如何根據(jù)使用環(huán)境快速挑選合適的示波器探頭?

　　一、探頭選擇的依據(jù)

　　不同類型的探頭適用于不同的測量環(huán)境，因此，挑選合適的探頭是開展測量工作的首要任務。這首先需要對要測量的信號有清晰的認識。對于電信號而言，主要是測量電壓或者電流，這就需要考慮信號的頻率高低、振幅大小、測量對象的輸出電阻高低，以及是否能夠通過絕緣進行差分測量等因素。

　　在充分了解測量對象的這些特性之后，就能從眾多類型的探頭中做出恰當?shù)倪x擇。市場上有多種探頭可供選擇，例如專門用于測量高電壓、高速信號或者適用于多種場景的探頭。

　　二、電壓探頭的選擇要點

　　(一)選擇電壓探頭時需考慮的四個規(guī)格

　　1,頻率范圍

　　電壓探頭的頻率范圍要依據(jù)可測量的頻率來確定。不同的測量場景對頻率范圍的要求各異，例如在高頻電路測量中，探頭需要有較寬的高頻響應范圍;而在低頻電路測量中，探頭的低頻特性則更為關鍵。

　　2,輸入電壓范圍

　　輸入電壓范圍的確定要考慮可觀測信號的最大電壓，并預留一定余量以應對諸如電涌等情況。若輸入電壓范圍選擇不當，可能導致探頭損壞或測量不準確。例如在電力系統(tǒng)電壓監(jiān)測中，瞬間的電壓波動(電涌)可能出現(xiàn)，如果探頭輸入電壓范圍沒有足夠余量，就無法準確測量甚至可能被過高電壓損壞。

　　3,輸入電阻

　　輸入電阻會對測量對象產(chǎn)生直流電負載。如果輸入電阻過低，會產(chǎn)生較大直流負載，進而影響電路偏壓。在對偏壓要求嚴格的精密電路測量中，不合適的輸入電阻可能使電路工作點偏移，影響測量結果準確性。

　　4,輸入電容

　　輸入電容會對測量對象產(chǎn)生交流(高頻)電負載。當輸入電容過大時，會影響高速信號的上升沿等特性。在高速數(shù)字電路或高頻模擬電路測量中，高速信號的上升沿和下降沿是重要測量參數(shù)，過大的輸入電容會使這些參數(shù)畸變，導致測量結果失真。

　　三、有源探頭與無源探頭

　　1,有源探頭

　　有源探頭在探頭內(nèi)部前端安裝有半導體元件。其工作原理是信號衰減后直接輸入到探頭內(nèi)部前端的半導體元件。這個半導體元件能夠緩沖大容量電纜電容，從而極大地減小輸入電容，降低對測量對象的影響。有源探頭在高電阻、高頻率的測量環(huán)境下具有明顯優(yōu)勢，因為它能有效抑制探頭負載效應對測量對象的影響。

　　在差分信號測量方面，有源探頭有重要應用。例如在CAN、LVDS、高速串行通信等差分信號測量中，有源探頭可以去除共模電壓，提取差分信號。并且在配電電源電路等浮動電路或電路GND電阻較高的場合，有源探頭能夠?qū)⑹静ㄆ髋c測量對象的GND分離，從而實現(xiàn)準確測量。

　　2,無源探頭

　　無源探頭的信號是經(jīng)過數(shù)米長的電纜后輸入到示波器的半導體元件中。與有源探頭相比，無源探頭在輸入電容等性能方面存在劣勢，但在一些對成本要求較高、測量環(huán)境相對簡單的場景下仍有應用價值。

　　四、電流探頭與電流測量方法

　　1,電流探頭的特點與測量原理

　　電流探頭的一大優(yōu)勢是能夠進行非接觸式測量，這樣不會對測量對象造成過大影響，它通過檢測要測量的電流周圍的磁場來實現(xiàn)測量。

　　【測量儀所采用的電流測量方法】

　　2,采用分流電阻的電流測量方式

　　這種測量方式需要切斷有電流流過的線路，采用分流電阻形成旁路。有時也采用切斷被測量導體并插入低值電阻(分流電阻)，然后測量電阻兩端電壓的方法。但這種方法存在一些問題，分流電阻產(chǎn)生的電壓會影響測量對象的工作狀態(tài)，并且在電阻極低時容易受到寄生電感元件和寄生電容的影響，導致輸出電壓帶有頻率特性。不過，在可以忽略寄生電感元件和寄生電容影響的低頻情況下，這種方法的測量精度最高。

　　3,采用電流互感器的電流測量方式

　　這種方式是在磁芯上纏繞線圈制成CT結構感應器，其結構簡單、制作成本低廉。然而，由于它檢測的是磁場，所以在原理上無法檢測直流電。CT感應器的工作原理是：當被測導體內(nèi)有電流時，磁芯內(nèi)形成磁通量，為了消除該磁通量，在二級線圈上產(chǎn)生電動勢，電流流經(jīng)分流電阻，并且被測電流與二級線圈的電流存在一定比例關系。但由于感應電動勢與單位時間的磁通量變化成比例，所以無法檢測磁通量無變化的直流電，而且變化速度越慢感應電動勢越小，不足以進行檢測。

　　在使用電流互感器時需要注意其直流重疊特性。因為CT感應器是在鐵芯等磁芯中纏繞線圈，使其具有電感元件的功能。當在電感元件上施加直流磁場后，磁芯的磁導率會減小，電感元件會衰減，當直流磁場增大到一定數(shù)值時，磁芯會飽和，無法再發(fā)揮電感元件的功能。電流探頭的基本結構與在磁芯上纏繞線圈的電感元件結構相同，所以在有直流電的情況下，電流探頭的特性會發(fā)生變化，直流電流達到一定大小后電流探頭就會失靈，無法輸出波形。

　　4,使用零磁通門傳感器檢測直流電流

　　由于CT感應器不會對直流或低頻電流產(chǎn)生感應電動勢，所以直流和低頻電流產(chǎn)生的磁通量會殘留在磁芯內(nèi)。零磁通門方法是在磁芯縫隙內(nèi)安裝霍爾效應元件，它能檢測出該磁通量，同時將負反饋電流送入線圈以抵消該磁通量。這種方法能夠有效減少磁芯內(nèi)部的非線性影響，從而實現(xiàn)高精度測量，并且可以避免CT方法中的直流重疊特性。

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