示波器探頭的使用往往會改變被測電路的工作狀態(tài)。的確，我們都磁到過這樣的情形：當用探頭測試電路時，電路工作正常，而一旦將探頭移開，電路的功能就會紊亂。這是一種常見的現(xiàn)象，也正是我們要討論的由示波器探頭引起的電路負載效應(yīng)問題。

當探頭使電路的負載過重時，預期波形會如何變化呢？電路特性的變化主要由以下三個因素決定：

被測數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換頻率
被測電路在轉(zhuǎn)折頻率點的源端阻抗
示波器探頭在轉(zhuǎn)折頻率點的輸入阻抗

我們姑且認為典型的數(shù)字信號源端阻抗范圍從10歐到75歐，現(xiàn)在只需要研究示波器探頭與頻率的關(guān)系特性。圖3.11顯示了3種典型示波器探頭的輸入阻抗。

1、0.5PF，1KΩ輸入阻抗的10倍無源探頭。

2、1.7PF，10MΩ輸入阻抗的10儕FET有源輸入探頭。

3、10PF，10MΩ輸入阻抗的10倍無源探頭。

參見圖3.11，在我們關(guān)注的上升時間范圍內(nèi)，探頭的并聯(lián)電容越高，阻抗會越低。在高頻時，只有并聯(lián)電容比較重要。

如果我們想讓探頭對被測電路的影響不大于10%，探頭的阻抗應(yīng)該至少110倍被測電路的源端阻抗。對于任何上升時間小于5NS的場合，10PF的探頭都無法滿足要求。

例：探頭加載

參見圖3.12，我們通過一個50歐阻抗的長傳輸線，將信號源連接到一個50歐的端接器在端接位置連接一個感應(yīng)探頭，該探頭由一個1KΩ的電阻和一條5Ω阻抗的RG-174短同軸電纜組成。這個感應(yīng)同軸電纜的另一端接到一臺高速采樣示波器的50Ω端接的輸入端上。

現(xiàn)在我們可以將不同負載的示波器探頭接到測試點上，觀察它們對電路的影響。

圖3.13展示了一個TEKTRONIX P6137探頭連接到測試點時的情形。P6137是一個10倍衰減，10PF的100MΩ類型探頭，應(yīng)探頭連接到400MHZ的便攜式示波器。第一個波形是沒有加載探頭時的記錄結(jié)果；第二個波形是加載了帶有6IN長接地線探頭時記錄的結(jié)果；第三個波形是將裸探頭的尖端觸點直接接觸測試點A，探頭外殼用刀片直接接地時得到的結(jié)果。

第一個波形的上升時間最好，為600PS，并伴有中等程度的振鈴。第二個波形則在上升時間上有所劣化，并在最初的上升沿后有較大下沖。第一個波形也有波動，但波動保持在漸近線上下半個刻度的范圍之內(nèi)。最后一個波形的上升時間顯示為800PS，而且波動很小。

讓我們來計算預期的上升時間劣化，然后與這些實驗結(jié)果進行比較。

如第三個波形所示，當連接的串聯(lián)電感很小時，探頭等效于一個簡單的電容負載。圖3.12所示的測試點等效信號源端阻抗為25歐，當耦合到10PF的容性負載時，其RC上升時間是：

這個值正好對應(yīng)了800PS的測量結(jié)果，達到了我們預期的精確程度。

當探頭負載使信號上升時間增加了200PS時，信號的延遲僅增加了100PS，這是因為大多數(shù)門電路的轉(zhuǎn)換時間是在上升沿的中部，而不是10%或90%點的位置。

本文地址：http://www.3532n.com/article/analog/2010/20100604218962.html