、10倍无源探头的模型以及输入负载设定 SCOPE PANEL PROBE TIP TO SCOPE INPUT CIRCUIT SHIELDED COAXIALr CABLE cl* R1 METAL SHIELD GROUND CLIP COMPENSATION BOX 图A.探头原理图 图A是工程师常用的10倍无源电压探头的原理图,其中,Rp(9MQ)和Cp 位于探头尖端内,Rp为探头输入阻抗,Cp为探头输入电容,RI(1MΩ)表示示 波器的输入阻抗,C1表示示波器的输入电容和同轴电缆等效电容以及探头补偿 箱电容的组合值。为了精确地测量,两个RC时间常量(RpCp和RlC1)必须相等; 如果不相等会带来测量波形的失真,对于较高频率的输入信号,容抗对于信号的 影响会大于阻抗。一般来说,无源探头的电缆存在8-10pF/foot的容性负载(1 foot英尺=12 inches英寸=0.3048 metre米),1.5nS/foot的上升时间。对 于一个6feet的电缆就存在60pF容性,加上一般示波器的20pF的输入电容以及 些杂散,大致为90F左右。考虑到探头和电缆容性的一些误差,需要使用探头 补偿电容箱来进行一个回路补偿,由于误差,无源电压探头的输入容性一般为 812pF之间。目前主流的10倍无源电压探头的输入负载模型一般都是输入电容 812pF,输入电阻9M欧 、无源电压探头的校准 为什么为了精确地测量,两个RC时间常量(RpCp和RlC1)必须相等,测量前 需要校准呢?探头简化模型电路如下 ECr)V 探头补偿电路的瞬态分析: 1.计算初始值uC2(0+)由于电容电压发生跃变,要根据电荷守恒定律和 KⅥL来确定
一、10 倍无源探头的模型以及输入负载设定 图 A. 探头原理图 图 A 是工程师常用的 10 倍无源电压探头的原理图，其中，Rp (9 MΩ )和 Cp 位于探头尖端内，Rp 为探头输入阻抗, Cp 为探头输入电容, R1 (1 MΩ )表示示 波器的输入阻抗，C1 表示示波器的输入电容和同轴电缆等效电容以及探头补偿 箱电容的组合值。为了精确地测量，两个 RC 时间常量（RpCp 和 R1C1）必须相等； 如果不相等会带来测量波形的失真,对于较高频率的输入信号,容抗对于信号的 影响会大于阻抗。一般来说，无源探头的电缆存在 8-10pF/foot 的容性负载（1 foot 英尺=12 inches 英寸=0.3048 metre 米），1.5nS/foot 的上升时间。 对 于一个 6feet 的电缆就存在 60pF 容性，加上一般示波器的 20pF 的输入电容以及 一些杂散，大致为 90pF 左右。考虑到探头和电缆容性的一些误差,需要使用探头 补偿电容箱来进行一个回路补偿，由于误差，无源电压探头的输入容性一般为 8~12pF 之间。目前主流的 10 倍无源电压探头的输入负载模型一般都是输入电容 8~12pF,输入电阻 9M 欧. 二、无源电压探头的校准 为什么为了精确地测量，两个 RC 时间常量（RpCp 和 R1C1）必须相等,测量前 需要校准呢?探头简化模型电路如下: 探头补偿电路的瞬态分析： 1.计算初始值 uC2(0＋)由于电容电压发生跃变，要根据电荷守恒定律和 KVL 来确定
-C1xc1(0,)+C2xc2(0,)=-Cyc1(0)+C2xc2(0)=0 acn(0+)+c2(0+)=U →x2(0)=G1+C2 2.计算稳态uC2(?)电容开路时,按照电阻分压公式得到 R1+R2 3.计算时间常数 R,R R1+R2 4.用三要素公式得到电容电压uC2(t) (t) R+R R,+ 我们可以看到,波形有3种情况 1.完全补偿 RCIRC2 +c2°R1+R2 Ro 1+C R1+R2 2.过补偿 0+2+ > lc:() RICcA C+c 3.欠补偿
2.计算稳态 uC2(?)电容开路时，按照电阻分压公式得到 3.计算时间常数 4.用三要素公式得到电容电压 uC2(t) 我们可以看到,波形有 3 种情况: 1.完全补偿 2.过补偿 3.欠补偿
RC1<RC - US <-2-US RICIER2Cz R, R1+R2 以下图示给出了欠补偿、过补偿和合理补偿三种情况下探头产生的波 探头欠补偿波形图 探头过补偿说明图 探头正常补偿说明图
以下图示给出了欠补偿、过补偿和合理补偿三种情况下探头产生的波 形。 探头欠补偿波形图 探头过补偿说明图 探头正常补偿说明图
探头补偿电路的正弦稳态分析 该电路的电压传递函数为 Re C? vo +sR2 C? 1+,C+,6=k 1+ 其频率响应函数为H(j)=k—它的对数幅频特性与相频特性分别为 1 A(w)=20lg| H(o)|=201g k+201g 1+(wa1)2-201gw1+(av wo) 9(a)=∠H()=actn()-are()其中 R+R2,零点角频率 RC,极点角频率∞=(R∥R)(C+C) 当m<ω时 A(w 201gk 时 所以,在获得一台可以工作的示波器和探头后应该要做的第一项工作是校 准探头。需要将探头连接到示波器的探头补偿输岀。然后使用非磁性调节工具调 节补偿箱中的调节螺螺丝完成校准一直观察到平坦的波形响应。不要太频繁校 准,因为没有必要
探头补偿电路的正弦稳态分析： 所以, 在获得一台可以工作的示波器和探头后应该要做的第一项工作是校 准探头。需要将探头连接到示波器的探头补偿输出。然后使用非磁性调节工具调 节补偿箱中的调节螺螺丝完成校准一直观察到平坦的波形响应。不要太频繁校 准，因为没有必要