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示波器探头基础系列之五——示波器探头使用指南(下)

<p><strong>有源(FET)探头</strong></p>
<p>对于许多应用要求高的阻抗和频率(如2GHz以上),则有源探头成为有力的工具。有源探头使用具有高的输入阻抗的场效应管放大器和缓冲器电路。典型的有源探头提供1:1的电压增益和1MOhm输入电阻和2.2pF输入电容,1G带宽。其电路原理图如图14所示:</p>
<p>图 14 有源探头原理图</p>
<p>关键部件包括由场效应管构成的源极,互补双极晶体管构成的发射机。FET提供很高的输入电阻,大于1011倍探头输入电阻。有源探头要求供电,并有一个更为严格的动态范围。实际上,高带宽有源探头最大的缺点在于其很容易被高压打坏。因为有源探头远远比无源探头贵,使用者注意应该避免这一点。实际上,有源探头填补了高阻探头和低容值探头的各自缺点。具有高达2GHz的带宽和相对高的输入电阻,并可以驱动相对长的电缆线。加上有源探</p>
<p>头可以调节偏置和耦合,因此常被用作测试仪器需要离开待测电路一定距离的ATE自动测试系统。</p>
<p>图15 探头地线电感的简化模型</p>
<p> </p>
<p><strong>探头接地和信号完整性</strong></p>
<p>当频率提高时,探头的二阶效应如探头地线电感将影响测量波形。地线电感由地线长度和信号频率共同决定。考虑图15的简化模型,探头地线提供了一个信号回路,其电感值为</p>
<p>地平面几何形状的函数。如传统的绕线电感为25nH/inch, 10:1、高电阻探头的电感值为100-150nH。这些电感和探头电容组成谐振回路。如典型的探头电容为15pF,一个7英寸地线为175nH,其谐振频率为98Mhz。如果信号频率在这个值附近,将会出现”振铃“现象。</p>
<p>图 16 10:1探头,7英寸地线测量结果</p>
<p> </p>
<p><strong>总结</strong></p>
<p>对于使用快速模拟电路和数字电路的现代的电子技术而言,探头的使用变得异常复杂。当信号频率变高,电路的负载效应使得非常复杂。工程师需要考虑选择合适的探头和连接技术来减少这些影响。</p>
<p> </p>
<p><strong>探头使用者有用的公式</strong></p>
<p>计算带宽和上升时间的测量系统</p>
<p> </p>
<p>Cs 源电容(单位Farads)</p>
<p>Co 输入电容(单位Farads)</p>
<p>Rs 源电阻 (单位 Ohm)</p>
<p>f 源频率(单位Herts)</p>
<p>txxx 上升时间(单位 秒)</p>
<p>BW 带宽(-3dB,单位Herts)</p>
<p> </p>
<p>上升时间,Tr:</p>
<p>带宽,BW:</p>
<p>上升时间为带宽的函数:</p>
<p>系统上升时间:</p>
<p>信号上升时间:</p>
<p>计算信号衰减作为频率的函数:</p>
<p> </p>

博主
stopthenthink@126.com
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