示波器探头补偿原理.pdf

示波器探头补偿原理 探头要做校准补偿大家也许都知道，但是为什么要做，底层原因 是什么，也许很多人就说不上来了，今天就和大家分享一下，希 望可以帮助大家更好的理解示波器探头。这一切，要从了解探头 的补偿原理开始： 示波器输入电阻 示波器探头无法将电路信号送入示波器，咋一想，似乎直接连起 来就能用了吧。 但是我们使用万用表测量示波器探头两端的电阻，居然有将近9M 欧姆这么多，如下图所示: 万用表测量探头X10档两端电阻 而我们来看示波器，细心的朋友们会发现在示波器的BNC输入接口 旁边一般都标记有1M Ω的对地输入电阻参数。很多人可能不理解 这个是代表了什么。 STO1104C示波器BNC输入接口 其实，在使用示波器探头测量电路的时候，由于不希望示波器探 头的接入而改变被测电路本身的工作状态，因此示波器探头一定 是高阻的，即输入阻抗比较大 （兆欧级别）。而示波器是有一定 的电压输入范围的，但是不同的测量场合又会有不同的电压，所 以示波器探头会有不同的衰减比 （1X，10X，100X……）。那么最 简单的信号衰减实现就是电阻分压，如下图所示： 图中，R1为示波器探头上的电阻， Rin为示波器的输入电阻。一 般 Rin 1M Ω ，100X下为 R1 99 M Ω ，10X下 R1 9M Ω ， 而1X下理论上应该为 0 Ω ，但实际上R1约为几百欧，一般在300 欧以内 万用表测量探头X1档两端电阻 示波器输入电容 那么按照上⾯介绍的电阻分压电路是不是示波器就能⽤了呢？不 是的。 ⼤家都知道，实际中，任何电路都不是理想电路，或多或少都有 寄⽣参数。示波器与示波器探头的接⼝也不例外。由于示波器接 ⼝需要同时将信号与GND连接到示波器探头上 （如下图所示，⼀ 般外圈的⾦属是GND，可以起到与外部屏蔽的作⽤，内部的⾦属 为输⼊信号），因此，输⼊的信号和GND之间就形成了电容。⽆ 论怎样改进示波器接⼝的设计，都⽆法消除示波器的输⼊电容的 寄⽣参数。 ⼀般示波器的输⼊电容典型值为15pF，14pF，12pF的都有，图 中所示为14pF。 有R⼜有C，这不就是RC低通滤波器吗？ 我们算下这个RC电路的截⽌频率。考虑10X的档位，R1 9MΩ，Rin 1MΩ，Cin 14pF ， 截⽌频率为 这样⼀来，凡是⾼于12.64kHz的信号都被衰减到不能看了。那么 如何解决这个问题？减⼩Cin ，不可能，物理的限制就决定了 Cin 必然存在，⽽且14pF本身已经是⼀个相当⼩的容值了；减⼩ R1 和 Rin？过⼩的电阻必然会对测量的电路造成影响。似乎没有其他 的办法了。但总归是有聪明⼈能够找到解决办法 ：补偿电容 只要满⾜ 就能使得在⽐较⾼的频率下，仍然能够按照正确的10 ：1的衰减⽐ 进⾏信号的传输⽽不发⽣信号的畸变。 但是新的问题⼜来了，不同的示波器 Cin不⼀样，即便型号⼀样， 但是由于制造的参数不⼀致问题可能不同的示波器⽤同⼀个探头 就不⼀定都能满⾜上⾯的⽐例关系。那岂不是要针对每⼀个示波 器都要去单独制造特定的探头呢？怎么解决通⽤性问题呢？很简 单，再增加⼀个可变电容。图中 Cp所示。 这样⼀来只需要去调节探头上的可变电容的⼤⼩，并从示波器上 看波形畸变情况，就可以解决这个问题。 示波器⼀般都会输出⼀个1KHz，5V （或以下）的⽅波信号，该信 号⽤作探头补偿校准。该信号常⽤⼀个⽅波符号加⼀个接地符号 标示。我们可以将这个信号作为信号源。启动示波器，按下图所 示，把探头的BNC接⾄通道1，另⼀端接到⽅波信号输出端⼝。 当出现以下两种情况时，说明探头补偿不正确，需要使⽤“调节 棒”对探头上的补偿电容进⾏调节。 补偿过度的波形 补偿不⾜的波形 ⽤调节棒拧动探头螺丝孔内的螺丝，调节补偿电容，以得到正确 波形。 也有的探头将其设置在探测头⼀端，如下图： 所以，当示波器更换新探头或探头⻓时间未使⽤时，我们应该对 探头进⾏补偿校准。 补偿正确的波形