大概每个人都知道如何使用示波器。 这很容易-将“鳄鱼”钩在地面上，即探针的尖端上-所需的测量点，沿垂直和水平轴调整刻度，并在此点进行临时电压扫描。 是的，可以这样做，但前提是要考虑到许多因素，本文将对此进行讨论。 而且，如果您不考虑这一点，那么示波器屏幕上接收到的图像就有可能是无用的图像。 并且其成本越低，可能性越大。
我必须马上说，本文没有讨论控制界面和典型电子示波器的功能-这相对简单，例如，可以
在此处找到 。 我只写一些不太容易发现
但容易丢失的东西 ，尤其是俄语。 阅读时，您需要了解信号线理论的基本原理，例如，可以阅读我以前的出版物之一。
我认为在印刷电路板开发周期中使用示波器的常见情况如下：如果电路板不工作（短路，微电路过热，微控制器不闪烁，控制命令不通过等），我们开始捡起示波器探头来查找问题。如果可行，那就很好（图1）。
此外，如果产品开发人员不是自己亲自执行所有这些功能的无线电爱好者，则甚至增加了产品功能中有条件的“成功”的迭代次数。 因此，在功能分离的情况下（例如在组织内部进行开发的情况下），对于开发人员而言，建议如果不亲自收集和调试第一批产品样本，则至少应在工厂进行以分析技术发展。
以我的经验，对于第一个产品样本，从电源子系统开始，对子系统的电气参数进行控制的块组装效率更高（图2）。
通过这种方法，故障排除的范围得以缩小，因为它只能在新组装的单元中或在该单元与已验证的单元交互时发生。 电气参数的控制可确保产品不仅功能正常，而且所有或主要的电气信号都符合预期的性能。 在这种情况下，“成功”已经更彻底了，我们可以在需要的外部影响下进行整个测试周期。
让我们回到使用示波器。 在描述它们在印刷电路板开发中的位置时，隐含地提出了重要的测量原理（尤其是使用示波器进行的测量），Eric Bogatin在演讲中经常谈到。
在进行测量之前，必须先了解其预期结果。 如果期望与现实相吻合，在出现重大差异时，我们可以讨论正确的过程模型-要么需要仔细检查期望的参数（使用直接分析计算，模拟结果或根据经验获得），要么测量不正确，或者产品功能不正确。
在发布主题的背景下，值得注意的是错误测量的选项。 在使用示波器的测量中，当观察者的存在影响被观察的过程时，我们将应用量子物理学中的“观察者效应”，这是前所未有的。 在示波器的屏幕上，您可以观察到它与现实无关。 我们找出了如何防止这种情况。
让我们从理想的最终结果的表述开始：在示波器屏幕上观察给定时间点信号线特定点处电压的临时扫描，而不会引起失真。 拥有一个无限带宽的理想高速示波器，以所需的分辨率提供模数转换。 然后，为了解决该问题，必须将信号从印刷电路板上的一个点传输到示波器的同轴输入，该信号必须满足以下条件：
- 提供稳定的机械接触，接触点的接触电阻为零。 它们有两种，两者都等效：一个提供直流电路径，另一个提供返回电流路径。
- 形成的信号线不应负载被测信号电路，也就是说，它必须具有无限大的阻抗。
- 形成的信号线不应在测量信号中引入失真，也就是说，它应在无限频带内具有平坦的传递函数，并且具有线性相位特性。
- 形成的信号线不应将其自身的干扰引入被测信号中，并且还应受到理想的保护，以免受外部干扰。
当然，在一般情况下，这些条件是不可行的，但是，理想最终结果的表述对于分析问题很有用。 特别地，它提供了一种理解，即实际的测量系统具有限制可靠测量范围的限制。
在图。 图3显示了使用最常见类型的探头“ 1X / 10X”的测量电路的等效电路，在大多数情况下，示波器的标准套件中都包含该探头。
探头在“ 10X”位置的直流电阻约为9MΩ-这是一个串联电阻，形成了1:10的分压器，示波器的输入阻抗为1MΩ。 因此，探头的名称为“ 10X”，它在此模式下会将测量的信号
减小 10倍（但系统不会产生拾取和噪声）。 在“ 1X”开关位置，此电阻器短路，并且探针电阻是探针同轴电缆的电阻。 我建议测量该电阻-从探头的尖端到BNC连接器的中心引脚-并确保它不像常规的50欧姆同轴电缆那样为“零”，而是几百欧姆。 如果切断电缆（图4），则可以看到一条薄镍铬合金导体，周围环绕着介电常数εr〜1低的泡沫绝缘材料。这是一条有损耗的线，即 该电缆设计用于衰减由于测量信号线不一致引起的高频反射。
微调电容器C
EQ1设计为以“ 10X”模式补偿低通滤波器极点（图5），其截止频率仅为1.5 kHz！ 现在应该清楚为什么需要这种补偿。 微调电容器有时不位于探头的手柄中，而是位于远端的连接器处，然后
是固定标称值为
〜15 pF的C
EQ1，并由电容器C
EQ2进行调谐。 电感L
P是回路电流的电感。
基于上述内容，您可以获得示波器测量电路针对开关“ 10X”和“ 1X”的位置的工作模型。 参数的数值应取自相应探头和示波器的文档。 在这种情况下，最有可能的是，对于给定的带宽，各个制造商的参数不应有太大差异。 在图上呈现。 6和7 LTSpice模型使用TDS2024B示波器和P2200探头上的数据。
重要的是要理解，这些模型已简化并且没有考虑所有杂散参数，因此它们没有给出带宽的准确值。 但是，它们给出了测量期间某些参数的影响的定性概念。 例如，首先要注意的结果是：
1. 1X模式下的探头通带比10X模式下的探头通带小一个数量级，大约为6 ... 8 MHz。 这对应于最小可测信号边沿持续时间t
R = 0.35 / BW
PROBE〜45 ... 55 ns。 “ 1X”模式的优点是信噪比提高了20 dB，因为在测量系统中相同的干扰水平下，示波器输入端的信号要大10倍。
2.增加回路电流的电感会降低通带。 这就是为什么在测量高频信号以确保返回电流时，建议不要使用电感约为200 nH的“鳄鱼”，而应使用特殊的探头尖端，该探头可将电感减小一个数量级（图8）。
3.在“ 10X”模式下，调谐电容器对传递函数的影响从200到300 Hz的频率增加到2到3 kHz的频率的最大值。 这就是为什么示波器通常使用时钟频率为1 kHz的信号作为校准信号的原因，该信号的前端在调谐过程中会失真（图9）。 一个好习惯是在更换探头或示波器通道时或在进行测量之前定期进行调整。
在图模型中，除了探头的电气特性和示波器的输入电路外， 如图3所示，参数包括以下数量：信号源的电压-它的频谱，信号源R
S的输出电阻，信号线Z
0的阻抗，负载阻抗Z
LOAD-它是考虑到电容成分的阻抗。 这些和其他参数在表1中列出，它们决定了测量结果的可靠性。 主要标准是研究的信号频谱带部分应包含在探头+示波器系统的通带中，而信号幅度不应超过可接受的值（当示波器的输入阻抗为50欧姆时，这一点尤其重要）。 剩下的：信号捕获和参数测量是一个技术问题。
我要讲的最后一点是探头+示波器系统的带宽。 值得避免的误解是，如果您使用示波器和带宽为150 MHz的探头，则测量系统的带宽将为150 MHz（这只有通过软件补偿才能实现）。 此外，在探头上“写入” 150 MHz的事实并不总是意味着它们是真实的150 MHz。 因此，我建议使用正弦信号发生器对通带进行实验研究。 信号幅度从低频值减小到0.707的频率，这将是所需的值。 在这种情况下，需要注意传递函数中是否存在局部最大值。 我在几个测量系统的G4-107发生器的帮助下完成了这一工作，同时使用了与“弹簧”的连接（图10）。 补偿是在每次测量之前进行的，尽管很小，但总是必须进行调整。 还使用短的50欧姆同轴BNC电缆在没有探头的情况下进行测量。 结果列于表2。惊讶的PP510探头声称带宽为100 MHz。
总的来说，我想说的是，您在使用示波器进行测量时应格外小心，并应将预期结果与获得的结果之间的相关性作为参考。 对于更高的频率范围，“ 1X / 10X”类型的无源探头不适用于测量带宽超过500 MHz的信号。 为此，请在示波器或有源探头的50欧姆输入处使用直接同轴连接，以进一步减小连接的电感（包括通过使用焊接连接，在板上放置微型同轴连接器等）。 主题非常广泛-有隔离示波器，隔离探头，差分探头和专用探头，但是所有这些都是单独的讨论，超出了本文的范围。
该材料尚未在任何地方发布，我正在等待反馈。 之后，该文章（可能以更详细的形式）以及有关高压绝缘的材料将作为附录包含在本书的完整版本的更新版本中。 准确的测量，人们！