如何校準(zhǔn)x10示波器探頭

有兩種補(bǔ)償?shù)念?lèi)型：低頻補(bǔ)償和高頻補(bǔ)償。校準(zhǔn)按鍵通常設(shè)置在探頭的兩端，如圖1所示。

圖1：MI103探頭微調(diào)器位置

低頻補(bǔ)償

低頻補(bǔ)償（LFC）需要在kHz范圍內(nèi)調(diào)整X10探頭的頻率響應(yīng)。低頻補(bǔ)償必須在高頻補(bǔ)償（HFC）之前進(jìn)行。

圖2顯示了一個(gè)典型的探頭模型。Cp是在放置在探頭尖端的耗散電容。R1是一個(gè)9MΩ的串行電阻，用來(lái)隔離電纜電容和被測(cè)設(shè)備的輸入。其組成示波器的一個(gè)帶有1MΩ輸入阻抗的10:1Rscope衰減器。

圖2：示波器探頭模型

Ccomp1是一個(gè)可變電容，組成探頭低頻補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整部分。Cp是用來(lái)調(diào)整R1和Ccomp1的時(shí)間常數(shù)來(lái)匹配Cscope、Ccable和Rscope設(shè)定的時(shí)間常數(shù)。實(shí)際上，我們?cè)诟哳l段（100 kHz以上）有一個(gè)直流電阻分壓器和一個(gè)電容分壓器。Ccomp1置放在MI103探頭的頂部實(shí)現(xiàn)微調(diào)，靠近衰減開(kāi)關(guān)。Ccomp2和Rcomp是用在探頭的高頻補(bǔ)償（HFC）部分，詳細(xì)情況將在下一節(jié)討論。

最簡(jiǎn)單的對(duì)探頭進(jìn)行低頻補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ禽斎胍粋€(gè)相對(duì)邊沿變化較慢的方波，但重要的是，不能過(guò)沖。

圖3顯示的是如何通過(guò)波形判斷低頻補(bǔ)償是否合理。低頻補(bǔ)償過(guò)多，探頭的高頻（HF）增益將會(huì)比它的低頻（LF）增益高。低頻補(bǔ)償過(guò)少，高頻增益將會(huì)低于低頻增益。

圖3：低頻補(bǔ)償

高頻補(bǔ)償

影響探頭的高頻率響應(yīng)的兩個(gè)不定因素：電纜阻抗以及示波器的輸入阻抗。示波器的輸入端通常不是一個(gè)理想的電容，它會(huì)帶有一些串聯(lián)電感使得電路不具有非線性。

圖4顯示了在示波器的輸入端放置一個(gè)陶瓷芯片電容器時(shí)的典型特征。由于電容的串聯(lián)電感在存在，阻抗在它開(kāi)始再次增加之前會(huì)隨著頻率變化有一個(gè)微降的過(guò)程。最低阻抗點(diǎn)的頻率就是電抗和容性阻抗相等時(shí)的共振頻率。

圖4：陶瓷電容器特性

由這張圖我們可以看出，在甚高頻（VHF）的情況下，示波器輸入端并不是由簡(jiǎn)單的一個(gè)電阻與一個(gè)電容并聯(lián)組成，還需要進(jìn)一步考慮PCB復(fù)雜的非線性特征。高頻示波器的輸入阻抗由一個(gè)1MΩ的接地電阻、耗散電容和電感組成。它們都有與自己的串聯(lián)和并聯(lián)的電感和電容元件，而這些往往在甚高頻的情況下具有非線性特性，這使得情況進(jìn)一步復(fù)雜。

為了補(bǔ)償非線性，往往在高頻探頭的BNC輸入端嵌入一個(gè)非常小的電容和一個(gè)串聯(lián)電阻進(jìn)行分流。這可以用在更高頻率的任何非線性區(qū)域，在的超過(guò)探頭測(cè)試范圍也不會(huì)造成嚴(yán)重的過(guò)沖。

Rcomp和Ccomp2是探頭的高頻調(diào)諧元件。該電路是經(jīng)常在PCB的BNC連接器屏蔽的情況下使用，以盡量減少電纜和噪聲拾取的影響。Pico公司的MI103探頭有兩個(gè)這樣的RC網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)都有自己的可調(diào)電阻。一個(gè)控制中頻段，另一個(gè)控制高頻段。兩者會(huì)互相協(xié)調(diào)以到獲得更好的響應(yīng)曲線。

要進(jìn)行高頻探頭補(bǔ)償，必須輸入一個(gè)邊沿變化非常快的方波。該波形必須具有很少或沒(méi)有過(guò)沖的快速邊沿（比探頭上升時(shí)間短3X）。Pico采用過(guò)沖不到3％的信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)非常短暫的上升時(shí)間。同時(shí)，應(yīng)考慮脈沖發(fā)生器的50Ω端接器的電壓駐波比，低端的端接器可能造成額外的過(guò)沖。