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CRO 探头

我们可以通过探头将任何测试电路连接到示波器。由于 CRO 是一种基本示波器，因此连接到它的探头也称为 CRO 探头。

我们应以不会对测试电路造成任何负载问题的方式选择探头。这样我们就可以通过CRO屏幕上的信号正确分析测试电路。

CRO探头应具有以下特性。

  • 高阻抗
  • 高带宽

CRO探头的框图如下图所示。

CRO三块

如图所示，CRO探头主要由三个块组成。它们是探头头、同轴电缆和终端电路。同轴电缆只是连接探头头部和终端电路。

CRO探头的类型

CRO探头可分为以下两种类型。

  • 无源探头
  • 有源探头

现在，让我们逐一讨论这两种类型的探头。

无源探头

如果探头头部由无源元件组成，则称为无源探头。无源探头的电路图如下图所示。

无源探头

如图所示，探头头部由电阻器 $R_{1}$ 和可变电容器 $C_{1}$ 的并联组合组成。同样，终端电路由电阻器 $R_{2}$ 和电容器 $C_{2}$ 的并联组合组成。

上述电路图以桥式电路的形式修改，如下图所示。

桥式电路

我们可以通过调整可变电容器 $c_{1}$ 的值来平衡桥。我们将在以下章节中讨论桥的概念。暂时考虑以下交流电桥的平衡条件。

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

代入阻抗 $Z_{1},Z_{2}, Z_{3}$ 和 $Z_{4}$，分别代入上式中的 $R_{1},\frac{1}{j\omega C_{1}}, R_{2}$ 和 $\frac{1}{j\omega C_{2}}$。

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

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

根据分压原理，我们将得到电阻器两端的电压 $R_{2}$为

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

衰减因子是输入电压$V_{i}$与输出电压$V_{0}$的比率。因此，从上式中，我们将得到衰减因子 $\alpha$，如下所示：

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

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

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

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

从公式 2 中，我们可以得出对于整数值$\:\alpha > 1$，$R_{1}$ 大于或等于 𝑅2 的值。

将公式 2 代入公式 1。

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

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

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

从公式 3，我们可以得出结论，$C_{1}$ 的值是对于 $\alpha >1$ 的整数值，小于或等于 $C_{2}$ 的值

示例

让我们找出衰减因子 $\alpha$ 为 10 的探针的 $R_{1}$ 和 $C_{1}$ 的值。假设 $R_{2}=1 M \Omega$ 和 $C_{2}=18pF$。

  • 步骤 1 −我们将通过在公式 2 中代入 $\alpha$ 和 $R_{2}$ 的值来获得 $R_{1}$ 的值。

$$ R_{1}=\left ( 10-1 ight ) imes 1 imes 10^{6}$$

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

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

步骤 2 −我们将通过在公式 3 中代入 $\alpha$ 和 $C_{2}$ 的值来获得 $C_{1}$ 的值。

$$C_{1}=\frac{18 imes10^{-12}}{\left ( 10-1 ight )}$$

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

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

因此，对于给定的规格，探头的 $R_{1}$ 和 $C_{1}$ 的值分别为 $9M\Omega$ 和 $2pF$。

有源探头

如果探头头部由有源电子元件组成，则称为 有源探头。有源探头的框图如下图所示。

有源探头

如图所示，探头头部由 FET 源极跟随器与 BJT 射极跟随器级联组成。FET 源极跟随器提供高输入阻抗和低输出阻抗。而 BJT 射极跟随器的目的是避免或消除阻抗不匹配。

其他两个部分，如同轴电缆和终端电路在有源探头和无源探头中保持不变。

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