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如何選擇您需要的探頭？
2024-04-08
一、探頭的種類
在使用探頭進(jìn)行測(cè)量前，需要根據(jù)被測(cè)信號(hào)類型選擇相應(yīng)的探頭。常見信號(hào)有：電壓信號(hào)、電流信號(hào)、邏輯信號(hào)及其它信號(hào)。根據(jù)信號(hào)類型，可將探頭類型細(xì)分如下：
二、電壓探頭
電壓和電流探頭兩個(gè)大類下又可分為無源探頭和有源探頭。
無源探頭指不需要給探頭供電就能正常使用，整個(gè)探頭都由無源器件構(gòu)成，如電阻、電容等。無源探頭是最經(jīng)濟(jì)耐用的探頭，其測(cè)試的精度和可靠性高，不會(huì)受到電源噪聲或其他干擾的影響；缺點(diǎn)是帶寬受限，不適合測(cè)量大功率或大電流信號(hào)。更適用于測(cè)量較低頻率信號(hào)、高電壓信號(hào)、交流信號(hào)、熱電偶信號(hào)等。
有源探頭指需要給探頭供電才能正常使用，它內(nèi)部含有一個(gè)放大器，在將信號(hào)傳送到示波器之前，能夠先放大被測(cè)信號(hào)，從而提高測(cè)量精度。有源探頭帶寬高、輸入電容小、地環(huán)路??；缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍小、靜電敏感、校準(zhǔn)麻煩且價(jià)位高，不適合測(cè)量電源紋波。更適用于測(cè)量高頻率信號(hào)、低電壓信號(hào)、直流/交流信號(hào)、高速信號(hào)，通常配合示波器50Ω輸入阻抗使用。
01 高阻無源電壓探頭
高阻無源電壓探頭是最常用的探頭，通常提供1×，10×、100× 的衰減系數(shù)。10:1的高阻無源電壓探頭是最常見的，對(duì)信號(hào)幅度是1V或更低的可用1× 倍率。大部分高阻無源電壓探頭的帶寬范圍在70MHz ~ 500MHz或更高的帶寬之間，價(jià)格在幾十到上千元不等，且通常要求示波器輸入阻抗為1MΩ。
優(yōu)點(diǎn)：
△ 高輸入電阻
△ 價(jià)格便宜、堅(jiān)固耐用
缺點(diǎn)：
△ 高輸入電容
△ 與50歐姆系統(tǒng)不兼容
△ 必須經(jīng)過補(bǔ)償
應(yīng)用
△ 低功率設(shè)備
△ 電子設(shè)備維修
△ 生產(chǎn)工程測(cè)試研發(fā)
鼎陽具有：
02 低阻無源電壓探頭
低阻無源電壓探頭又稱為50歐姆探頭，帶寬可達(dá)10GHz，具有快速的上升時(shí)間，但輸入阻抗低，會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)載，易影響被測(cè)電路的工作狀況。
優(yōu)點(diǎn)：
△ 價(jià)格便宜
缺點(diǎn)：
△ 輸入阻抗低
應(yīng)用
△ 要求示波器輸入阻抗為50Ω
△ 高速設(shè)備檢定、微波通信領(lǐng)域
03 無源高壓探頭
無源高壓探頭能夠直接測(cè)量高壓電源或電氣設(shè)備的電壓信號(hào)。其是在帶補(bǔ)償?shù)臒o源探頭的基礎(chǔ)上，增大輸入電阻，使得衰減加大（如100:1或1000:1等)，測(cè)量范圍通常為幾百伏至數(shù)千伏。
優(yōu)點(diǎn)：
△ 安全性和可靠性高
缺點(diǎn)：
△ 測(cè)量精度較低
△ 不適用于對(duì)信號(hào)精度要求較高的場(chǎng)合
應(yīng)用
△ 測(cè)量高電壓信號(hào)
△ 測(cè)量電力系統(tǒng)中的高壓電源、繼電器和開關(guān)等設(shè)備的電壓信號(hào)
鼎陽具有：
04 有源高壓?jiǎn)味颂筋^
高壓?jiǎn)味颂筋^通常用于測(cè)量低于40 kV 以地參考的信號(hào)，輸入電容低，帶寬高，通常為幾百M(fèi)Hz，同時(shí)具有極高的輸入阻抗，通常在幾十MΩ、上百M(fèi)Ω。
應(yīng)用：
△ 電源設(shè)計(jì)
△ 功率半導(dǎo)體
△ UPS 系統(tǒng)
05 有源低壓?jiǎn)味颂筋^
低壓?jiǎn)味颂筋^帶寬較高，通常用于測(cè)量低于 12V 以地參考的高速信號(hào)，具備很低的輸入電容（0-1pF），對(duì)電路負(fù)載影響很小。
應(yīng)用：
△ 檢驗(yàn)、調(diào)試和表征高速設(shè)計(jì)
△ 信號(hào)完整性、抖動(dòng)和定時(shí)分析
△ 制造工程和測(cè)試
鼎陽具有：
06 有源高壓差分探頭
高壓差分探頭是一種電信號(hào)測(cè)量?jī)x器，能夠測(cè)量電路中兩個(gè)點(diǎn)之間的電位差，適用于分析信號(hào)傳輸中的噪聲和干擾等問題。
優(yōu)點(diǎn)：
△ 測(cè)量精度高
缺點(diǎn)：
△ 價(jià)格昂貴
應(yīng)用
△ 差分信號(hào)測(cè)量
△ 浮地系統(tǒng)測(cè)量
△ 開關(guān)電源設(shè)計(jì)
△ LED照明
△ 高壓電纜
△ 變壓器
鼎陽具有：
07 有源低壓差分探頭
有源低壓差分探頭一般用于低壓高速信號(hào)的測(cè)量。
優(yōu)點(diǎn)：
△ 帶寬高
△ 輸入阻抗高
△ 輸入電容低
缺點(diǎn)：
△ 量程低
應(yīng)用
△ 車載總線測(cè)量(CAN、LIN、FlexRay)
△ 數(shù)字系統(tǒng)的差分信號(hào)
△ 機(jī)械工程與測(cè)試
鼎陽具有：
三、電流探頭
電流探頭能夠測(cè)量導(dǎo)線中電流的大小，通過打開電流鉗的鉗口，包圍住導(dǎo)體形成一個(gè)磁場(chǎng)環(huán)，在不破壞導(dǎo)線的情況下測(cè)量流經(jīng)導(dǎo)線的電流，進(jìn)而測(cè)量電流大小，這是一種安全簡(jiǎn)單且精確的途徑。
電流探頭雖然沒有電壓探頭那么常見，但是它的作用是其他探頭無法代替的。當(dāng)電流探頭與電壓探頭配合使用時(shí)能夠測(cè)量功率、相位等數(shù)據(jù)，對(duì)于測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)來說非常有用。
01 AC電流探頭
AC電流探頭通常是無源探頭，是示波器測(cè)試交流電流最常用的探頭，成本低，但不能測(cè)量直流分量。
應(yīng)用：
△ 電源
△ 新能源
△ 電力系統(tǒng)
△ 汽車電子
△ 工業(yè)/消費(fèi)電子產(chǎn)品
02 DC/AC電流探頭
DC/AC電流探頭通常是有源探頭，可以同時(shí)測(cè)量直流或交流信號(hào)。其又分為低頻探頭和高頻探頭，低頻探頭帶寬低，通常在幾百kHz以下，精度也較低。高頻探頭帶寬高，通常在幾MHz以上，精度也較高，上升時(shí)間可達(dá)ns級(jí)別。
應(yīng)用：
△ 電源
△ 電機(jī)驅(qū)動(dòng)
△ 工頻測(cè)量
△ 半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)
△ 逆變器/變壓器設(shè)計(jì)
△ 交通運(yùn)輸設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)
鼎陽具有：
四、邏輯探頭
邏輯探頭可以將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)在示波器顯示，主要用于檢測(cè)數(shù)字電路中的信號(hào)，幫助工程師分析數(shù)字電路的工作情況。
邏輯探頭通常具有多個(gè)通道，可以同時(shí)測(cè)試多個(gè)數(shù)字信號(hào)。SIGLENT的16路邏輯分析儀（SLA1016）可以同時(shí)測(cè)量16路數(shù)字邏輯信號(hào)，在驗(yàn)證數(shù)字電路設(shè)計(jì)、FPGA驗(yàn)證等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，幫助工程師快速準(zhǔn)確地測(cè)試和分析數(shù)字電路的性能和行為。
五、其他類型探頭
01 近場(chǎng)探頭
近場(chǎng)探頭通常搭配頻譜分析儀使用，通過探頭掃描電子部件或外殼表面來查找干擾源。SIGLENT的SSA3000X Plus頻譜分析儀搭配SRF5030T近場(chǎng)探頭套裝，可在研發(fā)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行診斷和調(diào)試，以及在屏蔽室進(jìn)行預(yù)兼容測(cè)試，識(shí)別物體周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向等。
應(yīng)用：
△ 精確定位磁場(chǎng)干擾源
△ 電磁場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)
△ EMI測(cè)試
02 光隔離探頭
光隔離探頭是一種特殊的探頭，其將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，光信號(hào)再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后處理顯示在示波器上。它可以將測(cè)試點(diǎn)與示波器完全隔離，避免了電氣干擾和信號(hào)衰減等問題。光隔離探頭具有高帶寬、高準(zhǔn)確性、高穩(wěn)定性和極強(qiáng)的抗干擾能力，但制作成本高，且后期維護(hù)麻煩。
應(yīng)用：
△ 光通信
△ 電力安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
△ 新能源及功率半導(dǎo)體領(lǐng)域
△ 計(jì)算機(jī)設(shè)備的測(cè)試和維護(hù)
△ 血氧儀、心電圖機(jī)等醫(yī)療設(shè)備
03 溫度探頭
溫度探頭是普通電壓探頭與熱敏電阻或熱電偶等溫度傳感器的組合，其能將設(shè)備表面的溫度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸?shù)绞静ㄆ髦羞M(jìn)行顯示和分析。溫度探頭只需與被測(cè)設(shè)備接觸即可進(jìn)行測(cè)量，可幫助工程師在研發(fā)、生產(chǎn)和維護(hù)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫度變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備過熱等異常情況。
六、探頭的選擇
在選擇探頭時(shí)，其規(guī)格和特性是重要的考慮因素，它們既要與示波器的帶寬和輸入阻抗匹配，又要將對(duì)被測(cè)電路的影響減到最小。為了確保所選的探頭能滿足應(yīng)用需求，我們需要了解一些規(guī)格參數(shù)，如帶寬、上升時(shí)間、動(dòng)態(tài)范圍和負(fù)載效應(yīng)等。
帶寬：
帶寬是探頭的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，它決定了探頭處理信號(hào)的能力。通常探頭的帶寬應(yīng)能覆蓋被測(cè)信號(hào)的頻率范圍，同時(shí)探頭的帶寬盡量等于或大于示波器的帶寬。
合適的探頭帶寬可以確保準(zhǔn)確捕獲和顯示信號(hào)的細(xì)節(jié)，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。通常高帶寬意味著探頭能更好地捕獲高頻信號(hào)，如果探頭帶寬過低，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的邊緣模糊或丟失高頻成分，無法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。
上升時(shí)間：
需要根據(jù)被測(cè)信號(hào)的特性來選擇合適的上升時(shí)間，通常探頭帶寬越高，上升時(shí)間越短。對(duì)于高速信號(hào)的測(cè)量，如脈沖信號(hào)或高頻信號(hào)，需要選擇上升時(shí)間較小的探頭，因?yàn)楦咚傩盘?hào)的邊緣變化非?？?，需要探頭有快速的響應(yīng)能力才能準(zhǔn)確地捕捉到信號(hào)的變化。
動(dòng)態(tài)范圍：
探頭的動(dòng)態(tài)范圍是指探頭能夠準(zhǔn)確測(cè)量的最小信號(hào)電壓~最大信號(hào)電壓的范圍。如果被測(cè)信號(hào)的幅度變化范圍很大，或者需要在示波器上同時(shí)顯示大信號(hào)和小信號(hào)，就需要選擇動(dòng)態(tài)范圍較大的探頭，以保證能夠準(zhǔn)確測(cè)量和顯示所有信號(hào)。
阻抗匹配：
探頭的輸入阻抗要與示波器的輸入阻抗相匹配，這樣對(duì)被測(cè)電路的負(fù)載作用最少。如果阻抗不匹配，可能導(dǎo)致信號(hào)失真或測(cè)試誤差。
500MHz帶寬以下的低端示波器輸入阻抗一般為1MΩ，高端示波器輸出阻抗一般為50Ω。對(duì)于低輸入阻抗的示波器，應(yīng)選擇有源探頭或50Ω輸入阻抗的探頭，對(duì)于高輸入阻抗的示波器，應(yīng)選擇10:1探頭。
如示波器的輸入阻抗是 1MΩ，可以選擇輸入阻抗為10MΩ探頭，這樣的探頭測(cè)的信號(hào)能有衰減 10 倍，對(duì)被測(cè)信號(hào)負(fù)載效應(yīng)小，又能與示波器輸入阻抗匹配。
負(fù)載作用：
不同類型的探頭也有不同的負(fù)載效應(yīng)，為了減小探頭的負(fù)載效應(yīng)，盡量選擇高輸入阻抗的探頭，以減小對(duì)被測(cè)電路的影響。無源探頭的負(fù)載效應(yīng)較小，適用于測(cè)量大多數(shù)信號(hào)；而有源探頭的負(fù)載效應(yīng)較大，但頻率響應(yīng)和信號(hào)保真度更好，適用于測(cè)量高速和高精度的信號(hào)。
地線：
探頭的接地線要盡量短，把電感減到最小。地線夾子要接觸良好，能夠夾緊被測(cè)物體，如果夾子接觸不良，會(huì)導(dǎo)致地線電阻增加，從而影響測(cè)量精度。如果高阻探頭接地不良且難以解決，可以考慮使用其他類型的探頭，如低阻探頭或差分探頭等，或者使用與探頭匹配的連接器和夾具。
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