测信号前,输入阶跃的上升时间约为500ps。当PP008(输入C=9.5pF)触测阶跃被测信号时,上升时间增加至1.8ns,且在前沿造成显著失真。使用ZS4000有源探头(输入C=0.6pF)时,则没对被测信号造成显着失真。

低电容设计的关键是把所有探头尖端周围的导体做得小巧。这也与应使探头尖端的体积尽可能小巧的要求一致,只有这样,探头才能“游刃”于我们日渐拥挤的电路板。

探头尖端的电容性负载除加载被测电压外,还有另一个影响。单端探头需要一个接地连接。该地线有与其长度相关的电感。该电感,与探头的输入电容相组合,将在LC电路(图6)的共振频率上引致振铃效应。


图6:示波器的地线增加了被测电路的电感。

接地线电感可使用大拇指规则估算,其值约为20nH/in,进而算出谐振频率。该电感的谐振频率(fr)为:



为使测量不失真,谐振频率应比拟测量信号的频率高得多。可通过使用更短的地线或使用更低输入电容的探头或两者兼而用之的方式来提高共振频率。

作为例子,我们可使用PP008探头(输入C=9.5Pf)、6英寸地线(~120nH)进行陡变阶梯电压的测量。在这些参数下,其振铃频率约为150MHz,可容易地在所测波形上看到。若将同样的接地线与输入电容仅为0.6pF的ZS4000探头一起使用,这时其共振频率约为600MHz且平复要快得多,如图7中所示。


图7. 对比由接地线引入、输入电容的不同值对振铃产生的影响。输入电容更低的有源探头(ZS4000),不仅回复要快得多,且具有更高频率。

更高带宽的探头配有短的、定长接地导线。用最短的地线配以上述介绍的有源探头使你在测量阶跃电压时几乎没有振铃现象或上升时间失真。使用中的重要注意事项是:不要试图延长这些地线,因其会增加电感和电容并将显著影响探头性能。

再回到我们开始的问题:“为什么有源探头的放大器做在探头尖端,而不在示波器内?”答案是:示波器厂家通过将放大器做在探头尖端附近,可在探头针尖内采用补偿的分压器以增加探头的输入阻抗和输入电压范围。同时,有源探头可以缓冲连接电缆对探头的影响。不使用放大器,使用传输线探头,你仍可得到类似结果,但你必须要能忍受低输入阻抗带来的影响。

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