探头是如何加重电路负载

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示波器探头的使用往往会改变被测电路的工作状态。的确，我们都磁到过这样的情形：当用探头测试电路时，电路工作正常，而一旦将探头移开，电路的功能就会紊乱。这是一种常见的现象，也正是我们要讨论的由示波器探头引起的电路负载效应问题。当探头使电路的负载过重时，预期波形会如何变化呢？电路特性的变化主要由以下三个因素决定：被测数字信号的转换频率被测电路在转折频率点的源端阻抗示波器探头在转折频率点的输入阻抗我们姑且认为典型的数字信号源端阻抗范围从10欧到75欧，现在只需要研究示波器探头与频率的关系特性。图3.11显示了3种典型示波器探头的输入阻抗。1、0.5PF，1KΩ输入阻抗的10倍无源探头。2、1.7PF，10MΩ输入阻抗的10侪FET有源输入探头。3、10PF，10MΩ输入阻抗的10倍无源探头。参见图3.11，在我们关注的上升时间范围内，探头的并联电容越高，阻抗会越低。在高频时，只有并联电容比较重要。

如果我们想让探头对被测电路的影响不大于10%，探头的阻抗应该至少110倍被测电路的源端阻抗。对于任何上升时间小于5NS的场合，10PF的探头都无法满足要求。例：探头加载参见图3.12，我们通过一个50欧阻抗的长传输线，将信号源连接到一个50欧的端接器在端接位置连接一个感应探头，该探头由一个1KΩ的电阻和一条5Ω阻抗的RG-174短同轴电缆组成。这个感应同轴电缆的另一端接到一台高速采样示波器的50Ω端接的输入端上。


                          
                       
                          
                                现在我们可以将不同负载的示波器探头接到测试点上，观察它们对电路的影响。图3.13展示了一个TEKTRONIX P6137探头连接到测试点时的情形。P6137是一个10倍衰减，10PF的100MΩ类型探头，应探头连接到400MHZ的便携式示波器。第一个波形是没有加载探头时的记录结果；第二个波形是加载了带有6IN长接地线探头时记录的结果；第三个波形是将裸探头的尖端触点直接接触测试点A，探头外壳用刀片直接接地时得到的结果。

第一个波形的上升时间最好，为600PS，并伴有中等程度的振铃。第二个波形则在上升时间上有所劣化，并在最初的上升沿后有较大下冲。第一个波形也有波动，但波动保持在渐近线上下半个刻度的范围之内。最后一个波形的上升时间显示为800PS，而且波动很小。让我们来计算预期的上升时间劣化，然后与这些实验结果进行比较。如第三个波形所示，当连接的串联电感很小时，探头等效于一个简单的电容负载。图3.12所示的测试点等效信号源端阻抗为25欧，当耦合到10PF的容性负载时，其RC上升时间是：

这个值正好对应了800PS的测量结果，达到了我们预期的精确程度。当探头负载使信号上升时间增加了200PS时，信号的延迟仅增加了100PS，这是因为大多数门电路的转换时间是在上升沿的中部，而不是10%或90%点的位置。