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示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?

發(fā)布時(shí)間:2019-11-26 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】我們都知道示波器的探頭需要校準(zhǔn)補(bǔ)償,但是不知道做這個(gè)操作的根本原因是什么,看到有篇文章講解的很清楚,貼出來(lái)給大家分享下,希望有所幫助!
 
我們都知道示波器的探頭需要校準(zhǔn)補(bǔ)償,但是不知道做這個(gè)操作的根本原因是什么,看到有篇文章講解的很清楚,貼出來(lái)給大家分享下,希望有所幫助!
 
示波器輸入電阻
示波器探頭無(wú)法將電路信號(hào)送入示波器,咋一想,似乎直接連起來(lái)就能用了吧。
 
但是我們使用萬(wàn)用表測(cè)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:

示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用? 
 
而我們來(lái)看示波器,細(xì)心的朋友們會(huì)發(fā)現(xiàn)在示波器的 BNC 輸入接口旁邊一般都標(biāo)記有 1MΩ的對(duì)地輸入電阻參數(shù)。很多人可能不理解這個(gè)是代表了什么。
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
其實(shí),在使用示波器探頭測(cè)量電路的時(shí)候,由于不希望示波器探頭的接入而改變被測(cè)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(jí)別)。而示波器是有一定的電壓輸入范圍的,但是不同的測(cè)量場(chǎng)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(jiǎn)單的信號(hào)衰減實(shí)現(xiàn)就是電阻分壓,如下圖所示:
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
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(yīng)該為 0Ω ,但實(shí)際上 R1 約為幾百歐,一般在 300 歐以內(nèi)
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
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(shí)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(shí)將信號(hào)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(nèi)部的金屬為輸入信號(hào)),因此,輸入的信號(hào)和 GND 之間就形成了電容。無(wú)論怎樣改進(jìn)示波器接口的設(shè)計(jì),都無(wú)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。
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
有 R 又有 C,這不就是 RC 低通濾波器嗎?
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
我們算下這個(gè) RC 電路的截止頻率??紤] 10X 的檔位,R1 = 9MΩ,Rin = 1MΩ,Cin = 14pF , 截止頻率為
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
這樣一來(lái),凡是高于 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(wèn)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(guò)小的電阻必然會(huì)對(duì)測(cè)量的電路造成影響。似乎沒(méi)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
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
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(wèn)題又來(lái)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(wèn)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(wèn)題呢?很簡(jiǎn)單,再增加一個(gè)可變電容。圖中 Cp 所示。
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
這樣一來(lái)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(wèn)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。
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
當(dāng)出現(xiàn)以下兩種情況時(shí),說(shuō)明探頭補(bǔ)償不正確,需要使用“調(diào)節(jié)棒”對(duì)探頭上的補(bǔ)償電容進(jìn)行調(diào)節(jié)。
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
用調(diào)節(jié)棒擰動(dòng)探頭螺絲孔內(nèi)的螺絲,調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容,以得到正確波形。
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
也有的探頭將其設(shè)置在探測(cè)頭一端,如下圖:
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
所以,當(dāng)示波器更換新探頭或探頭長(zhǎng)時(shí)間未使用時(shí),我們應(yīng)該對(duì)探頭進(jìn)行補(bǔ)償校準(zhǔn)。
 
示波器探頭的校準(zhǔn)補(bǔ)償究竟有什么用?
 
 
 
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