有源探头为何这么贵?

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 楼主 | 2019-2-9 17:33 | 显示全部楼层 |阅读模式

一个探头,动辄上千上万的,金贵在哪?
| 2019-2-9 17:49 | 显示全部楼层
嫌贵你可以试试自己做

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 楼主 | 2019-2-9 18:56 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-2-9 18:57 编辑
mohanwei 发表于 2019-2-9 17:49
嫌贵你可以试试自己做

运放有点小贵:

682985c5eb19cb1ba5.png

266305c5eb1fb40ec2.png




另外外壳不好搞。

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 楼主 | 2019-2-9 19:22 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-2-9 19:24 编辑

惠普超宽带(1.5G)探头专利:

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 楼主 | 2019-2-9 19:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2019-2-9 22:48 编辑

论可靠性,论价格,无源探头是首选,有源探头还有直流失调,无源探头的唯一缺点是低阻,这个问题一旦解决,优势就明显了。

看看人家是怎么解决这个问题的。

一般示波器探头是这样的:


1245.JPG


宽带探头分三种:低阻无源探头,高阻无源探头,有源探头。
低阻无源探头最可靠,便宜,结实,带宽可以上GHz,缺点是对50欧输入系统,10:1衰减相当于500欧电阻。一个只有500欧电阻的电压探头,驱动弱一点的场合都不适用。
681085c5ec18ac03a4.png

这种低阻无源探头的改进为:

600325c5ee81615c58.png






很很容易想到的另一种解决方法是有源探头,加个运放隔离一下:

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直流电阻高了,但是有个1pF级的输入电容,所以输入阻抗是频率相关的,但是也能上GHz.
可靠性和皮实性差点,最要命的死贵。


所以最有前图的可能是高阻有源探头。

414935c5ec1b33e6fe.png
这种探头实际上高频时是大电容负载,并非真正的高阻。
而且探头地线有感性,于是形成了谐振电路,而且输入并联电容范围是6pf-35PF,所以这种探头带宽一般最多500M


上面这个原理,只有当电缆线特别短时才有效,此时相当于集总电容,电缆稍微长点,就相当于传输线了,上面分析就无效了。

为了解决这个传输线问题,常用方法是使用阻性导体,即有损传输线,见米国专利:

tempsnip.png

用电阻来吸收初始电压尖峰。




282435c5edca029567.png


如上图所示,对于“低频”交流分量来说,传输线电缆相当于个集总电容,用C16表示!
最优时,电阻分压等于电容分压,所以C11应该是(C19+C16)/9.
但是对于高带宽信号,探头电缆相当于传输线,而非一个简单的集总电容了,所以单位阶跃响应是Vo(t)=exp(-t/ZoC11)(此时没有任何反射)
这个幅度为1,上升时间为零的尖峰电压沿着传输线前进,给电容C19充电。当这个尖峰第一次到达C19处,响应是个双指数:

exp(-t/ZoC19)-exp(-t/ZoC11)


由于C19远大于C11,所以电容C11决定了最小上升时间,进而限定了探头的最大带宽。
多次反射以后,形成衰减振荡波。


所以,这种探头电路根本不是真正的高阻电路。或者只对低频交流分量,传输线等效于集总电容时,RC-CR网络加传输线才能构成全通网络。





问题根源找到了,剩下的就是改进了。如果使用上面的专利电路,那么阶跃响应立竿见影:


471915c5ee2d62a651.png
作图是改进后的阶跃响应,右图是改进前的。















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| 2019-2-9 21:07 | 显示全部楼层
示波器普通探头,本来就不太适合测量高频信号,看这个接地线夹子这么长,都影响信号了。
即使探头是高阻的,1M或者10M,但是分布电容电感对被测电路的影响还是很大。

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| 2019-2-10 09:55 | 显示全部楼层
xukun977 发表于 2019-2-9 19:40
论可靠性,论价格,无源探头是首选,有源探头还有直流失调,无源探头的唯一缺点是低阻,这个问题一旦解决, ...

这么复杂的探头,要是坏了都不知道修哪里。

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| 2019-2-10 10:40 | 显示全部楼层
学习了

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| 2019-2-11 12:09 | 显示全部楼层
除了对电路的理解,材料非常的关键。。。


学习

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| 2019-2-12 10:52 | 显示全部楼层
无源探头的等效Cp不只是影响了阻抗,其实是决定了带宽。理论上能做到很小的Cp,那时就可以获得很大的带宽了,可是1.5m的同轴需要很小的Cc,那得多粗?所以不方便使用。说起来容易,工艺咱也做不到,不然国外的同轴缆就不用卖一两千没米了。

有源探头好理解,就是把buffer往前移,避开同轴缆,这样能获得很小的Cp,带宽就上去了。

以上是我猜测推断的。

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| 2019-2-12 11:05 | 显示全部楼层
我觉得还有个很重要的原因,就是如果探头如手机那样的出货量,且一年换个新的话,那它的价格可能只要100块了。

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| 2019-2-12 12:08 | 显示全部楼层
传输线电缆相当于个集总电容,用C16表示
现在米国量产的最好的探头能做到多少kHz?

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 楼主 | 2019-2-12 12:36 | 显示全部楼层


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性能指标:
直流输入阻抗:660kΩ
最大功耗:6W
衰减比:10:1
最大输入电压:2kV
探头本身的上升时间:<100ps
线性偏差:前2ns小于20%,以后低于10%








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| 2019-2-12 15:40 | 显示全部楼层
没找到量产型号。要是手工打造的实验室装置,那就不说它价格怎么样了。

我以前读过NI(national instruments)的一个关于PGA(programmable gain amplifier)的专利,看上去棒极了,但是它并没有被使用在产品里,因为物理实现时,它不现实。

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| 2019-2-12 15:56 | 显示全部楼层
还有这个专利是无源还是有源? 标题是有源探头,回帖里却是无源探头模型,这不合适,无源跟有源的问题瓶颈不一样,没懂这是什么思路。

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| 2019-2-26 18:30 | 显示全部楼层
有源探头直接在探头的那个的探笔里边就完成了信号处理了.然后把这个信号镜像一份传给示波器.所以它对电路的影响比较小.它的特点输入电容小(一般不到1pF),输入电阻也比较小(100k左右),对于高速信号,电容对电路的影响很明显.所以有源一般用于高速信号上.

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