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示波器探头输入电容对于高频测试的影响

为什么有经验的工程师在测试前要调整探头的档位?除了输入阻抗、带宽、上升时间等不同的档位外,输入还有一个非常重要的参数 ,它对被测信号有多大影响?

探头的输入电容对高频信号影响很大, 影响越高,影响越大。具体影响是什么?

简单地说,探头的负载效应是将一个负载连接到探头测量电路中两点的波形中,这将直接影响电路的状态,导致测量结果的不正确性。

每个探头都有自己的输入阻抗,这种特性阻抗,不仅是电阻,还包括电容和电感。由于探头引入的额外负载,探头接入被测电路后,会从信号中吸收能量,实际上会影响被测电路。最糟糕的后果是电路工作正常,但引入示波器探头后异常。此时,很容易得出与事实相反的结论。因此,在进行分析和测量时,必须考虑探头的负载特性和试验电路的阻抗匹配。

探头在×1档时,信号直接进入示波器,该探头将自己的电容器(包括电缆电容器)连接到测试点的输入阻抗,即探头的负载效应。

图1 x1档结构模型

当信号升高时,探头的容性负载效应变得更加明显。x1档输入电容通常为55±10pF,这相当于在被测电路上增加一个低阻抗负载,输入电容为50pF时,若测试10MHz根据容抗计算公式:Xc(Cp) = 1/(2×π×f×C),此时容抗约为318Ω,且x1档带宽低,测试结果不准确。

下图为无源电压探头x10档原理图,其中,Rp (9 MΩ)和C1位于探头尖端,调整补偿电容C使探头和示波器通道RC乘积匹配,保证显示波形正常,无补偿或欠补偿。

图2 x10档结构模型

此时,示波器输入信号衰减为被测信号的1/10。容抗对高频输入信号的影响大于阻抗。例如,探头在x输入阻抗为10档MΩ,输入电容10pF,输入信号的频率为100MHz,此时,探头输入容抗为Xc(Cp) = 1/(2×π×f×C)=159Ω,此时,容抗远小于探头阻抗,信号电流通过输入电容器提供更多的低阻电路,高阻电路等效为旁路。

探头作为测试的第一个环节,能否将高保真信号传输到示波器是准确测试分析的重点。因此,在测试高频信号时,应注意探头的带宽和输入电容是否合适。ZDS标配探头参数的2000系列示波器。

表1 ZP1025S探头参数

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