差分有源探頭

差分有源探頭的前端放大器是差分放大器，共模抑制比的能力比較強(qiáng)，有高帶寬和高電壓的差分有源探頭的分類。

高帶寬的差分有源探頭主要用于測(cè)試高速信號(hào)。這種探頭帶寬比一般的單端有源探頭更高，一般高速的數(shù)字信號(hào)測(cè)試都會(huì)使用差分探頭。

此外，對(duì)一些帶寬需求不高，但是對(duì)動(dòng)態(tài)范圍反而有一定要求的場(chǎng)景，如浮地測(cè)量(浮地測(cè)量具體內(nèi)容請(qǐng)查閱前期相關(guān)文章)，CAN總線的測(cè)量等，這時(shí)需要使用高壓差分探頭。

電流探頭

有時(shí)候我們?cè)跍y(cè)試過程中還需要測(cè)試電流，測(cè)試電流有專門的電流探頭。示波器基本上就是測(cè)量電壓變化的，所以電流探頭實(shí)質(zhì)上是把電流參數(shù)按照一定的轉(zhuǎn)化關(guān)系轉(zhuǎn)化為電壓，然后示波器再根據(jù)該電壓值得到對(duì)應(yīng)電流大小。電流探頭主要是根據(jù)霍爾效應(yīng)和電磁感應(yīng)原理將電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。

1)霍爾效應(yīng)

主要通過電流通過路徑所產(chǎn)生的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)測(cè)量。電壓探頭中有一個(gè)感應(yīng)環(huán)，測(cè)試時(shí)把這個(gè)環(huán)套在供電線上，電流探頭就能檢測(cè)出供電線上電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，然后再轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。這種探頭的好處是可以檢測(cè)直流和交流，但是缺點(diǎn)是小電流測(cè)量能力有限。我們可以通過把待測(cè)線纜在感應(yīng)環(huán)里多繞幾圈來放大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，放大倍數(shù)等于繞的圈數(shù)。

2)電磁感應(yīng)

利用電磁感應(yīng)原理測(cè)量電流的電流探頭靈敏度高，帶寬也比較高，但是根據(jù)電磁感應(yīng)原理，無法測(cè)量直流電流和低頻電流。

探頭不同條件對(duì)測(cè)量的影響

一個(gè)理想的探頭模型應(yīng)該具有輸入阻抗無限大、無限帶寬、零輸入電容、動(dòng)態(tài)范圍無限大、零延時(shí)等特點(diǎn)。但是現(xiàn)實(shí)中沒有這種理想的探頭。由于各種寄生參數(shù)的存在，不同的測(cè)試情況導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果也可能不一樣。

1)輸入電容的影響

我們可以通過一個(gè)最簡(jiǎn)單的PP510無源探頭來看一下不同輸入電容對(duì)測(cè)量的影響，圖3是該無源探頭的數(shù)據(jù)：
 

圖3 PP510無源探頭的參數(shù)

從圖3可以看出在1X和10X的檔位的時(shí)候輸入電容分別是85pF~120pF和18pF~22pF，10X檔位的時(shí)候的輸入電容遠(yuǎn)小于1X檔位。我們可以在SDS1104X-E示波器上的通道1分別測(cè)試這兩個(gè)檔位測(cè)量同一個(gè)信號(hào)的上升時(shí)間的不同表現(xiàn)(注意：根據(jù)Trise*BW=0.35可以知道100M帶寬對(duì)應(yīng)的上升時(shí)間是3.5ns，PP510無源探頭和100M示波器組成的測(cè)量系統(tǒng)的上升時(shí)間為4.94，即測(cè)量系統(tǒng)的帶寬為70.85MHz，所以探頭的帶寬越高，系統(tǒng)越接近示波器的帶寬)。無源探頭直接使用配套的鉤子和接地的小夾子，測(cè)量鼎陽STB-3實(shí)驗(yàn)板上的一個(gè)100KHz方波的上升時(shí)間，結(jié)果如圖4和圖5所示：
 

 
圖4 PP510使用1X檔位時(shí)示波器測(cè)量結(jié)果
 

 圖5 PP510使用10X檔位時(shí)示波器測(cè)量結(jié)果

從上圖結(jié)果可以明顯看到1X檔位波形失真比10X檔位波形失真更為嚴(yán)重，而且上升時(shí)間比10X檔位多了200%。由此我們可以感受到輸入電容對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響大小。