电压探头 工程师如何自制示波器探头？

上升/下降时间为30ns至60ns的传统平面或沟槽MOSFET开关逐渐被开关时间小于5ns的功率开关所取代，如超结MOSFET。要看到这种快速转换，通常需要使用带宽至少为1GHz的示波器，但目前市面上的示波器带宽一般小于300MHz。此外，高频电压和电流探头通常很贵。所以对于中型企业的电力工程师来说，最好的办法就是自己制作示波器探头。

为了观察快速变化的波形，示波器的带宽应至少为1GHz。不幸的是，大多数商用电压和电流探头无法在如此高的频率下工作。

随着现代电源工作频率的提高，工程师们开始采用高频功率开关和整流技术。上升/下降时间从30ns到60ns的传统平面或沟槽MOSFET开关逐渐被开关时间小于5ns的功率开关所取代，如超结MOSFET、GaN MOSFET、SiC MOSFET和SiC肖特基整流器。

为了观察如此快速的变化，通常需要带宽至少为1GHz的示波器。不幸的是，大多数商用电压和电流探头无法在如此高的频率下工作。普通示波器探头的带宽小于300MHz，电流探头的带宽可能只有60MHz到100MHz甚至更低。此外，高频电压探头的成本通常超过12000美元，而稍好的电流探头至少要4000美元。对于在中小型公司工作的电力工程师来说，只有一个办法:自己制作探头。高频电压和电流探头的设计和制造需要对射频、寄生效应、传输线理论和场论有很好的理解。

商业探测器的缺点

商用示波器的电压和电流探头非常坚固，符合人体工程学设计，并且非常精确，可以在许多工作频率远低于1GHz的应用中很好地工作。但新一代开关晶体管的工作频率均超过1GHz，导致上升和下降时间小于5ns。

商用探头的低带宽极大地限制了测量精度。工程师习惯了缓慢的上升和下降时间，因此很容易忽略丢失的信息。此外，公共探头与信号源的连接会导致失真。这些连接有很长的一段没有屏蔽。一根4-6英寸长的接地线可能会拾取电路或其他地方的辐射噪声，并将噪声注入同轴电缆，形成共模信号。这个容易被忽略的信号会叠加在有用的信号上。

图1显示了一个典型的商用电压探头，它包含一根未屏蔽的信号线或地线，并将形成一个环形天线。这条线拾取的噪声水平与环路面积、噪声能量和噪声频谱成正比。只需将接地线夹在探针上，然后靠近目标电路板，就可以观察到这种噪声。

典型输入幅度不应超过内部输入50ω端接电阻的额定功率。为了产生所需的通道电压，电流必须流经50ω端接电阻。

功率必须小于终端电阻的额定功率:

检测电阻的计算公式:

现在检查感应电阻的功耗。

要检查您想要查看的电路负载，您必须了解并确定对目标电路的影响。如果探头消耗过多的检测电流，会改变目标电路的工作，有时这种变化非常显著。经验法则是:

有时初始考虑条件得到满足，但探针会使目标电路过载。在这种情况下，您必须返回步骤1，选择一个小于初始电流的检测电流。

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