【探頭基礎(chǔ)】為什么電壓探頭會(huì)有降額曲線（Derating Curve）指標(biāo)

絕大多數(shù)的電壓探頭，無(wú)論是單端無(wú)源探頭還是差分有源探頭都會(huì)有降額曲線指標(biāo)（Derating Curve）。下圖是N287X系列無(wú)源單端探頭的降額曲線，從曲線觀察到，隨著信號(hào)頻率的增加，探頭可以測(cè)試到的交流RMS值隨之變小。要測(cè)試到探頭額定最大交流RMS值，其對(duì)應(yīng)的最大頻率范圍與之標(biāo)稱的最大測(cè)試頻率范圍相差甚遠(yuǎn)。

N2871A/N2872A/N2873A/N2875A/N2894A只能在500kHz以下頻率能達(dá)到最大的額定測(cè)試電壓400V。

究其原因，以無(wú)源單端探頭為例，先來(lái)了解電壓探頭為什么會(huì)有降額曲線指標(biāo)。先通過(guò)下圖來(lái)了解無(wú)源單端探頭與示波器連接結(jié)構(gòu)。

從上圖可以看到探頭是一個(gè)RC（探頭電阻與探頭電容并聯(lián)）并聯(lián)電路，探頭與示波器連接也是一個(gè)RC（示波器輸入電阻同時(shí)與補(bǔ)償電容和輸入電容并聯(lián)）并聯(lián)電路，兩個(gè)電路再串聯(lián)一起。電容是一個(gè)阻抗器件，根據(jù)公式1/2πfC,可以看出容抗是隨著頻率變化而變化的。在輸入直流信號(hào)的情況下，由于電容隔直通交的特性，整個(gè)回路的阻抗達(dá)到10Mohm，幾百伏電壓加載在回路中也只能引起極小的回路電流，對(duì)探頭和示波器并無(wú)影響。在輸入交流信號(hào)的情況下，輸入信號(hào)頻率較低時(shí)pf級(jí)的電容表現(xiàn)出極大的電抗，對(duì)于整個(gè)回路的阻抗影響并不大，然而隨著頻率的增加，每個(gè)電容的電抗都會(huì)隨著減小，從而引起兩個(gè)并聯(lián)電路的阻抗降低，使得整個(gè)電路的阻抗降低。如果這時(shí)再加載高壓信號(hào)到回路中，測(cè)試回路電流會(huì)隨之變大，從而會(huì)引起測(cè)試不準(zhǔn)確，甚至有損壞探頭和示波器的風(fēng)險(xiǎn)。

下圖是N287X系列探頭阻抗隨頻率的變化曲線。

因此在使用電壓探頭時(shí)，無(wú)論是單端無(wú)源探頭還是有源差分探頭都需要對(duì)所要測(cè)試信號(hào)特征有所了解（特別是高壓高頻的信號(hào)），根據(jù)信號(hào)的頻率幅度結(jié)合探頭的降額曲線指標(biāo)來(lái)選擇一款適合的探頭來(lái)精確測(cè)試待測(cè)物，同時(shí)避免探頭和示波器損壞。

有源探頭

有源探頭由于內(nèi)置了放大器，可以測(cè)量高電壓大電流等信號(hào)，精度和分辨率也更高，其測(cè)量范圍比無(wú)源探頭更廣。而且有源探頭?在高頻應(yīng)用中表現(xiàn)更好，輸入阻抗隨頻率增加而變化較小，因此具有更高的帶寬和更低的噪聲。

是德科技最新發(fā)布的DP003xA系列高壓差分有源探頭提供高速功率測(cè)量所需的優(yōu)秀通用差分信號(hào)測(cè)量，如測(cè)量開(kāi)關(guān)功率器件、DC-DC轉(zhuǎn)換器或D類放大器的特性、汽車總線測(cè)量和高速數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。隨著設(shè)計(jì)變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)浮動(dòng)測(cè)量的需求越來(lái)越大，這些差分探頭可以在板上的任何兩點(diǎn)之間進(jìn)行浮動(dòng)測(cè)量，也可以作為單端探頭，一端接地。DP003xA系列差分有源探頭的帶寬型號(hào)范圍為25 MHz至200 MHz，輸入動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)±7000 V。

DP0030A型包含一個(gè)通用BNC接口，并使用USB類型向探頭供電，這意味著它與任何輸入阻抗為1 MΩ的示波器兼容。它有一個(gè)物理按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)衰減比切換。DP003xA系列探頭與是德科技的大多數(shù)InfiniVision和Infiniium示波器兼容，這些示波器通過(guò)AutoProbe1接口提供1-MΩ的輸入端接。

下圖是DP003xA系列探頭阻抗隨頻率的變化曲線

下圖是DP0030/31A探頭的電壓降額曲線

但是，更高帶寬的示波器差分電壓探頭卻沒(méi)有這個(gè)指標(biāo)，這又是為什么呢？

通常來(lái)講，高帶寬電壓差分探頭都是測(cè)試高速的低壓信號(hào)，所以也就沒(méi)有降額曲線這個(gè)指標(biāo)。以是德113X系列探頭為例，其最大測(cè)試電壓動(dòng)態(tài)范圍只有+/-2.5V。

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