示波器幾乎是電子工程師必不可少的一個工具，但是并不是每一位工程師都能把它們使用好。本文主要給大家分享在使用示波器時常見的七個錯誤?？赡芘c你平時見到的一致，也可能不一樣，當(dāng)然，這也是仁者見仁，智者見智。

在理想情況下，所有探頭都應(yīng)該是一條不會對被測設(shè)備產(chǎn)生任何干擾的導(dǎo)線，當(dāng)連接到您的電路時，具有無窮大的輸入電阻，而電容和電感為零。這樣將會精確復(fù)制被測信號。但現(xiàn)實情況是，探頭會給電路帶來負載效應(yīng)。探頭上的電阻、電容和電感元件可能改變被測電路的響應(yīng)。

每個電路都不盡相同，它們有自己的電氣特性。因此，每次探測設(shè)備時，都需要考慮探頭的特性并選擇對測量影響最小的探頭?？紤]的范圍包括從示波器輸入端通過電纜到被測設(shè)備上特定連接點的完整連接，也包括用于連接到測試點的任何附件或附加導(dǎo)線和焊接。

了解在測試中可能遇到的錯誤，以及如何通過更好的操作改進測量。探頭的電氣特性會影響測量結(jié)果和電路的工作。采取措施確保這些影響在可接受的范圍內(nèi)，是成功測量的關(guān)鍵步驟。在使用示波器時，常見的錯誤有以下七種：

錯誤 1沒有校準探頭

探頭在出廠的之后都進行過校準，但它們沒有針對示波器前端進行校準。如果它們未在示波器輸入端上進行校準，那么就無法得到正確的測量結(jié)果。

有源探頭

如果有源探頭沒有針對示波器進行校準，在測試時將看到垂直電壓測量結(jié)果和上升沿時序（以及可能的一些失真）出現(xiàn)差異。大多數(shù)示波器具有參考或輔助輸出功能，還配有操作指南來引導(dǎo)工程師完成探頭校準。

圖 1：發(fā)生器輸出和探測到的信號

圖 1 顯示了通道 1（黃色跡線）上的 SMA 電纜和適配器輸入到示波器的 50 MHz 信號。綠色跡線是通過通道 2 上的有源探頭輸入到示波器的同一信號。請注意，通道1 上的發(fā)生器輸出為 1.04 Vpp（伏特峰峰值），通道 2 上探測到的信號為 965 mV （毫伏）。另外，通道 1 與通道 2 的偏移高達 3 ms（毫秒），所以上升時間根本不能排成一行。

無源探頭

可以調(diào)節(jié)探頭的可變電容，使補償與正在使用的示波器輸入完美匹配。大多數(shù)示波器都有可以用于校準或參考的方波輸出。探測這個連接，檢查波形是否為方形。根據(jù)需要調(diào)整可變電容，以消除所有下沖或過沖。

圖 2：經(jīng)過幅度和偏移校準后

如果校準了這個探頭，結(jié)果將大為改善?？梢栽趫D 2 中看到經(jīng)過適當(dāng)幅度和偏移校準后的結(jié)果。幅度現(xiàn)在改善為972 mVpp，偏移得到了糾正，兩個上升時間保持一致。

錯誤 2 增加探頭負載效應(yīng)

只要將探頭連接到示波器并將它與待測設(shè)備接觸，探頭就會成為電路的一部分。探頭對待測設(shè)備施加的電阻、電容和電感負載效應(yīng)會影響工程師在示波器屏幕上看到的信號。這些負載效應(yīng)可能會改變被測電路的工作狀態(tài)。了解這些負載效應(yīng)，有助于工程師避免為特定的電路或系統(tǒng)選擇錯誤探頭。探頭具有電阻、電容和電感特性，如圖3 所示。

圖 3：探頭的基本電路

為了接觸到周圍環(huán)境過于狹小的探測點，可能需要想方設(shè)法添加長引線或電線。但是，為探頭添加附件或探針會降低帶寬、增加負載效應(yīng)，進而導(dǎo)致頻率響應(yīng)不再平坦。

使用盡量短的引線來保持探頭的帶寬和精度。通常，探針的輸入線或引線越長，帶寬減小得就越大。較窄帶寬的測量可能不會受到太大影響，但在進行較寬帶寬的測量時，特別是在1 GHz 以上時，需要謹慎選擇使用的探針和附件。隨著探頭帶寬降低，您將失去測量快速上升時間的能力。圖 4 演示了隨著附件長度的增加，示波器顯示的上升時間是如何變慢的。為了進行最準確的測量，最好使用盡量短的探針。

圖 4：不同的探頭引線長度對應(yīng)的探頭負載效應(yīng)

另外，最好要使用較短的接地引線，因為它們越長，引入的電感就越多。保持接地線盡量短并盡量靠近系統(tǒng)接地點，以便確保可重復(fù)和準確的測量。

技巧：如果必須在探針上添加導(dǎo)線才能接觸到難以到達的探測點，那么最好為探針添加一個電阻，以減弱所添加的導(dǎo)線引起的諧振。添加長引線時，您可能無法解決帶寬限制問題，但可以將頻率響應(yīng)變平坦。為了確定將要使用的電阻大小，可以探測一個已知方波，例如示波器上提供的參考方波。如果電阻設(shè)置正確，您將會看到一個干凈的方波（除了其帶寬可能受限之外）。如果信號發(fā)生振鈴，請增加電阻的大小。單端探頭只需要在探針處增加一個電阻。如果您使用的是差分探頭，請為每根引線添加一個電阻。

圖 5：在探針上增加一個電阻，可以克服長探頭連接所引起的諧振，減少振鈴和過沖。但是，它不能解決由于添加引線導(dǎo)致的帶寬限制

錯誤 3  沒有充分利用您的差分探頭

許多人認為只有在探測差分信號時才使用差分探頭。在探測單端信號時，是否也可以使用差分探頭？其實也是可以的。如果使用的好，這將為測試節(jié)省大量時間和金錢，并提高測量的準確性。最大限度地利用差分探頭，獲得盡量最好的信號保真度。

差分探頭可以進行與單端探頭相同的測量，并且由于差分探頭在兩個輸入端上有共模抑制，所以差分測量結(jié)果的噪聲大為減少。這使您可以看到被測設(shè)備信號的更好表示，而不會被探測所增加的隨機噪聲誤導(dǎo)。

圖 6 中的藍色單端測量信號和圖7 中的紅色差分測量信號。藍色的單端測量結(jié)果與紅色的差分測量結(jié)果相比，噪聲要多得多，因為單端探頭缺少共模校正功能。

圖 6：單端測量

圖 7：差分測量

錯誤 4 選擇了錯誤的電流探頭

大電流和小電流測量需要捕獲的細節(jié)并不相同。工程師要知道為應(yīng)用選擇哪種電流探頭更合適，以及使用錯誤的探頭可能會遇到哪些麻煩。

大電流測量

如果使用鉗形探頭測量大電流（10A - 3000A），那么待測設(shè)備必須足夠小，使鉗形探頭能夠夾住它。如果設(shè)備太大使得鉗形探頭無法夾住，那么工程師可能會想辦法在探頭鉗夾上添加額外的導(dǎo)線，但這會改變被測設(shè)備的特性。更好的辦法是使用合適的工具。

最好的解決方案是使用具有柔性回路探頭前端的大電流探頭。可以將該柔性回路纏繞到任何設(shè)備上。這種探頭叫做Rogowski 線圈。它可以讓工程師在不添加未知特性元器件的情況下探測設(shè)備，使測量結(jié)果保持高度的信號完整性。它們還使工程師能夠測量從mA 級到數(shù)百 kA 的大電流。請注意，它們只測量交流電流，所以直流分量將被隔離。它們的靈敏度也低于某些電流探頭。這對于大電流測量來說通常不是問題。但是在測量小電流時，靈敏度和查看直流分量的能力就變得很重要。請記住，對一種測量有效的方式并不一定適用于另一種測量。

圖 8：纏繞到元器件上的 Rogowski 探針

小電流測量

如果測量電池供電設(shè)備的電流，則動態(tài)范圍會有很大差異。如果電池供電設(shè)備處于空閑狀態(tài)或僅處理少量后臺任務(wù)，其電流峰值會很小。當(dāng)設(shè)備切換到更為活躍的狀態(tài)時，電流峰值會大幅提高。使用垂直標度較大的示波器設(shè)置，工程師可以測量大信號，但小電流信號將被測量噪聲掩蓋。另一方面，如果您使用較小的垂直標度設(shè)置，那么大信號會削波，測量結(jié)果也將失真并失效。

選擇的電流探頭應(yīng)該不僅能夠測量從 μA 到A 的寬量程，還可以使用多個放大器同時查看大小電流偏差。探頭中的兩個可變增益放大器允許您設(shè)置放大視圖以查看小電流波動，還可以縮小視圖以同時查看大電流尖峰（參見圖9）。

圖 9：配有兩個可變增益放大器的電流探頭讓您可以一次同時查看大小電流偏差

錯誤 5 在紋波和噪聲測量期間會錯誤地處理直流偏置

直流電源上的紋波和噪聲是由較大直流信號上的小交流信號形成的。當(dāng)直流偏置較大時，可能需要在示波器上使用較大的每格電壓設(shè)置才能在屏幕上顯示信號。與小交流信號相比，這樣做會降低測量的靈敏度并增加噪聲。這意味著在測試時無法獲得信號交流部分的準確表示。

如果使用隔直流電容器來解決這個問題，那么將不可避免地阻隔部分低頻交流內(nèi)容，使工程師無法觀察到信號在經(jīng)過設(shè)備上的元器件時發(fā)生的變化。

使用具有較大偏置功能的電源探頭，可以將波形置于屏幕中間，而無需移除直流偏置。這樣可以讓整個波形都顯示在屏幕上，同時保持垂直標度較小且處于放大狀態(tài)。通過這些設(shè)置，還可以查看瞬態(tài)、紋波和噪聲的細節(jié)。

錯誤 6 未知的帶寬限制

在進行重要測量時，務(wù)必選擇具有足夠帶寬的探頭。帶寬不足會使信號失真，使工程師很難做出明智的工程測試或設(shè)計決定。

普遍接受的帶寬計算公式為：評測從 10％ 到90％ 的上升沿時，帶寬乘以上升時間等于 0.35。

BW x Tr = 0.35

值得注意的是，整個系統(tǒng)帶寬也是需要考慮的重要因素。探頭和示波器的帶寬都要考慮，從而確定系統(tǒng)帶寬。計算系統(tǒng)帶寬的公式如下所示。

例如，假設(shè)示波器和探頭帶寬均為 500 MHz。使用上面的公式可知，系統(tǒng)帶寬將為353 MHz?？梢钥吹剑c探頭和示波器的兩個單獨帶寬相比，系統(tǒng)帶寬大大降低。

現(xiàn)在，如果探頭帶寬僅為300 MHz，示波器帶寬仍為500 MHz，那么應(yīng)用上述公式，系統(tǒng)帶寬進一步降至 257 MHz。

錯誤 7 被掩蓋的噪聲影響

探頭和示波器的噪聲可能會導(dǎo)致被測設(shè)備的噪聲顯得更大。為工程師的應(yīng)用選擇具有合適衰減比的探頭，將會減小探頭和示波器所添加的噪聲。因此，工程師就能夠獲得更準確的信號，更清晰地查看被測設(shè)備的情況。

圖 10：使用 1:1 和 10:1 探頭測得的 50mVp-p 正弦波

許多探頭制造商將探頭噪聲描述為等效輸入噪聲（EIN），并以Vrms 為單位表示。較高的衰減比使您可以測量較大的信號，但缺點是示波器將檢測到這些比率并同時放大信號及其噪聲。為了了解這一效應(yīng)的實際結(jié)果，圖10 中的綠色跡線顯示了使用 10:1 探頭放大后的噪聲。