常見問題

示波器探頭補(bǔ)償原理

leegi 2020-11-24 21:24:39 0次

探頭要做校準(zhǔn)補(bǔ)償大伙兒或許都掌握，可是為何要做，最底層原因是什么，或許很多人就說不出來了，今日就和大伙兒共享一下子，希望能夠幫助大伙兒更好的理解示波器探頭。這一切，要從掌握探頭的補(bǔ)償原理開始：

示波器輸入電阻

示波器探頭沒法將電路信號(hào)送入示波器，咋一想，好像直接連起來就能用了吧。

可是大家使用萬用表測量示波器探頭兩端的電阻，竟然有接近9M歐姆這么多。

萬用表測量探頭X10檔兩端電阻

而大家看來示波器，心細(xì)的小伙伴們會(huì)發(fā)現(xiàn)在示波器的BNC輸入接口旁邊通常都標(biāo)識(shí)有1MΩ的對(duì)地輸入電阻參數(shù)。很多人也許不理解這個(gè)是意味著了什么。

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STO1104C示波器BNC輸入接口

實(shí)際上，在使用示波器探頭測量電路的時(shí)候，由于不希望示波器探頭的接入而更改被測電路自身的運(yùn)行狀態(tài)，因而示波器探頭相應(yīng)是高阻的，即輸入阻抗比較大（兆歐級(jí)別）。而示波器是有相應(yīng)的電壓輸入范圍的，可是不同的測量場合又會(huì)有不同的電壓，所以示波器探頭會(huì)有不同的衰減比（1X，10X，100X……）。那么最簡單的信號(hào)衰減實(shí)現(xiàn)便是電阻分壓，如下圖所示：

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圖中，R1為示波器探頭上的電阻，Rin為示波器的輸入電阻。通常Rin=1MΩ，100X下為R1=99MΩ，10X下R1=9MΩ，而1X下理論上應(yīng)該為0Ω，但實(shí)際上R1約為幾百歐，通常在300歐以內(nèi)

示波器輸入電容

那么根據(jù)上面講解的電阻分壓電路是不是示波器就能用了呢？并不是的。

大家都掌握，實(shí)際中，一切電路都并不是理想化電路，多多少少都有寄生參數(shù)。示波器與示波器探頭的接口也不例外。由于示波器接口需要同時(shí)將信號(hào)與GND連接到示波器探頭上（如下圖所示，通常外圈的金屬是GND，能夠起到與外部屏蔽的作用，內(nèi)部的金屬為輸入信號(hào)），因而，輸入的信號(hào)和GND之間就形成了電容。不管怎樣改善示波器接口的設(shè)計(jì)，都沒法消除示波器的輸入電容的寄生參數(shù)。

通常示波器的輸入電容典型值為15pF，14pF，12pF的都有，圖中所示為14pF。

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有R又有C，這不便是RC低通濾波器嗎？

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大家算下這個(gè)RC電路的截止頻率。考慮10X的檔位，R1=9MΩ，Rin=1MΩ，Cin=14pF，截止頻率為

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如此一來，但凡高于12.64kHz的信號(hào)都被衰減到不能看了。那么如何解決這個(gè)問題？減小Cin，不可能，物理的限制就決定了 Cin 必然存在，而且14pF本身已經(jīng)是一個(gè)相當(dāng)小的容值了；減小 R1和 Rin？過小的電阻必然會(huì)對(duì)測量的電路造成影響。似乎沒有其他的辦法了。但總歸是有聰明人能夠找到解決辦法：補(bǔ)償電容

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只要滿足

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就能使得在比較高的頻率下，仍然能夠按照正確的10：1的衰減比進(jìn)行信號(hào)的傳輸而不發(fā)生信號(hào)的畸變。

但是新的問題又來了，不同的示波器 Cin不一樣，即便型號(hào)一樣，但是由于制造的參數(shù)不一致問題可能不同的示波器用同一個(gè)探頭就不一定都能滿足上面的比例關(guān)系。那豈不是要針對(duì)每一個(gè)示波器都要去單獨(dú)制造特定的探頭呢？怎么解決通用性問題呢？很簡單，再增加一個(gè)可變電容。圖中 Cp所示。

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這樣一來只需要去調(diào)節(jié)探頭上的可變電容的大小，并從示波器上看波形畸變情況，就可以解決這個(gè)問題。

示波器一般都會(huì)輸出一個(gè)1KHz，5V（或以下）的方波信號(hào)，該信號(hào)用作探頭補(bǔ)償校準(zhǔn)。該信號(hào)常用一個(gè)方波符號(hào)加一個(gè)接地符號(hào)標(biāo)示。我們可以將這個(gè)信號(hào)作為信號(hào)源。啟動(dòng)示波器，按下圖所示，把探頭的BNC接至通道1，另一端接到方波信號(hào)輸出端口。

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