淺談示波器探頭原理

三、無源電壓探頭的校準(zhǔn)

討論到這里,對于無源探頭的輸入模型大家應(yīng)該有了一定的了解,那為什么為了精確地測量，兩個(gè)RC時(shí)間常量（RpCp和R1C1）必須相等,測量前需要校準(zhǔn)呢?我們可以再進(jìn)一步簡化探頭模型為一個(gè)更簡單的阻容分壓電路如下:

讓我們來進(jìn)行一個(gè)簡單的推導(dǎo)計(jì)算:

這個(gè)電路的模型實(shí)際上就是一個(gè)RC分壓電路

假設(shè)0時(shí)刻激勵(lì)源開始施加激勵(lì)，則會有一個(gè)階躍信號加在RC分壓電路上。將電路中的電壓源用短路代替后，電容C1和C2并聯(lián)等效于一個(gè)電容，說明該電路是一個(gè)一階電路。R1和R2并聯(lián)等效于一個(gè)電阻，

于是該電路的時(shí)間常數(shù)為：

在t>0時(shí)，該電路是由電壓源激勵(lì)的一階電路，可以用三要素法計(jì)算，，當(dāng)t?∞電路達(dá)到直流穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容相當(dāng)于開路，輸出電壓按照兩個(gè)電阻串聯(lián)的分壓公式計(jì)算，其穩(wěn)態(tài)值為：

UC2(∞)=R2 *US/( R2 + R1)

接著計(jì)算UC2(O+).在t<0時(shí)，=0，，電路中屬于零狀態(tài)響應(yīng)，UC1(O-)= UC2(O-)=0.

在t=0+時(shí)刻，兩個(gè)電容電壓應(yīng)該滿足一下KVL方程

UC1(O+)+ UC2(O+)=US 。。。

這個(gè)式子說明電容電壓在t=0+時(shí)刻的初始值不為零，它要發(fā)生躍變，其原因是在于階躍發(fā)生的時(shí)刻，電容相當(dāng)于短路，電容中通過了一個(gè)非常大的電流，他可以使電容發(fā)生躍變（沖激電流源可使電容電壓發(fā)生躍變）。。在階躍的瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的總電荷量保持很定，因?yàn)槭窃?+時(shí)刻，故總電荷為零。

-C1 UC1(O+) + C2 UC2(O+) = 0

由以上兩個(gè)方程求解得到

從這個(gè)式子可以看出，輸出電壓躍變后的初始值與兩個(gè)電容的比值有關(guān)。用三要素公式可以得到輸出電壓的表達(dá)式：

由上式子可以看出，輸出電壓的初始值由電容的比值確定，其穩(wěn)態(tài)分量由兩個(gè)電阻的比值確定，改變C1可以得到三種情況。當(dāng)R1*C1*

當(dāng)R1*C1=R2*C2時(shí)，輸出電壓的初始值與穩(wěn)態(tài)值相同，瞬間分量為零，輸出電壓馬上打到穩(wěn)態(tài)值，這種情況稱為完全補(bǔ)償。

當(dāng)R1*C1*>R2*C2輸出電壓的初始值比穩(wěn)態(tài)值大，瞬態(tài)分量不為零，輸出電壓由初始值逐漸衰減達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，，稱為過補(bǔ)償。