示波器探頭

我們可以透過探頭將任何測試電路連線到示波器。由於示波器（CRO）是一種基本的示波器，因此連線到它的探頭也稱為**示波器探頭**。

我們應該選擇探頭，使其不會對測試電路造成任何負載問題。這樣我們就可以在示波器螢幕上正確地分析測試電路的訊號。

示波器探頭應具有以下**特性**。

示波器探頭的**框圖**如下所示。

如圖所示，示波器探頭主要由三個部分組成。分別是探頭頭、同軸電纜和終端電路。同軸電纜簡單地連線探頭頭和終端電路。

示波器探頭的型別

示波器探頭可以分為以下**兩種型別**。

現在，讓我們逐一討論這兩種型別的探頭。

如果探頭頭由無源元件組成，則稱為**無源探頭**。無源探頭的電路圖如下所示。

如圖所示，探頭頭由電阻R₁和可變電容C₁的並聯組合組成。類似地，終端電路由電阻R₂和電容C₂的並聯組合組成。

上述電路圖以**橋式電路**的形式修改，如下所示。

透過調整可變電容C₁的值，我們可以平衡橋路。我們將在後面的章節中討論橋式電路的概念。目前，請考慮以下**交流橋的平衡條件**。

$$Z_{1}Z_{4}=Z_{2}Z_{3}$$

**代入**阻抗Z₁、Z₂、Z₃和Z₄分別為R₁、1/(jωC₁)、R₂和1/(jωC₂)到上式中。

$$R_{1}\left ( \frac{1}{j \omega C_{2}} \right )=\left ( \frac{1}{j \omega C_{1}} \right )R_{2}$$

$\Rightarrow R_{1} C_{1}=R_{2} C_{2}$公式1

根據分壓原理，我們可以得到**電阻R₂上的電壓**為

$$V_{0}=V_{i}\left ( \frac{R_{2}}{R_{1}+R_{2}} \right )$$

**衰減係數**是輸入電壓V_i與輸出電壓V₀的比值。因此，從上式中我們可以得到衰減係數α為

$$\alpha = \frac{V_{i}}{V_{0}}=\frac{R_{1}+R_{2}}{R_{2}}$$

$\Rightarrow \alpha = 1+\frac{R_{1}}{R_{2}}$

$\Rightarrow \alpha-1 = \frac{R_{1}}{R_{2}}$

$\Rightarrow R_{1}= \left ( \alpha-1 \right )R_{2}$公式2

從公式2可以得出，對於α>1的整數，R₁的值大於或等於R₂的值。

將公式2代入公式1。

$$\left ( \alpha-1 \right )R_{2}C_{1}=R_{2}C_{2}$$

$\Rightarrow \left ( \alpha-1 \right )C_{1} =C_{2}$

$\Rightarrow C_{1}=\frac{C_{2}}{\left ( \alpha-1 \right )}$公式3

從公式3可以得出，對於α>1的整數，C₁的值小於或等於C₂的值。

示例

讓我們找到衰減係數α為10的探頭的R₁和C₁的值。假設R₂=1MΩ，C₂=18pF。

$$ R_{1}=\left ( 10-1 \right )\times 1 \times 10^{6}$$

$$\Rightarrow R_{1}=9 \times 10^{6}$$

$$\Rightarrow R_{1}=9 M\Omega$$

**步驟2** - 我們將透過將α和C₂的值代入公式3來得到C₁的值。

$$C_{1}=\frac{18\times10^{-12}}{\left ( 10-1 \right )}$$

$$\Rightarrow C_{1}=2 \times 10^{-12}$$

$$\Rightarrow C_{1}=2 pF$$

因此，對於給定的規格，探頭的R₁和C₁的值將分別為9MΩ和2pF。

如果探頭頭由有源電子元件組成，則稱為**有源探頭**。有源探頭的框圖如下所示。

如圖所示，探頭頭由級聯的FET源跟隨器和BJT發射極跟隨器組成。FET源跟隨器提供高輸入阻抗和低輸出阻抗。而BJT發射極跟隨器的目的是避免或消除阻抗失配。

其他兩個部分，如同軸電纜和終端電路，在有源探頭和無源探頭中保持相同。

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