中心議題：

• 探頭加重電路負載的原因和解決方案

解決方案：

• 被測數字信號的轉換頻率
• 被測電路在轉折頻率點的源端阻抗
• 示波器探頭在轉折頻率點的輸入阻抗

示波器探頭的使用往往會改變被測電路的工作狀態。的確，我們都磁到過這樣的情形：當(dang)用(yong)探(tan)頭(tou)測(ce)試(shi)電(dian)路(lu)時(shi)
，電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)正(zheng)常(chang)，而(er)一(yi)旦(dan)將(jiang)探(tan)頭(tou)移(yi)開(kai)，電(dian)路(lu)的(de)功(gong)能(neng)就(jiu)會(hui)紊(wen)亂(luan)。這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)常(chang)見(jian)的(de)現(xian)象(xiang)
，也(ye)正(zheng)是(shi)我(wo)們(men)要(yao)討(tao)論(lun)的(de)由(you)示(shi)波(bo)器(qi)探(tan)頭(tou)引(yin)起(qi)的(de)電(dian)路(lu)負(fu)載(zai)效(xiao)應(ying)問(wen)題(ti)。

當探頭使電路的負載過重時，預期波形會如何變化呢
？電路特性的變化主要由以下三個因素決定：

• 被測數字信號的轉換頻率
• 被測電路在轉折頻率點的源端阻抗
• 示波器探頭在轉折頻率點的輸入阻抗

我們姑且認為典型的數字信號源端阻抗範圍從10歐到75歐，現在隻需要研究示波器探頭與頻率的關係特性。圖3.11顯示了3種典型示波器探頭的輸入阻抗。

1、0.5PF
，1KΩ輸入阻抗的10倍無源探頭。

2、1.7PF，10MΩ輸入阻抗的10儕FET有源輸入探頭。

3
、10PF，10MΩ輸入阻抗的10倍無源探頭。

參見圖3.11，在我們關注的上升時間範圍內，探頭的並聯電容越高，阻抗會越低。在高頻時，隻有並聯電容比較重要。


如果我們想讓探頭對被測電路的影響不大於10%，探頭的阻抗應該至少110倍被測電路的源端阻抗。對於任何上升時間小於5NS的場合
，10PF的探頭都無法滿足要求。
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例：探頭加載

參見圖3.12，我們通過一個50歐阻抗的長傳輸線，將信號源連接到一個50歐的端接器在端接位置連接一個感應探頭，該探頭由一個1KΩ的電阻和一條5Ω阻抗的RG-174短同軸電纜組成。這個感應同軸電纜的另一端接到一台高速采樣示波器的50Ω端接的輸入端上。


現在我們可以將不同負載的示波器探頭接到測試點上，觀察它們對電路的影響。

圖3.13展示了一個TEKTRONIXP6137探頭連接到測試點時的情形。P6137是一個10倍衰減
，10PF的100MΩ類型探頭
，應探頭連接到400MHZ的便攜式示波器。第一個波形是沒有加載探頭時的記錄結果；第二個波形是加載了帶有6IN長接地線探頭時記錄的結果
；第三個波形是將裸探頭的尖端觸點直接接觸測試點A，探頭外殼用刀片直接接地時得到的結果。


第一個波形的上升時間最好
，為600PS
，並(bing)伴(ban)有(you)中(zhong)等(deng)程(cheng)度(du)的(de)振(zhen)鈴(ling)。第(di)二(er)個(ge)波(bo)形(xing)則(ze)在(zai)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)上(shang)有(you)所(suo)劣(lie)化(hua)，並(bing)在(zai)最(zui)初(chu)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)後(hou)有(you)較(jiao)大(da)下(xia)衝(chong)。第(di)一(yi)個(ge)波(bo)形(xing)也(ye)有(you)波(bo)動(dong)


，但(dan)波(bo)動(dong)保(bao)持(chi)在(zai)漸(jian)近(jin)線(xian)上(shang)下(xia)半(ban)個(ge)刻(ke)度(du)的(de)範(fan)圍(wei)之(zhi)內(nei)。最(zui)後(hou)一(yi)個(ge)波(bo)形(xing)的(de)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)顯(xian)示(shi)為(wei)800PS，而且波動很小。

讓我們來計算預期的上升時間劣化，然後與這些實驗結果進行比較。

如第三個波形所示
，當連接的串聯電感很小時，探頭等效於一個簡單的電容負載。圖3.12所示的測試點等效信號源端阻抗為25歐，當耦合到10PF的容性負載時，其RC上升時間是：

這個值正好對應了800PS的測量結果，達到了我們預期的精確程度。

當探頭負載使信號上升時間增加了200PS時，信號的延遲僅增加了100PS，這是因為大多數門電路的轉換時間是在上升沿的中部，而不是10%或90%點的位置。