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[导读] 探头可分为无源探头、有源探头、电源探头、差分探头、光探头、电流探头、高压探头、高压差分探头以及隔离差分探头,其中,无源探头是我们最常用的探头,用来测量一般的信号足够了;无源探头上有一个滑动开关,用来选择1x档位还是10x档位,不同档位探头的相关参数是不同的,下面就以无源探头为例,一起学习了它的相关知识吧。

【01】探头的点点滴滴

探头是示波器重要的组成部分,它的类型选择和使用方法直接决定了信号测量的准确性。

1.探头的分类

探头可分为无源探头、有源探头、电源探头、差分探头、光探头、电流探头、高压探头、高压差分探头以及隔离差分探头,其中,无源探头是我们最常用的探头,用来测量一般的信号足够了;无源探头上有一个滑动开关,用来选择1x档位还是10x档位,不同档位探头的相关参数是不同的,下面就以无源探头为例,一起学习了它的相关知识吧。

2.无源探头的频率补偿

我们在测量信号之前,可以将滑动开关切换到10x档位,然后将探头连接至示波器的标准信号输出端,该信号为标准1Khz的方波,然后观察波形是否为标准的方波,如不是标准的方波,可用塑料的尖物调整探头手柄上的补偿旋钮进行调整,直至波形平整,如下图所示:

图源|RIGOL官网

此处的频率补偿调节旋钮实际为可调电容,其容量大小一般为10~25pF,不同厂家该可调电容的大小会有所差异。

3.无源探头的输入电阻

无源探头的1x档位的输入电阻为1MΩ;10x档位的输入电阻为10MΩ,而示波器的各个通道输入电阻为1MΩ,这样一来,使用10x档位测量信号时示波器屏幕显示的信号幅值将会是衰减的,如果想显示正常的信号幅值,可以把示波器面板相应输入通道的设置为相同的10x档位。

4.无源探头的带宽

无源探头不同档位其带宽是不同的,以普源精电无源探头PVP2150型号为例:1x档位时的探头带宽为35MHz,10x档位时的探头带宽为150MHz。

5.无源探头的输入电容

以普源精电无源探头PVP2150型号为例:1x档位时的探头输入电容为50pF±20pF,10x档位时的探头输入电容为10pF±5pF,不同厂家型号此参数会有差异;特别是在测量高频信号时,应尽可能选择输入电容小的探头,以减小探头参数对信号的影响。

6.无源探头的上升时间

以普源精电无源探头PVP2150型号为例:1x档位时的探头的上升时间为10ns,10x档位时的探头的上升时间为2.3ns。

7.无源探头的最大额定输入耐压

以普源精电无源探头PVP2150型号为例:1x档位时的探头最大额定输入耐压为150V,10x档位时的探头最大额定输入耐压为300V。

【02】为什么是正弦波?

    假如我们使用一款带宽为50Mhz的示波器测量一个25Mhz的方波,我们会发现示波器显示屏上显示的是一个25Mhz的正弦波而不是方波,为什么会这样呢?我们测量波形的频率也没有超过示波器的带宽啊?根据傅里叶级数的定义:任何周期函数都可以用正弦函数和余弦函数构成的无穷级数来表示,而方波为奇谐信号,因此其谐波分量只有奇次谐波;25Mhz方波的一次谐波分量也就是基波为25Mhz,三次谐波分量的中心频率为75Mhz,五次谐波分量的中心频率为125Mhz;示波器的带宽只有50Mhz,显示屏已无法正常显示方波所有三次谐波之后的谐波分量,只能显示基波信号,也就是我们看到的频率为25Mhz的正弦波。所以我们在使用示波器测量大于10Mhz的高频信号时,需满足“五倍法则”:示波器的带宽应大于被测信号频率的5倍。

【03】电压测量谁更准确?

    小伙伴们在使用数字示波器测量信号幅值的过程中,可能存在着这样一个疑问:示波器和万用表对电压的测量哪一个更准确呢?以普源精电的数字示波器DS1052E为例,其垂直分辨率为8位的ADC,而普通的3位半数字万用表其电压分辨率为10位的ADC,所以电压测量准确性一般是数字万用表大于数字示波器的!所谓术业有专攻,古人诚不欺我!

结语

    至此,《模电想说爱你不容易》之工具篇系列的文章就结束了,在这几篇文章中介绍了我们常用的万用表、电烙铁、热风枪以及示波器,有了这些工具,基本能够满足小伙伴们日常工作和学习中的测试和维修电路板的需求;接下来我们将进入《模电想说爱你不容易》之无源分立器件篇,学习无源分立器件相关的知识和应用,欢迎小伙伴们打卡占坑!

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