探头在测量过程中最常见的错误

理想情况下，所有探头都应该是一条不会对被测设备产生任何干扰的导线，这样才能精确复制被测信号。但现实情况是，探头会给电路带来负载效应，探头上的电阻、电容和电感元件可能改变被测电路的响应。又因为每个电路不尽相同，每次探测设备，需要选择对测量影响最小的探头，这是成功测量的关键。

以下这些错误，是大家在测量过程中最常见的，请牢记它们并在平时的测量中规避这些错误，以便获得更精准的测量结果。

 

 

 

探头在交付之前已进行校准，但没有针对示波器前端进行校准。如果它们未在示波器输入端上进行校准，就无法得到测量结果。有源探头和无源探头的情况也略有不同。

若有源探头没有针对示波器进行校准，则您将看到垂直电压测量结果和上升沿时序（以及可能的一些失真）出现差异。大多数示波器具有参考或辅助输出功能，还配有指南来引导您完成探头校准。

无源探头可以调节探头的可变电容，使补偿与正在使用的示波器输入完美匹配。大多数示波器都有可以用于校准或参考的方波输出。探测这个连接，检查波形是否为方形。根据需要调整可变电容，以消除所有下冲或过冲。

 

只要将探头连接到示波器并与设备接触，探头就会成为电路的一部分。探头对设备施加的电阻、电容和电感负载效应会影响你在示波器屏幕上看到的信号。这些负载效应可能会改变被测电路的工作状态。探头的基本电路如下图：

通常，探针的输入线或引线越长，带宽减小得就越大。较窄带宽的测量可能不会受到太大影响，但在进行较宽带宽的测量时，特别是在 1 GHz 以上时，需要谨慎选择使用的探针和附件。随着探头带宽降低，将失去测量快速上升时间的能力。为了进行最准确的测量，最好使用尽量短的探针。另外，保持接地线尽量短并靠近系统接地点，也可以确保可重复和准确的测量。

如果必须在探针上添加导线才能接触到难以到达的探测点，那么最好为探针添加一个电阻，以减弱所添加的导线引起的谐振。

 

 

许多人认为只有在探测差分信号时才使用差分探头，却不知道在探测单端信号时也可以使用差分探头来节省时间和金钱，同时提高测量的准确性。

差分探头可以进行与单端探头相同的测量，并且由于差分探头在两个输入端上有共模抑制，所以差分测量结果的噪声大为减少。这将帮助你看到被测设备信号更优的表示，而不会被探测所增加的随机噪声误导。

 

大电流测量：如果使用钳形探头测量大电流（10A - 3000A），那么设备必须足够小，钳形探头才能夹住它；如果设备太大钳形探头无法夹住，那么工程师可能会想办法在探头钳夹上添加额外的导线，但这会改变被测设备的特性。

最好的解决方案是使用具有柔性回路探头前端的大电流探头，叫做 Rogowski 线圈，可以缠绕到任何设备上，还能帮你在不添加未知特性元器件的情况下探测设备，使测量结果保持高度的信号完整性。其测量范围涵盖从 mA 级到数百 kA 的大电流。但它只测量交流电流，且灵敏度也低于某些电流探头。

 

小电流测量：使用垂直标度较大的示波器设置，可以测量大信号，但小电流信号将被测量噪声掩盖；使用较小的垂直标度设置，那么大信号会削波，测量结果也将失真并失效。选择具有足够灵敏度和动态范围的小电流探头，不仅能够测量从 μA 到 A 的宽量程，还可以使用多个放大器同时查看大小电流偏差。探头中的两个可变增益放大器允许你设置放大视图以查看小电流波动，还可以缩小视图以同时查看大电流尖峰。

 

直流电源上的纹波和噪声是由较大直流信号上的小交流信号形成的。当直流偏置较大时，可能需要在示波器上使用较大的每格电压设置才能在屏幕上显示信号。与小交流信号相比，这样做会降低测量的灵敏度并增加噪声。如果使用隔直流电容器来解决这个问题，那么将阻隔部分低频交流内容而无法观察到信号在经过设备上的元器件时发生的变化。

使用具有较大偏置功能的电源探头，可以将波形置于屏幕中间，而无需移除直流偏置。这样可以让整个波形都显示在屏幕上，同时保持垂直标度较小且处于放大状态。通过这些设置，你可以查看瞬态、纹波和噪声的细节。

 

在进行重要测量时，务必选择具有足够带宽的探头。带宽不足会使信号失真，令你很难做出明智的工程测试或设计决定。

普遍接受的带宽计算公式为：评测从 10% 到 90% 的上升沿时，带宽乘以上升时间等于 0.35。

值得注意的是，整个系统带宽也是需要考虑的重要因素。通过探头和示波器的带宽确定系统带宽。计算公式如下：

 

探头和示波器的噪声可能会导致被测设备的噪声显得更大。选择具有合适衰减比的探头，将会减小探头和示波器所添加的噪声，从而获得更准确的信号，更清晰地查看被测设备的情况。

有一种方法可以简单地估算探头噪声大小，就是从探头的技术资料或手册中检索该探头的衰减比和探头噪声电平。许多探头制造商将探头噪声描述为等效输入噪声（EIN），并以 Vrms 为单位表示。较高的衰减比使您可以测量较大的信号，但缺点是示波器将检测到这些比率并同时放大信号及其噪声。