想象一个由电阻、电感和电容组成的简单电路,却能在实际应用中发挥巨大的作用。这就是探头电路的基本模型。电阻Rprobe代表了探头的输入电阻,它的作用是尽可能减少探头对被测电路的影响。你希望Rprobe越大越好,因为这样可以最大程度地避免分压现象,让你得到更准确的测量结果。但是,Rprobe不可能做到无穷大,所以它和被测电路之间总会产生一些分压,导致实测电压比实际电压小。为了解决这个问题,通常要求Rprobe要大于被测电路的源电阻和负载电阻的10倍以上。这样,你就能得到一个相对准确的测量结果了。
在探头电路中,寄生电容Cprobe是一个不可忽视的因素。它并不是刻意做进去的,而是探头的寄生电容。这个电容会对高频信号产生衰减,使得信号的上升沿变缓。你可能会问,为什么高频信号会受到这么大的影响呢?这是因为寄生电容会与探头的寄生电感一起构成谐振回路,当电感值太大时,在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振,造成信号的失真。所以,在高频测试时,你需要严格控制信号和地线的长度,否则很容易产生振铃现象。
除了寄生电容,探头的寄生电感Lprobe也是一个重要的因素。通常,1mm的探头地线就会有大约1nH的电感,信号和地线越长,电感值越大。这个电感和寄生电容组成了谐振回路,当电感值太大时,在输入信号的激励下就有可能产生高频谐振,造成信号的失真。所以,在高频测试时,你需要严格控制信号和地线的长度,否则很容易产生振铃现象。
探头的种类有很多,它们各有千秋,适用于不同的应用场景。无源探头是最常用的一类电压探头,也是你在购买示波器时标配赠送的探头。无源探头一般使用通用型BNC接口与示波器相连,所以大多数厂家的无源探头可以在不同品牌的示波器上通用。有源探头则分为有源单端、有源差分、高压差分探头等。此外,在一些特殊应用下,还会使用到电流探头、近场探头、逻辑探头以及各类传感器探头等。
现在,让我们来深入了解一下探头电路图。一个典型的无源探头电路图通常包括输入阻抗Rprobe、寄生电容Cprobe、传输导线和可调补偿电容Ccomp。无源探头一般输入阻抗为10M,衰减比因子为10。在使用示波器时,你需要对示波器测量通道的耦合方式和输入阻抗进行设置,耦合方式有AC和DC两种,输入阻抗有1M和50两种。示波器的探头种类很多,但是示波器的匹配永远只有1M欧姆或50欧姆两种选择,不同种类的探头需要不同的电阻与之匹配。
在射频领域,探头电路图也有着广泛的应用。例如,功率探头电路图中,输入端的50欧姆匹配电阻,应该尽可能多地用多个贴片电阻并联而成,以降低感抗成分,提高工作频率。其中,5.6pF的电容,用于频率补偿,以便修正AD8307的频率特性。调试时,注入50MHz,0dBm的高频信号,对探头进行校准,调节2.2k的微调电阻,使输出达到2V。探头的工作范围1~500MHz,动态范围在80dB,当输入为20dBm时,对应输出为2.5V,输入-60dBm时,对应输出为0.5V。
在数字电路领域,逻辑探头电路图也有着重要的应用。逻辑探头电路可以用来检测TTL或DTL数字电路,它所能提供的信息几乎与阴极射线示波器或逻辑分析仪的一样多,但成本却低得多。逻辑探头电路可以装在塑料管里,一头接探头测试端,另一头拉出2根电源引线。一个发光二极管闪亮表示输入信号从高到低,另一个发光二极管闪亮表示信号从低变高。由于这个探头电路把脉冲宽度拉长,因而即使脉冲很窄,肉眼仍能看见闪光。
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