理想探头和探头的实际特征讨论（下篇）

本期主题：探头的实际特点

上期我们讨论的理想的探头提到了多种实际情况，使得实际探头并不能达到理想水平。为理解这些情况怎样影响示波器测量，本期我们进一步来讲一下探头的实际特点。

图1，探头是由分布式电阻、电感和电容 (R, L 和 C) 单元组成的电路。

首先，必需认识到，即使探头只是一段简单的导线，但探头仍可能是一条非常复杂的电路。对 DC 信号 (0Hz 频率 )，探头表现为一对简单的导线，其带有一定的串联电阻和端接电阻 ( 图 1.a)。但是，对 AC 信号，随着信号频率提高，图形会发生明显变化 ( 图 1.b)。

之所以对 AC 信号图形会发生变化，是因为任何一段导线都有分布式电感 (L)，任何线对都有分布式电容(C)。在信号频率提高时，分布式电感通过提高阻止AC 电流，来对 AC 信号作出反应。在信号频率提高时，分布式电容通过降低到 AC 电流的阻抗，来对 AC信号作出反应。这些电抗单元 (L 和 C) 和电阻单元 (R)的交互，产生了会随着信号频率变化的总探头阻抗。

通过采用良好的探头设计，可以控制探头的电阻、电感和电容单元，在指定频率范围上提供希望的信号保真度、衰减和信号源负荷。但即使设计良好，探头仍受到电路特点的限制。在选择和使用探头时，必需了解这些限制及其影响。以下这些特点将直接影响示波器的测量结果和仪器的性能。

探头的选择与匹配

在选择探头时，根据实际需求和测量对象的特点来匹配合适的探头是非常重要的。探头的频率响应、带宽、阻抗等参数应与被测信号相匹配，以确保精确测量。错误的探头选择可能导致信号失真、频谱畸变和测量误差的增加。

探头的频率响应

探头的频率响应范围限制了它对信号的测量能力。当被测信号的频率超出探头的带宽范围时，探头将无法准确测量高频部分的信号，导致波形失真。因此，在进行高频测量时，应选择具有较高带宽的探头，并注意探头的频率响应特性。

探头的阻抗匹配

探头的阻抗与被测信号源的阻抗之间的匹配是保证测量准确性的关键。当探头的阻抗与信号源的阻抗不匹配时，会发生反射现象，导致信号失真和测量误差的增加。因此，在选择探头时，应根据被测信号源的阻抗来匹配合适的探头，以保证测量的准确性。

探头的表面附加电容

探头的接地引线和被测电路之间存在一定的电容，称为表面附加电容。这个电容会对测量结果产生影响，尤其在高频测量时更加显著。表面附加电容会导致信号的频率响应发生变化，使得测量结果出现误差。为了减小表面附加电容的影响，应选择短接引线长度较短的探头，并注意保持接地引线与被测电路之间的良好接触。

探头的衰减和增益

探头在信号测量过程中会引入一定的衰减和增益。衰减通常是由于探头的阻抗与信号源的阻抗不匹配引起的。增益则是由于探头的放大器等组件的存在而引起的。衰减和增益对测量结果产生影响，特别是在小信号测量时更加明显。为了减小衰减和增益的影响，应选择合适的探头并进行校准。

探头的插入损耗

探头的插入损耗是指探头在插入被测电路时引起的信号损失。插入损耗会导致测量结果的偏差，尤其是在高频测量时更加明显。为了减小插入损耗的影响，应选择插入损耗较小的探头，并注意探头与被测电路之间的良好连接。

探头的传导和辐射干扰

探头与被测电路之间的物理接触可能会引起传导和辐射干扰。传导干扰是通过探头的接地引线和被测电路之间的物理接触传导而来，而辐射干扰则是通过探头的感应电场和磁场辐射而来。这些干扰会影响测量的准确性，特别是在高频和低噪声测量时更为明显。为了减小干扰的影响，应选择良好屏蔽的探头，并注意探头的位置和布线。

综上所述，探头的实际特点是影响示波器测量准确性的重要因素。通过了解和应用探头的特点，我们可以更好地选择和使用探头，以获得精确的测量结果。

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审核编辑 黄宇