示波器探頭基礎(chǔ)系列之一《示波器探頭淺談之無(wú)源探頭》
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一、10倍無(wú)源探頭的模型以及輸入負(fù)載設(shè)定
圖1.探頭原理圖
圖1是工程師常用的10倍無(wú)源電壓探頭的原理圖，其中，Rp (9 MΩ)和Cp位于探頭尖端內(nèi)，Rp為探頭輸入阻抗, Cp為探頭輸入電容, R1 (1 MΩ)表示示波器的輸入阻抗，C1表示示波器的輸入電容和同軸電纜等效電容以及探頭補(bǔ)償箱電容的組合值。為了精確地測(cè)量，兩個(gè)RC時(shí)間常量（RpCp和R1C1）必須相等；任何不平衡都會(huì)帶來(lái)測(cè)量波形的失真,從來(lái)引起使一些參數(shù)如上升時(shí)間、幅度的測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，在測(cè)量前需要校準(zhǔn)示波器的探頭的工作以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。從探頭的信號(hào)模型我們可以分析， 對(duì)于信號(hào)的DC量測(cè)，輸入容性Cp和C1等效為開(kāi)路。信號(hào)通過(guò)Rp和R1進(jìn)行分壓，最終示波器的輸入為：Vout=[R1/Rp+R1]*Vin=1/10* Vin
示波器輸入信號(hào)衰減為待測(cè)輸入信號(hào)的1/10。對(duì)于較高頻率的輸入信號(hào),容抗對(duì)于信號(hào)的影響會(huì)大于阻抗。例如，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的1MΩ~10pF的無(wú)源電壓探頭，輸入信號(hào)的頻率為100MHz，此時(shí)，探頭輸入容抗為Xc(Cp) = 1/（2×π×f×C）=159Ω，容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于9MΩ的探頭阻抗，信號(hào)電流更多的會(huì)通過(guò)輸入電容提供的低阻回路，9MΩ阻抗的高阻回路等效為旁路。也可以理解為159 Ω和9MΩ的并聯(lián)之后等效阻抗為159 Ω。此時(shí),實(shí)際輸入到示波器的信號(hào)幅度(AC/高頻)是由探頭的輸入電容以及回路總電容的比值決定，等效為：Vout=[Cp/Cp+C1]*Vin
一般來(lái)說(shuō)，無(wú)源探頭的電纜存在8-10pF/foot的容性負(fù)載（1 foot英尺=12 inches英寸=0.3048 metre米），1.5nS/foot的上升時(shí)間。 對(duì)于一個(gè)6feet的電纜就存在60pF容性，加上一般示波器的20pF的輸入電容以及一些雜散，大致為90pF左右。根據(jù)1：10的分壓，探頭的輸入電容應(yīng)該為10pF左右才能滿足Vout/Vin=[10/10+90]=1/10輸入衰減10倍的特性?？紤]到探頭和電纜容性的一些誤差,需要使用探頭補(bǔ)償電容箱來(lái)進(jìn)行一個(gè)回路補(bǔ)償，由于誤差，無(wú)源電壓探頭的輸入容性一般為8~12pF之間。目前主流的10倍無(wú)源電壓探頭的輸入負(fù)載模型一般都是輸入電容8~12pF,輸入電阻9M歐.
評(píng)論