示波器探頭的案例
示波器探頭：電路測試與分析的關鍵工具
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在電子工程領域，示波器探頭作為電路測試與分析的關鍵工具，其重要性不言而喻。它不僅能夠幫助工程師們快速準確地捕捉電路中的信號變化，還能夠為故障排查和性能優化提供寶貴的數據支持。本文將探討示波器探頭的工作原理、類型選擇及其在電路測試與分析中的應用。
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一、示波器探頭的工作原理
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示波器探頭的主要作用是將電路中的信號轉換為示波器可以處理的電壓信號。它通常由感應部分、傳輸線和補償電路組成。感應部分負責捕捉電路中的信號，傳輸線則將信號傳輸至示波器https://www.misumi.com.cn/vona2/el_control/E1700000000/E1704000000/E1704010000/，而補償電路則用于消除傳輸線引入的誤差，確保信號的準確性。
展開 示波器X1探頭和X10探頭該怎么選擇？
在使用示波器時，需要對示波器測量通道的耦合方式和輸入阻抗進行設置，耦合方式有AC和DC兩種，輸入阻抗有1MΩ和50Ω兩種。示波器的探頭種類很多，但是示波器的的匹配永遠只有1M 歐姆或50歐姆兩種選擇，不同種類的探頭需要不同的電阻與之匹配。示波器輸入接口的電路示意圖如下圖所示：
測量普通信號時一般用DC耦合方式，測試電源的紋波/噪聲時需要使用AC耦合方式，示波器接有源探頭時，輸入阻抗會自動切換到50Ω檔位，接無源探頭時需要手動切換到1MΩ檔位。從電壓測量的角度來說，為了減小對被測電路的影響，示波器應采用1MΩ的高輸入阻抗，但是由于高阻抗電路的帶寬很容易受到寄生電容的影響。所以 1MΩ的輸入阻抗廣泛應用于 500M 帶寬以下的測量。對于更高頻率的測量，通常采用50Ω的傳輸線，所以示波器50歐姆匹配主要用于高頻測量。
為了更好的說明示波器輸入阻抗及寄生電容對測量通道帶寬的影響，示波器寄生電容的等效阻抗為1/2pifc,再低頻時，C的等效阻抗非常大，大部分電流流過R,當信號頻率提高，阻抗越來越小，輸入阻抗降低，為了降低寄生電容對示波器輸入阻抗的影響，所以在測試高頻信號時，示波器的輸入阻抗設置為50歐姆。
衰減信號是用探頭，接上這個探頭，并且用x10檔以后，經過探頭到達示波器輸入端的信號幅度衰減到1/10， 并且從探頭輸入端來看，輸入阻抗變為10倍，實際上從示波器自己的輸入端來看，輸入阻抗還是原來的，但對于系統（示波器+探頭）來說阻抗增大為10倍。輸入阻抗高會使輸入信號的損失更小，輸入阻抗相當于信號的負載，輸入阻抗越高，相當于信號的負載越輕。
2、什么時候使用X1和X10?
展開 干貨 | 示波器探頭各種作用及工作原理
A圖是使用12GHz的1169A差分探頭和N5381A 12GHz焊接探頭附件的測試結果，幾乎完全復現被測信號；
B圖是使用500MHz的無源探頭的測試結果，顯示的信號完全失真；
C圖是使用12GHz的1169A差分探頭和較長的測試引線的測試結果，顯示的信號出現很大的過沖；
D圖是使用4GHz的1158A單端探頭和較長的測試引線的測試結果，顯示的信號幾乎是正弦波，失真較大。
不同探頭附件測試結果對比
從圖中可見探頭和探頭附件對測試精確度的影響是非常大的，是我們測試高速信號應該重點注意的內容之一。那我們應該如何驗證探頭和探頭附件呢？
驗證探頭和探頭附件需要使用一臺脈沖碼型發生器（如：81134A，3.35GHz速率，60ps邊沿的脈沖碼型發生器），如果示波器自帶高速信號輸出功能，也可以使用示波器的這個輔助輸出口代替脈沖碼型發生器（如：Infiniium示波器的AUX OUT端口可以發一個高速時鐘：456MHz頻率，約65ps邊沿）。
另外，需要同軸電纜和測試夾具（Infiniium示波器配置的探頭校準夾具可以作為探頭和探頭附件驗證測試夾具）。測試夾具的外表是地（Ground），里面走線是信號（Signal），如下圖所示。使用時，通過同軸電纜把一端接到脈沖碼型發生器或示波器的輔助輸出AUX OUT端口，另外一端通過適配器連接到示波器的通道1上。
探頭驗證夾具
然后把被驗證的探頭連接到通道2上，探頭通過探頭附件可以接觸到測試夾具的信號和地（如果是差分探頭，那么把+端連接到測試夾具的信號線，把-端連接到測試夾具的地上）。
展開 干貨 | 示波器探頭各種作用及工作原理，你都理解清楚了嗎？
A圖是使用12GHz的1169A差分探頭和N5381A 12GHz焊接探頭附件的測試結果，幾乎完全復現被測信號；
B圖是使用500MHz的無源探頭的測試結果，顯示的信號完全失真；
C圖是使用12GHz的1169A差分探頭和較長的測試引線的測試結果，顯示的信號出現很大的過沖；
D圖是使用4GHz的1158A單端探頭和較長的測試引線的測試結果，顯示的信號幾乎是正弦波，失真較大。
圖20不同探頭附件測試結果對比
從圖中可見探頭和探頭附件對測試精確度的影響是非常大的，是我們測試高速信號應該重點注意的內容之一。那我們應該如何驗證探頭和探頭附件呢？
驗證探頭和探頭附件需要使用一臺脈沖碼型發生器（如:81134A，3.35GHz速率，60ps邊沿的脈沖碼型發生器），如果示波器自帶高速信號輸出功能，也可以使用示波器的這個輔助輸出口代替脈沖碼型發生器（如: Infiniium示波器的AUX OUT端口可以發一個高速時鐘：456MHz頻率，約65ps邊沿）。另外，需要同軸電纜和測試夾具（Infiniium示波器配置的探頭校準夾具可以作為探頭和探頭附件驗證測試夾具）。測試夾具的外表是地(Ground)，里面走線是信號(Signal)，如下圖所示。使用時，通過同軸電纜把一端接到脈沖碼型發生器或示波器的輔助輸出AUX OUT端口，另外一端通過適配器連接到示波器的通道1上。
圖21探頭驗證夾具
然后把被驗證的探頭連接到通道2上，探頭通過探頭附件可以接觸到測試夾具的信號和地（如果是差分探頭，那么把+端連接到測試夾具的信號線，把-端連接到測試夾具的地上）。
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深入理解示波器探頭各種作用及工作原理
那我們應該如何驗證探頭和探頭附件呢？
驗證探頭和探頭附件需要使用一臺脈沖碼型發生器（如:81134A，3.35GHz速率，60ps邊沿的脈沖碼型發生器），如果示波器自帶高速信號輸出功能，也可以使用示波器的這個輔助輸出口代替脈沖碼型發生器（如: Infiniium示波器的AUX OUT端口可以發一個高速時鐘：
456MHz頻率，約65ps邊沿）。
另外，需要同軸電纜和測試夾具（Infiniium示波器配置的探頭校準夾具可以作為探頭和探頭附件驗證測試夾具）。
測試夾具的外表是地(Ground)，里面走線是信號(Signal)，如下圖所示。
使用時，通過同軸電纜把一端接到脈沖碼型發生器或示波器的輔助輸出AUX OUT端口，另外一端通過適配器連接到示波器的通道1上。
圖21探頭驗證夾具
然后把被驗證的探頭連接到通道2上，探頭通過探頭附件可以接觸到測試夾具的信號和地（如果是差分探頭，那么把+端連接到測試夾具的信號線，把-端連接到測試夾具的地上）。
1、如果探頭不接觸信號線，則屏幕上會出現一個原始波形，存為參考波形；
2、當用探頭探測信號線時，通道1的波形會發生變化，這個變化后的波形就是被探頭和探頭附件影響后的被測信號；
3、這時，連接探頭的通道2會出現一個波形，這個波形是探頭測試到的波形；
4、通過對比參考波形，通道1的波形，和連接探頭的通道2的波形，就可以直觀的看出或通過測試參數讀出三者的差別，可以驗證探頭和探頭附件的影響。
展開 示波器探頭各種作用及工作原理，你都理解清楚了嗎？
有源探頭帶寬寬（現在可達30GHz），而負載小，但是價格相對較高（一般每根探頭達到同樣帶寬示波器價格的10%左右)，動態范圍較小（這個需要注意，因為超過探頭動態范圍的信號，不能正確測試。一般動態范圍5V左右），比較脆弱，使用需小心。
有源探頭結構
差分探頭結構圖如下，使用差分放大器實現阻抗變換的目的。差分探頭的輸入阻抗較高（一般達50Kohm以上），而輸入電容較小（一般小于1pf)，通過差分探頭放大器后連接到示波器，示波器必須使用50ohm 輸入阻抗。
差分探頭帶寬非常寬（現在可達30GHz），負載非常小，具有較高共模抑制比，但是價格相對較高（一般每根探頭達到同樣帶寬示波器價格的10%左右)，動態范圍也較小（這個需要注意，因為超過探頭動態范圍的信號，不能正確測試。一般動態范圍3V左右），比較脆弱，使用需小心。
差分探頭適合測試高速差分信號（測試時不用接地），適合放大器測試，電源測試，適合虛地測試等應用。
差分探頭結構
電流探頭也是有源探頭，利用霍爾傳感器和感應線圈實現直流和交流電流的測量。電流探頭把電流信號轉換成電壓信號，示波器采集電壓信號，再顯示成電流信號。電流探頭可以測試幾十毫安到幾百安培的電流，使用時需要引出電流線（電流探頭是把導線夾在中間進行測試的，不會影響被測電路）。
電流探頭在測試直流和低頻交流時的工作原理：
當電流鉗閉合，把一通有電流的導體圍在中心時，相應地會出現一個磁場。這些磁場使霍爾傳感器內的電子發生偏轉，在霍爾傳感器的輸出產生一個電動勢。電流探頭根據這個電動勢產生一個反向（補償）電流送至電流探頭的線圈，使電流鉗中的磁場為零，以防止飽和。電流探頭根據反向電流測得實際的電流值。
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A圖是使用12GHz的1169A差分探頭和N5381A 12GHz焊接探頭附件的測試結果，幾乎完全復現被測信號；
B圖是使用500MHz的無源探頭的測試結果，顯示的信號完全失真；
C圖是使用12GHz的1169A差分探頭和較長的測試引線的測試結果，顯示的信號出現很大的過沖；
D圖是使用4GHz的1158A單端探頭和較長的測試引線的測試結果，顯示的信號幾乎是正弦波，失真較大。
圖20不同探頭附件測試結果對比
從圖中可見探頭和探頭附件對測試精確度的影響是非常大的，是我們測試高速信號應該重點注意的內容之一。那我們應該如何驗證探頭和探頭附件呢？
驗證探頭和探頭附件需要使用一臺脈沖碼型發生器（如:81134A，3.35GHz速率，60ps邊沿的脈沖碼型發生器），如果示波器自帶高速信號輸出功能，也可以使用示波器的這個輔助輸出口代替脈沖碼型發生器（如: Infiniium示波器的AUX OUT端口可以發一個高速時鐘：456MHz頻率，約65ps邊沿）。另外，需要同軸電纜和測試夾具（Infiniium示波器配置的探頭校準夾具可以作為探頭和探頭附件驗證測試夾具）。測試夾具的外表是地(Ground)，里面走線是信號(Signal)，如下圖所示。使用時，通過同軸電纜把一端接到脈沖碼型發生器或示波器的輔助輸出AUX OUT端口，另外一端通過適配器連接到示波器的通道1上。
圖21探頭驗證夾具
然后把被驗證的探頭連接到通道2上，探頭通過探頭附件可以接觸到測試夾具的信號和地（如果是差分探頭，那么把+端連接到測試夾具的信號線，把-端連接到測試夾具的地上）。
展開 干貨｜100個軟硬件都要懂的示波器基礎知識
對一個已設計完成的產品，如何用示波器檢測分析其可靠性？
答：示波器早已成為檢測電子線路最有效的工具之一，通過觀察線路關鍵節點的電壓電流波形可以直觀地檢查線路工作是否正常，驗證設計是否恰當。這對提高可靠性極有幫助。當然對波形的正確分析判斷有賴于工程師自身的經驗。
2． 決定示波器探頭價格的主要因素是什么？
答：示波器的探頭有非常多的種類，不同的性能，比如高壓，差分，有源高速探頭等等，價格也從幾百人民幣到接近一萬美元。價格的主要決定因素當然是帶寬和功能。探頭是示波器接觸電路的部分，好的探頭可以提供測試需要的保真度。為做到這一點，即使無源探頭，內部也必須有非常多的無源器件補償電路(RC 網絡)。
3． 一般的是德科技示波器探頭的使用壽命有多長時間？探頭需不需要定期的標定？
答：示波器的探頭壽命不好說，取決于使用環境和方法。標準對于探頭沒有明確的計量規定，但是對于無源探頭，至少在更換探頭，探頭交換通道的時候，必須進行探頭補償調整。所有有源探頭在使用前應該有至少 20 分鐘的預熱，有的有源探頭和電流探頭需要進行零點漂移調整。
4． 什么是示波器的實時采樣率？
答：實時采樣率是指示波器一次采集(一次觸發)采樣間隔的倒數。據了解，目前業界的最高水平是四個通道同時使用。
5． 什么是示波器的等效時間采樣？
展開 理解示波器帶寬，原來這么簡單
注意，儀器系統很多因數都會影響在示波器測試上升時間結果的精度，這些因數包括信號源、探頭以及示波器。
圖3表格是假設信號和示波器的測試系統都是一階響應特性，但是在實際上，特別是今天的高速串行信號，這個假設與實際相差甚遠。對于最大平坦包絡延遲響應，示波器的帶寬和上升時間的關系系數接近0.45。在圖3中，可以看出上升時間和帶寬比例系數的變化，20GHz幅頻響應模型也發生變化，從簡單的一階響應到32階響應。16階和32階響應類似現在的高性能示波器的響應特性，這類高性能示波器的tr/BW比例系數接近0.4或0.45。
對于這樣的比例系數，示波器的幅頻響應從低頻到示波器帶寬截止頻率的平坦度非常好。
另外，如果儀器使用非常好的濾波器，那么它的幅度和相位都會得到較好的補償，以便以最好的保真度捕獲和分析復雜信號。
什么是真正意義上最好的示波器？
兩臺示波器具有相同帶寬性能可以有不同的上升時間，以及不同的幅頻響應和相位響應。
因此，只有知道示波器的帶寬，將無法可靠地知道其測量能力或其能夠準確捕捉復雜信號（像高速串行數據流）的能力。
同時，示波器的真實的上升時間和從示波器帶寬計算出的上升時間結果是否一致值得商榷。
要得到示波器真實上升時間和下降時間，唯一可靠的途徑就是利用一個上升時間比示波器快的多的理想階躍信號去測量。
展開 如何正確地理解電源紋波、噪聲及其測試？
示波器耦合方式選擇交流耦合檔位；
帶寬限制選擇20MHz；
將示波器探頭的地夾線去掉，換上彈簧接地環，用探針靠接電源的輸出端，接地環就近連接在裸露的地上，觀察輸出的波形。
4、注意事項
注1：為了獲取噪聲的真實情況，電源噪聲測試時一般不做帶寬限制，測試位置一般選擇在電容輸出引腳上；
注2：對于紋波，一般是指在電源輸出的時候，電源自身開關引起的一種固定頻率波動的現象，紋波一般跟電源的開關頻率同步，由電容的充放電、 PWM調節等產生，頻率一般不會高于20MHz，因此測試時一般帶寬限制選擇20MHz；
注3：測試時去掉地夾線，換上彈簧接地環，是為了減小環路面積，減小外部環境對測試結果產生干擾(參照下圖2)；
注4：測試時需要帶負載測試，不帶負載測試紋波有時會偏大；
圖 2 地夾線--->彈簧接地環
5、一點感想
簡單聊聊經常會遇到的一些事情：如何判斷一家公司適不適合自己？對于這個問題我一般看三點：
1、這份工作是否有前途？能否對自己有提升？
2、薪資待遇是否達到自己的要求？
3、公司氛圍是不是合適自己？
|本文編輯轉載自8號線攻城獅，已獲授權！
展開 示波器應用技術指導
泰克tds360示波器怎樣設置語言？
Matlab與TDS系列數字示波器的通信過程
Tektronix公司的TDS系列數字實時示波器在國內已經得到廣泛的應用，與其配套的擴展模塊TDS2CM和TDS2MM模塊具有與外部設備雙向通訊的能力，可直接與打印機、微機連接，使波形的存儲打印等工作變得十分方面，其中TDS2MM還具有FFT功能，可以對波形進行實時的頻譜分析。同機配送的Wavestar軟件提供了PC機與示波器雙向通訊的功能，具有良好的用戶界面，其其數據處理功能卻是很少，僅能對波形的幅值、頻率、周期、上升和下降時間等進行測量，并且大多數用戶出于價格考慮而配置TDS2CM模塊，它不具備TDS2MM模塊的頻譜分析功能，這就限制了示波器的進一步開發利用。Mathworks公司的著名數值計算軟件Matlab具有強大的數值計算功能，它的Instrument Control Toolbox提供了強大的外設控制功能，可以對GPIB、RS-232、VXI、Centronics端口進行控制。用Matlab與TDS2CM模塊配合可以實現示波器與微機之間的數據通訊，利用Matlab強大的數值處理、矩陣運算功能可對示波器記錄的波形數據進行分析和處理。
數字示波器是數據采集，A/D轉換，軟件編程等一系列的技術制造出來的高性能示波器。數字示波器一般支持多級菜單，能提供給用戶多種選擇，多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲，實現對波形的保存和處理。 目前高端數字示波器主要依靠美國技術，對于300MHz帶寬之內的示波器，目前國內品牌的示波器在性能上已經可以和國外品牌抗衡，且具有明顯的性價比優勢。數字示波器因具有波形觸發、存儲、顯示、測量、波形數據分析處理等獨特優點，其使用日益普及。由于數字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當，會產生較大的測量誤差，從而影響測試任務。
展開 STM32 60M示波器+萬用表 DIY資料全部開源
本文轉載于公眾號：電子菌
主控: STM32F103ZET6
液晶屏: 3.2"TFT320×240 65K彩色LCD顯示屏 STM32 FSMC總線驅動
AD: ADS830 IDT7204
AMP: TL082 TL084
示波器:最高實時取樣率60Msps 8Bits，
取樣緩沖器深度：5K
垂直靈敏度：5V，1V，500mV,200mV,100mV,50mV,20mV,10mV;
基準電壓使用STM32 DA輸出，實現按鍵調節波形基準
水平位置可調并有指示
輸入阻抗：≥1MΩ
最高輸入電壓：50Vpp
耦合方式：AC/DC
實現自動、常規、單次觸發方式 ,上升或下降邊沿觸發
實現計算測量輸入信號的頻率、周期、占空比、交流峰-峰值、平均值
觸發電平高低位置可調，并電壓指示
觸發時基位置可調，并帶指示
RUN/STOP功能
使用16個按鍵，真正作到單鍵操作以免去組合按鍵麻煩。
電壓表：
檔位： 200mV 2V 20V 100V
電流表：
檔位： 200mA 5A
電阻表：
檔位： 200Ω （加BB功能） 2K 20K 200K 2M
波形發生器：
檔位： 正弦波 方波（加占空比調節） 1K-100KHZ
電源使用3000mA鋰電，正常工作3小時以上
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展開 干貨 | 閑來無事，拆個示波器玩玩~
首先要解釋一下何為混合域示波器？既然說到這個話題，就不得不說一下示波器的進化史了，接下來簡單講一下示波器進化簡史。
第一代示波器——模擬示波器(ART-analog real time oscilloscope )
純模擬機器，使用示波管顯示X-Y掃描成像顯示波形，到后期有字符疊加功能可以實現簡單的測量參數顯示，巔峰之作為泰克7000系列。下圖泰克485為經典之一：
第二代示波器——數字示波器(DSO-digital oscilloscope)
數字機以AD轉換器加DSP或者FPGA為控制器對模擬信號進行采樣處理顯示緩存。
第三代示波器——數字熒光示波器(DPO-Digital Phosphor Oscilloscope)
以數字示波器為基礎加強波形捕獲處理能力，使其具有與模擬示波器近似的波形余暉功能和更高的波形刷新率。
展開 干貨分享｜基于示波器的電源環路響應測試方案
基于上述問題，今天我將給大家介紹目前市場上最新穎最經濟的環路響應測試方案--基于示波器的電源環路響應測試方案。
測試原理圖
1. 把分壓電阻和輸出電壓斷開，串入一個5-50ohm注入電阻；
2. 利用示波器波形發生器，經過隔離變壓器連接到注入電阻兩端；
3. 示波器兩個通道分別測量注入電阻上端到地電壓（輸出電壓）和注入電阻下端到地電壓（傳遞函數的Vin）；
4. 利用示波器自帶環路響應測試軟件運行自動測試，即可測出開關電源增益和相位曲線。
測試結果分析與判斷依據
a. 穿越頻率（增益為0dB時對應的頻率）：建議為開關頻率的5%--20%
b. 相位裕度（增益為0dB時對應的相位）：要求一定要大于45°，建議45°-- 80°
c. 穿越斜率（0dB附近）：要求為單極點穿越（-20dB每十倍頻斜率穿越0dB）
d.
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