在硬件研發(fā)和測(cè)試過程中，示波器是咱們離不開的有力工具，但很多人卻忽略了它的好搭檔——示波器探頭。探頭要是沒選對(duì)，測(cè)出來的信號(hào)可能失真、變形，甚至誤導(dǎo)調(diào)試方向！更夸張的是，有些高端探頭能賣到幾百甚至上千塊，為啥這么貴？因?yàn)樗苯記Q定了你的測(cè)量精度?。?/span>參考是德科技官網(wǎng)）
今天咱們就來扒一扒選示波器探頭時(shí)最容易踩的6個(gè)坑，看看你中招了沒？
01 不了解關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)
選探頭不能只看帶寬！帶寬越高，雖然能捕捉更多信號(hào)細(xì)節(jié)，但也會(huì)引入更多噪聲，還可能增加成本和開發(fā)難度。
其他關(guān)鍵指標(biāo)包括：
- 動(dòng)態(tài)范圍：探頭能測(cè)量的信號(hào)幅度范圍。
- 末端電容：電容越小，高頻性能越好。
- 輸入阻抗：影響信號(hào)負(fù)載效應(yīng)（阻抗越高越好）。
- 噪聲和成本：帶寬越高，噪聲可能越大，價(jià)格也越貴。
所以，別盲目追求高帶寬，可以多研究一下相關(guān)的技術(shù)文檔資料。
02 帶寬選不對(duì)，信號(hào)可能細(xì)節(jié)丟失
帶寬太低，信號(hào)細(xì)節(jié)容易丟失，帶寬太高，會(huì)引入多余噪聲，浪費(fèi)錢。探頭帶寬本質(zhì)上就是 -3dB 點(diǎn)。
使用1:1探頭測(cè)量1 Vpp正弦波時(shí)，低頻輸出等于實(shí)際信號(hào)。但隨著頻率增加，當(dāng)示波器顯示幅值降至0.7 Vpp（即輸入信號(hào)的3dB點(diǎn)）時(shí)，表明探頭輸出相對(duì)標(biāo)稱值衰減了3 dB。
信號(hào)帶寬BW的計(jì)算方法可參考如下：
如果我們測(cè)量的是 10％ 和 90％ 的閾值，則信號(hào)帶寬：
BW=上升時(shí)間/0.35；
如果我們測(cè)量的是 20％ 和80％ 的閾值，則信號(hào)帶寬：
BW=上升時(shí)間/0.22。
然后我們可以計(jì)算探頭帶寬：
探頭帶寬應(yīng)該比模擬信號(hào)中最快的正弦波頻率高 3 倍，比數(shù)字號(hào)的最高數(shù)字時(shí)鐘速率快 5 倍。關(guān)注公眾號(hào)：硬件筆記本
03 忽略探頭的負(fù)載效應(yīng)
探頭接入電路后，就會(huì)成為電路的一部分，形成負(fù)載，也一樣影響信號(hào)，這無法避免，只能盡量減少負(fù)載效應(yīng)。關(guān)注公眾號(hào)：硬件筆記本
如下圖為，無源探頭基本模型，電阻R是負(fù)載，電容C是電容元件和寄生電容共同形成的結(jié)果。
如下圖，可以看出容的阻抗與頻率成反比，隨著頻率變高，電容開始變得比電阻更容易接地。
有源探頭的負(fù)載效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無源探頭，因?yàn)闊o源探頭僅由電阻和電容元件制成。且無源探頭的負(fù)載效應(yīng)大（比如10MΩ電阻但電容大，高頻時(shí)阻抗暴跌），而有源探頭的負(fù)載效應(yīng)?。?MΩ電阻但電容小，高頻性能更好）。
建議高頻信號(hào)選有源探頭，低頻信號(hào)用無源探頭。
04 有源or無源？傻傻分不清
總的來說，無源探頭便宜、耐用，適合低頻小信號(hào)（如1:1衰減比測(cè)小電壓），有源探頭：貴、精度高，適合高頻或高精度需求（如測(cè)高速數(shù)字信號(hào)）。
對(duì)比電容，如下圖，咱們?cè)谶x擇示波器探頭的時(shí)候大多都會(huì)重點(diǎn)關(guān)注電阻，認(rèn)為10MΩ電阻的無源探頭比1MΩ 電阻有源探頭好，但在10kHz以后，隨著頻率升高，它們的阻抗看起來差別很大。
所以高頻時(shí)，電容負(fù)載效應(yīng)比電阻更重要！有源探頭電容小，優(yōu)勢(shì)更明顯。
05 連接方式不對(duì)，帶寬直接腰斬！
連接越短，帶寬越高，比如2GHz探頭用長引線，實(shí)際帶寬可能只剩500MHz。
附件越多，負(fù)載效應(yīng)越大，盡量用最短的連接方式。
示例：N2796A2 Ghz 有源探頭
06 衰減比選錯(cuò)，信號(hào)直接"削頂"
示波器探頭的衰減比是可以調(diào)節(jié)的。它的原理是衰減比是分壓電路，比如10:1探頭通過9MΩ+1MΩ電阻分壓，進(jìn)入示波器的信號(hào)縮小10倍。
1:1探頭：適合小信號(hào)（噪聲小，但負(fù)載大）。
10:1探頭：適合大電壓（保護(hù)示波器，但噪聲稍大）。
錯(cuò)誤示范為用1:1探頭測(cè)高壓，信號(hào)會(huì)被削波！