示波器探頭補償原理

ID:689795 · 發(fā)表于 2020-2-11 20:43

探頭要做校準補償大家也許都知道，但是為什么要做，底層原因是什么，也許很多人就說不上來了，今天就和大家分享一下，希望可以幫助大家更好的理解示波器探頭。這一切，要從了解探頭的補償原理開始：

示波器輸入電阻

示波器探頭無法將電路信號送入示波器，咋一想，似乎直接連起來就能用了吧。

但是我們使用萬用表測量示波器探頭兩端的電阻，居然有將近9M歐姆這么多，如下圖所示:

萬用表測量探頭X10檔兩端電阻

而我們來看示波器，細心的朋友們會發(fā)現(xiàn)在示波器的BNC輸入接口旁邊一般都標記有1MΩ的對地輸入電阻參數(shù)。很多人可能不理解這個是代表了什么。

STO1104C示波器BNC輸入接口

其實，在使用示波器探頭測量電路的時候，由于不希望示波器探頭的接入而改變被測電路本身的工作狀態(tài)，因此示波器探頭一定是高阻的，即輸入阻抗比較大（兆歐級別）。而示波器是有一定的電壓輸入范圍的，但是不同的測量場合又會有不同的電壓，所以示波器探頭會有不同的衰減比（1X，10X，100X……）。那么最簡單的信號衰減實現(xiàn)就是電阻分壓，如下圖所示：

圖中，R1為示波器探頭上的電阻， Rin為示波器的輸入電阻。一般 Rin = 1MΩ ，100X下為 R1 = 99 MΩ ，10X下 R1 = 9MΩ ，而1X下理論上應該為 0Ω ，但實際上R1約為幾百歐，一般在300歐以內

萬用表測量探頭X1檔兩端電阻

示波器輸入電容

那么按照上面介紹的電阻分壓電路是不是示波器就能用了呢？不是的。

大家都知道，實際中，任何電路都不是理想電路，或多或少都有寄生參數(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將信號與GND連接到示波器探頭上（如下圖所示，一般外圈的金屬是GND，可以起到與外部屏蔽的作用，內部的金屬為輸入信號），因此，輸入的信號和GND之間就形成了電容。無論怎樣改進示波器接口的設計，都無法消除示波器的輸入電容的寄生參數(shù)。

一般示波器的輸入電容典型值為15pF，14pF，12pF的都有，圖中所示為14pF。

有R又有C，這不就是RC低通濾波器嗎？

我們算下這個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

這樣一來，凡是高于12.64kHz的信號都被衰減到不能看了。那么如何解決這個問題？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)是一個相當小的容值了；減小 R1和 Rin？過小的電阻必然會對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：補償電容