理想的探頭

在理想情況下,理想的探頭將提供下述主要特點:

① 連接容易、方便

② 絕對的信號保真度

③ 零信號源負荷

④ 能夠全面抗擊噪聲

1.連接容易、方便

建立到測試點的物理連接是探測的關鍵要求之一。在理想的探頭中，還應能夠容易、方便地進行物理連接。

圖1.探測 SMT 設備

對微型電路，如高密度表面封裝技術(SMT)，通過微型探頭頭部及為SMT 設備設計的各種探頭尖端適配器，可以提高連接的容易性和方便性。這種探測系統如圖1所示。但是，這些探頭在工業電力電路等應用中實際使用時太小了，在這些應用中，通常使用高壓線和大號線。在電力應用中，要求使用具有更高安全余量、在物理上更大的探頭。圖2和3說明了這種探頭實例，其中圖2是高壓探頭，圖3是夾子式電流探頭。

圖2.高壓探頭

從這些物理連接實例中，可以明顯看出，并沒有一種理想的探頭規格或配置可以適用于所有應用。正因如此，業內已經設計出各種探頭規格和配置，以滿足各種應用的物理連接要求。

圖3.夾子式電流探頭

2.絕對的信號保真度

理想的探頭應以絕對的信號保真度，把任何信號從探頭尖端傳送到示波器輸入上。換句話說，探頭尖端上發生的信號應逼真地復現在示波器輸入上。

為實現絕對保真度，從探頭尖端到示波器輸入的探頭電路必須擁有零衰減、無窮大的帶寬及在所有頻率中實現線性相位。這些理想要求在實踐中不僅是不可能實現的，也是不可行的。例如，在處理音頻頻率信號時，沒有人會需要帶寬無窮大的探頭或示波器。在500 MHz 就能涵蓋大多數高速數字、電視和其它典型示波器應用時，也不需要無窮大的帶寬。

但是，在給定工作帶寬范圍內，絕對信號保真度仍是廣大用戶一直尋求的夢想。

3.零信號源負荷

測試點后面的電路可以視作一種信號源模型。連接到測試點的任何外部設備，如探頭，都會在測試點后面信號源上表現為額外的負荷。

在從電路(信號源)吸收信號電流時，外部設備作為負荷操作。這一負荷或吸收的信號電流會改變測試點后面的電路，進而改變測試點上看到的信號。

理想的探頭導致的信號源負荷為零。換句話說，它不會從信號源吸收任何信號電流。這意味著為使吸收的電流為零，探頭必須具有無窮大的阻抗，從而在本質上對測試點表示為開路。

在實踐中，零信號源負荷的探頭是不能實現的。這是因為探頭必須吸收少量的信號電流，以在示波器輸入上形成信號電壓。結果，在使用探頭時預計將產生一定的信號源負荷。但是，我們的目標應一直是通過正確選擇探頭，最大限度地降低負荷數量。

4.全面抗噪聲能力

熒光燈和風扇馬達是我們的周圍環境中存在的眾多電子噪聲源的兩種來源。這些噪聲源會在附近的電氣電纜和電路上引起噪聲，進而導致在信號中增加噪聲。由于容易受到感應的噪聲影響，一段簡單的導線是示波器探頭的次優選擇。

理想的示波器探頭要能夠全面抗擊所有噪聲源。結果，與測試點上的信號出現的噪聲相比，傳送到示波器上的信號不會產生更多的噪聲。

在實踐中，使用屏蔽可以使探頭對大多數常用信號電平實現高級抗噪聲能力。但是，對某些低電平信號，噪聲仍可能是一個問題。在實踐中，共模噪聲會給差分測量帶來問題，我們將在下期對此進行討論。

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審核編輯 黃宇