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有源探頭原理
有源探頭是一種輸入阻抗和帶寬都高的探頭,其實(shí)有源探頭也是個(gè)廣泛的說法,是指需要供電的探頭。應(yīng)用比較廣泛的有源電壓探頭的原理如下:
有源探頭的前端有一個(gè)高帶寬的放大器,放大器是需要供電的,這也是有源探頭名稱的由來。
我們知道放大器的輸入阻抗都比較高,所以有源探頭可以提供比較高的輸入阻抗;
同時(shí)放大器的輸出驅(qū)動(dòng)能力又很強(qiáng),所以可以直接驅(qū)動(dòng)后面50歐姆的負(fù)載和傳輸線。
由于50歐姆的傳輸線可以提供很高的傳輸帶寬,再加上放大器本身帶寬較高,
所以整個(gè)探頭系統(tǒng)相比無源探頭就可以提供更高的信號(hào)帶寬。
我們可以看到有源探頭的所有優(yōu)異特性都是由其前端的放大器帶來的,
但是這個(gè)高帶寬的放大器造價(jià)很高,而且又要放在探頭前端有限的空間內(nèi),因此實(shí)現(xiàn)成本很高。
一般無源探頭的價(jià)格都是一千人民幣左右,而有源探頭的價(jià)格普遍在一萬人民幣左右量級(jí),所以有源探頭一般用在需要高的測(cè)量帶寬的場(chǎng)合。
但是有源探頭也不是,限制有源探頭廣泛應(yīng)用的除了價(jià)格因素外,另外一個(gè)原因在于其有限的動(dòng)態(tài)范圍。
我們知道象這種高帶寬放大器的輸入電壓范圍是不可能很大的,所以它不可能象無源探頭有那么大的測(cè)量范圍。
一般常用的10:1的無源探頭的動(dòng)態(tài)范圍普遍在幾百伏,而一般有源探頭的典型動(dòng)態(tài)范圍都在幾伏左右,所以應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)有一些限制。
有源探頭里還有一個(gè)分支是差分有源探頭,區(qū)別在于其前端的放大器是差分放大器。
差分放大器的好處是可以直接測(cè)試高速的差分信號(hào),同時(shí)其共模抑制比高,對(duì)共模噪聲的抑制能力比較好。
還有一種有源探頭是電流探頭,電流探頭使的前端有一個(gè)磁環(huán),使用時(shí)這個(gè)磁環(huán)套在被測(cè)的供電線上。由于電流流過電線所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就被這個(gè)磁環(huán)收集到,磁通量和電線上流過的電流成正比。
磁環(huán)內(nèi)部有一個(gè)霍爾傳感器,可以檢測(cè)磁通量,其輸出電壓和磁通量成正比。
因此,電流探頭的輸出電壓就和被測(cè)電線上流過的電流成正比。
典型電流探頭的轉(zhuǎn)換系數(shù)是0.1V/A或0.01V/A。
電流探頭的主要好處是不用斷開供電線就可以進(jìn)行電流測(cè)量,同時(shí)由于其基于霍爾效應(yīng),所以即可以進(jìn)行直流測(cè)量,也可以用于交流測(cè)量。
電流探頭的典型應(yīng)用場(chǎng)合是系統(tǒng)功率測(cè)量、功率因子測(cè)量、開關(guān)機(jī)沖擊電流波形測(cè)量等。
電流探頭的主要缺點(diǎn)在于其小電流的測(cè)量能力受限于示波器的底噪聲,所以小電流測(cè)量能力有限;一般小于10mA的電流就很難測(cè)量到了。
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