无源探头的地线效应

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无源探头的地线效应 [复制链接]

示波器大多标配10:1无源探头。探头的规格书上一般有探头的输入阻抗和容抗。比如500MHz带宽的无源探头，典型值是容抗9.5pF，阻抗10Mohm。但有一个参数通常在规格书上没有提及，那就是探头地线的感抗。这是因为探头地线有多种，连接方法也不一样。不同的地线和连接方法，等效的感抗就不一样。

典型的探头地线是一种带鳄鱼夹的长地线。这种地线引入的地环路感抗超过200nH，这将明显影响探头的性能。我们可以画出它的等效电路如下：

图中左侧的电压源和Rsource是被测物的等效电路。
Iground是探头和被测电路组成的环路电流。电容上承受的电压就是示波器实际测量到的电压，这和期望测量的被测物电压是不一样的。可以推算这两者之间的传递函数：

则：

在MATLAB中输入这个传递函数：
C=9.5e-12; L=12e-9; R=45;

f=logspace(3,10,1000); omega=2*pi*f; H = 1./(i*omega*R*C-omega.^2*L*C+1);
gain=abs(H); loglog(f,gain)
画出幅频特性曲线：

结果显示-3dB只有175MHz。而且有谐振点，在65MHz频点上有大约40%的误差。为了将误差控制在10%以内，测量频率须限制在35MHz以内。
为了改善探头的实际带宽，须选用一些特殊的无源探头附件来改善R和L。比如使用刀片状地线(Ground blade)或弹簧状地线(Ground spring)，感抗低至10~20nH。

另外改善电路环路也很重要，比如探头就近连接低感抗的地。下图使用铜箔，为探头提供了一个优质的地连接点

此时探头的幅频特性曲线如下，-3dB带宽可达500MHz。

为了进一步验证地线效应对测量的影响，我们使用两种地线方式来测量同一个5MHz方波信号，连接图如下：

测试结果显示长地线的电感效应引起了方波震荡。：

结论：
示波器无源探头对地线的感抗和被测电路的源阻抗非常敏感。在用无源探头连接被测物时要特别考虑这个因素。

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  恩 受指教了 地环路的面积大 也非常容易耦合到噪声