本文將討論探頭作為示波器測(cè)量鏈中第一個(gè)環(huán)節(jié)的重要性。由于相對(duì)簡(jiǎn)單，無源探頭一般是最堅(jiān)固、最經(jīng)濟(jì)，也是使用最廣泛的探頭。通用無源探頭的優(yōu)勢(shì)在于堅(jiān)固耐用，而不是性能。這種矛盾性長(zhǎng)期以來一直存在著，因?yàn)檫@些探頭主要被用來觀察低速信號(hào)。有源探頭的帶寬一般為 1 GHz以上，測(cè)量的電壓低于10 V(部分泰克探頭可以高達(dá) 40 V)，缺少無源探頭的強(qiáng)健性。無源探頭的帶寬一般在 500 MHz 以下，測(cè)量幾百伏的電壓，堅(jiān)固耐用。

無源探頭的這種局限性(特別是在 1 GHz 系統(tǒng)上)，迫使用戶不得不購買有源探頭。僅探頭與示波器匹配要求一項(xiàng)，就導(dǎo)致市場(chǎng)上出現(xiàn)大量的基本探頭。然后，必需使用不同的探頭滿足不同的測(cè)量需求，又明顯提高了探頭數(shù)量和投入成本！

泰克新 TPP1000 和 TPP0500 探頭彌補(bǔ)了傳統(tǒng)無源探頭與性能更高、價(jià)格也更高的有源探頭之間的空白。泰克是唯一在 1 GHz上把探頭帶寬與示波器探頭帶寬匹配起來的廠商。但是，不要被使用簡(jiǎn)單或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單所愚弄，優(yōu)質(zhì)無源探頭很少有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的！

由于標(biāo)配無源探頭主要用來觀察信號(hào)，大多數(shù)用戶會(huì)把一條長(zhǎng)探頭地線連接到接地上。通過使用長(zhǎng)地線，可以更簡(jiǎn)便地在電路板周圍，把探頭移動(dòng)到各個(gè)測(cè)試點(diǎn)，而不必連接和重連接地。短接地彈簧提供了最佳性能，但接地可能不會(huì)一直位于彈簧的到達(dá)范圍內(nèi)。長(zhǎng)地線長(zhǎng) 6 英寸(含)以上，可以更簡(jiǎn)便地獲得接地連接，但長(zhǎng)地線增加了電感，降低了性能。隨著地線長(zhǎng)度提高，測(cè)量中增加的電感也會(huì)提高。電感和電容與頻率有關(guān)，在探頭電感和電容提高時(shí)，探頭性能會(huì)下降。例如，連接 6 英寸地線的探頭實(shí)現(xiàn)的性能和精度都要高于連接12英寸地線的相同探頭。

可以采用多種方案，解決地線導(dǎo)致的性能問題，如使用更短的地線，或找到輸入電容較低的探頭。TPP1000 和TPP0500 在探頭尖端提供了<4 pF 的輸入電容，而其它標(biāo)配無源探頭產(chǎn)品提供的輸入電容≥9.5 pF。泰克的這些無源探頭，允許用戶可以連接更長(zhǎng)的地線，而不會(huì)因探頭輸入電容較高而導(dǎo)致信號(hào)劣化。圖1 說明了泰克與其他廠商標(biāo)配無源探頭在連接長(zhǎng)探頭地線時(shí)的階躍響應(yīng)。增加長(zhǎng)探頭地線對(duì)性能的影響非常大。探頭的上升時(shí)間下降，輸入信號(hào)出現(xiàn)振鈴、過沖提高、幅度精度下降。TPP1000和TPP0500使得用戶在觀察信號(hào)時(shí)可以方便地使用更長(zhǎng)的探頭接地，而不會(huì)出現(xiàn)明顯損耗，如性能和精度下降。

2011-4-23 08:02:19 上傳

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圖1. 連接長(zhǎng)地線的標(biāo)配無源電壓探頭的上升時(shí)間

無源探頭在探頭尖端的輸入電容和輸入電阻指標(biāo)非常重要，因?yàn)樗绊懼粶y(cè)電路。在外部設(shè)備(如探頭)連接到測(cè)試點(diǎn)上時(shí)，它會(huì)表現(xiàn)為信號(hào)源從電路吸收的電流上產(chǎn)生額外的負(fù)荷。這種負(fù)荷或吸收的信號(hào)電流會(huì)改變測(cè)試 點(diǎn)后面的電路操作，改變測(cè)試點(diǎn)上看到的信號(hào)。理想的探頭應(yīng)該有無窮大的阻抗，但這是不可能的，因?yàn)樘筋^必須吸收一定少量的信號(hào)電流，以在示波器輸入上積累信號(hào)電壓。探頭將一直感應(yīng)部分信號(hào)源負(fù)荷，挑戰(zhàn)在于使其保持在盡可能低的水平。

問題最大的負(fù)荷是由探頭尖端的電容引起的。對(duì)低頻，這種電容擁有非常高的電抗，對(duì)被測(cè)電路影響很小或沒有影響。在頻率提高時(shí)，電容電抗會(huì)下降，頻率越高，電容負(fù)荷越高。通過降低帶寬，提高上升時(shí)間，電容負(fù)荷會(huì)影響測(cè)量系統(tǒng)的帶寬和上升時(shí)間特點(diǎn)。TPP1000 和TPP0500提供的輸入電容明顯要低于現(xiàn)有的高阻抗通用無源探頭。這些探頭在探頭尖端的輸入電容<4 pF，明顯低于非泰克探頭中提供的≥ 9.5 pF 的輸入電容。圖2 是泰克TPP1000與其他廠商標(biāo)配無源探頭的探頭負(fù)荷對(duì)比結(jié)果。

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圖2. 探頭負(fù)荷對(duì)標(biāo)配無源電壓探頭的影響

白色曲線是輸入信號(hào)波形，其它曲線顯示了在探頭連接 到測(cè)試點(diǎn)上時(shí)參考波形的變化情況。要記住，這個(gè)圖中 顯示的波形并不是探頭的輸出，而是顯示了探頭對(duì)測(cè)試 點(diǎn)上的信號(hào)的影響。藍(lán)色曲線顯示了 TPP1000 對(duì)源信號(hào) 的負(fù)荷影響最小，因?yàn)樗c參考波形接近程度最高，對(duì)上升時(shí)間影響最小。非泰克探頭新增的輸入電容對(duì)性能 和精度都有影響。如上所述，電容電抗在較高頻率上下降，電容負(fù)荷的影響隨著頻率提高而加大。探頭電容越高，在更高頻率上的負(fù)荷越大，這也就是為什么力科和 安捷倫負(fù)荷信號(hào)前面有一個(gè)圓角，前沿是方波高頻成分所在的位置。在探測(cè)更快速的信號(hào)時(shí)，非泰克探頭會(huì)更明顯地使源信號(hào)失真，降低測(cè)量精度。

此外，在連接到兼容的泰克示波器（MSO/DPO5000 和MSO/DPO4000B系列）時(shí)，TPP1000和TPP0500能夠自動(dòng)進(jìn)行低頻和高頻補(bǔ)償。不管是低頻補(bǔ)償還是高頻補(bǔ)償，TPP1000或TPP0500所需的時(shí)間都要低于手動(dòng)調(diào)節(jié)標(biāo)配無源探頭進(jìn)行低頻補(bǔ)償所需的時(shí)間。