在用示波器測試時為什么要調(diào)整探頭擋位和示波器終端電阻？50Ω和1MΩ的阻抗匹配有何區(qū)別？不同的擋位對信號測試又有何影響？本文帶你具體來分析探頭的負載效應(yīng)。

薛定諤的貓，比喻一件事如果你不去做，它就可能有兩個結(jié)果，而一旦你去做了，最后結(jié)果就只有一個，你的參與也直接干預(yù)了結(jié)果。

使用示波器測試電信號，就像觀察薛定諤的貓：一旦被測電路接入探頭和示波器進行觀測，會對信號本身產(chǎn)生一定程度的影響。想要將測試設(shè)備對信號的影響降到最低，就需要深入理解探頭的負載效應(yīng)。

何為探頭的負載效應(yīng)？

簡單來說，探頭的負載效應(yīng)就是在用示波器接探頭測電路中的其中兩點的波形時，在兩個測試點中接入了一個負載，而這個負載的大小，會直接影響電路的狀態(tài)，造成測量結(jié)果的不正確性。

示波器本身是有輸入阻抗的，用示波器測量的同時，也不得不將這部分阻抗并聯(lián)到電路中。而為了防止信號發(fā)生反射而震蕩，探頭與示波器電路需要進行阻抗匹配。每個示波器探頭也有其輸入阻抗，這個阻抗是特性阻抗，不僅僅是電阻，還包含了電容和電感等。由于探頭引入的額外負載，所以探頭接入被測電路后，也會從信號中汲取能量，實際上就會影響被測電路。因此我們在進行分析測量時必須考慮到探頭的負載特性及測試電路的阻抗匹配。

圖1 10:1 探頭連接到示波器輸入阻抗的簡化模型

如圖1所示為日常最為常見的一類無源探頭原理示意圖，它由輸入阻抗Rprobe、寄生電容Cprobe、傳輸導(dǎo)線、可調(diào)補償電容Ccomp組成。此類無源探頭一般輸入阻抗為10M?，衰減比因子為10：1。

在使用此類探頭時，示波器的輸入阻抗會自動設(shè)置為高阻1M?。此時示波器BNC通道輸入點的電壓Vscope與探頭前端所探測的電壓值Vprobe的關(guān)系滿足以下對應(yīng)關(guān)系：

Vprobe/Vscope = (9M? + 1M?) / 1M? = 10 : 1

示波器的50Ω和1MΩ

在DC和較低頻時，示波器1MΩ起到主導(dǎo)地位。而當(dāng)頻率超過10MHz以后，電容會成為主要的負載即容性負載效應(yīng)會更高。

探頭在×1檔位時，信號直接進入示波器，這類探頭在測試點處將其自身的電容（包括電纜的電容）與示波器的輸入阻抗連在了一起，這就是探頭的負載效應(yīng)。

圖2 x1檔結(jié)構(gòu)模型

x1檔位輸入電容通常為55±10pF，此時等同于在被測電路上加了一個低阻抗負載，在輸入電容為50pF時，若測試10MHz的信號，根據(jù)容抗計算公式：Xc(Cp) = 1/（2×π×f×C），此時容抗約為318Ω，且x1檔時帶寬較低，測試出的結(jié)果是不準(zhǔn)確的。

圖3 x10檔結(jié)構(gòu)模型

探頭在x10檔時，輸入阻抗為10MΩ，輸入電容10pF，輸入信號的頻率為100MHz，此時，探頭輸入容抗為Xc(Cp) = 1/（2×π×f×C）=159Ω，此時容抗遠遠小于探頭阻抗，信號電流更多的會通過輸入電容提供的低阻回路，而高阻回路等效為旁路。所以如果測量高頻信號，建議使用10:1無源探頭進行測量，因為其寄生電容要比示波器低。

從以上我們可以知道，從電壓測量的角度來說，為了減小對被測電路的影響（即減小負載效應(yīng)），示波器應(yīng)采用1MΩ的高輸入阻抗，但是由于高阻抗電路的帶寬很容易受到寄生電容的影響。所以 1MΩ的輸入阻抗廣泛應(yīng)用于 500M 帶寬以下的測量。

而對于更高頻率的測量，通常采用傳輸線，傳輸線探頭具備更低的寄生電容，且具有低輸入阻抗的特性，傳輸線的阻抗為50Ω，故示波器50Ω匹配主要用于高頻測量。

圖4 50Ω傳輸線纜圖

特性阻抗大小會影響信號傳輸功率、傳輸損耗、串?dāng)_等電氣性能，而其板材和幾何結(jié)構(gòu)又影響制造成本，這種情況只能找一個折中值。而50Ω正是同軸線的傳輸功率、傳輸損耗以及制造成本的一個最佳平衡點。所以大多數(shù)高速信號都會采用50Ω特性阻抗系統(tǒng)，形成標(biāo)準(zhǔn)并沿用至今，成為使用最廣泛的一種阻抗標(biāo)準(zhǔn)，這也是50Ω的由來。

1MΩ阻抗和50Ω阻抗檔位的設(shè)計出發(fā)點不同，1MΩ檔位的出發(fā)點是為了讓示波器擁有較小的負載效應(yīng)，。而50Ω檔位則是為了消除傳輸線上的信號反射，將傳輸線影響降到最低。

如何選擇阻抗匹配及探頭檔位

1、當(dāng)被測信號是一個無負載信號（如信號發(fā)生器），且采用50Ω特性阻抗同軸電纜與示波器相連接時，則需要使用50Ω阻抗檔位。

2、當(dāng)被測信號是一個板載信號，有自己完整的終端接收系統(tǒng)時，則需要使用1MΩ阻抗檔位直接測量或者使用探頭測量。

1MΩ阻抗時檔位選擇：

1、通常X1探頭的帶寬較低。想要更高頻率，需要選用帶衰減的無源探頭。

2、對于比如VCO的VTUNE引腳，最好使用X10檔，因為信號比較敏感。衰減后對信號干擾較少。

3、測量晶振等內(nèi)阻較大，輸出阻抗大的線路時，使用X10檔，可以獲得比較精確的幅度值。起到提高輸入阻抗的作用。

ZDS5000 系列示波器的通道輸入阻抗 1MΩ 或者 50Ω 可調(diào)，可用于多種設(shè)備的接入測量。這些輸入阻抗可在被測設(shè)備上使示波器的負載效應(yīng)最小化，使用戶能夠進行最精確的測量，適用于許多無源探頭。