示波器探頭基礎(chǔ)入門(mén)指南(下)

R&S提供了RT-ZA9的BNC-N轉(zhuǎn)接頭方案，它可以將高輸入阻抗的R&S有源探頭（1M?）與頻譜儀或接收機(jī)相連接，對(duì)需要高阻抗測(cè)試的DUT進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。

圖5 RT-ZA9轉(zhuǎn)接頭示意圖

前面介紹過(guò)，探頭一般含有電阻、容性阻抗和感性阻抗。電阻的負(fù)載效應(yīng)會(huì)對(duì)信號(hào)DC分量測(cè)量造成影響，對(duì)波形的幅度測(cè)量造成誤差。容性阻抗對(duì)AC分量的測(cè)量造成影響，比如會(huì)影響（延緩）信號(hào)的上升時(shí)間。感性阻抗則會(huì)對(duì)波形測(cè)量引入振鈴現(xiàn)象。

圖6探頭負(fù)載效應(yīng)分類

3.2 探頭補(bǔ)償

我們?cè)谂c電子測(cè)量工程師的交流中，經(jīng)常提到探頭補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。當(dāng)我們購(gòu)買(mǎi)示波器后第一次使用時(shí)，或者因探頭資源緊張而臨時(shí)拿其他品牌探頭使用時(shí)，都會(huì)涉及到探頭補(bǔ)償問(wèn)題。

所謂探頭補(bǔ)償是指示波器與探頭連接使用時(shí)，調(diào)整探頭的可變電容，在探頭與示波器之間進(jìn)行頻率補(bǔ)償，使頻率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)補(bǔ)償完成后，具備如下關(guān)系式:

Rscope× Cscope= Rprobe× Cprobe

即：為了最大限度地傳送信號(hào)，示波器的輸入電阻和電容必須與探頭輸出的電阻和電容相匹配，此時(shí)探頭具有最優(yōu)信號(hào)傳送能力。

那么如何進(jìn)行探頭補(bǔ)償呢？

探頭補(bǔ)償一般針對(duì)無(wú)源探頭而言（有源探頭也存在補(bǔ)償），使用過(guò)無(wú)緣探頭的工程師可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，在無(wú)緣探頭與示波器接觸的一端上有一個(gè)小孔，這個(gè)小孔內(nèi)有一個(gè)十字旋鈕。通過(guò)探頭自帶的螺絲刀小工具即可深入小孔內(nèi)調(diào)節(jié)探頭的可調(diào)電容值。

圖7調(diào)節(jié)無(wú)源探頭的可調(diào)電容值

具體原理如下圖所示：

圖8通過(guò)調(diào)節(jié)探頭可調(diào)電容Ccomp來(lái)實(shí)現(xiàn)探頭匹配

探頭補(bǔ)償?shù)牟襟E如下：

• 連接探頭與示波器通道；

• 將探頭前端連接至示波器上的探頭補(bǔ)償Π方波信號(hào)（一般為1KHz、1V的信號(hào)）；

• 使用自帶小工具調(diào)節(jié)探頭可調(diào)電容，使得示波器上顯示的方波信號(hào)的高低電平部分保持平穩(wěn)，即實(shí)現(xiàn)探頭與示波器的匹配。

在調(diào)節(jié)探頭時(shí)，示波器上顯示的方波信號(hào)可能存在以下三種狀態(tài)：

在使用探頭測(cè)量信號(hào)上升沿時(shí)，把示波器的時(shí)基范圍調(diào)小，一般能看到在上升沿的過(guò)沖部分存在振鈴現(xiàn)象，即探頭帶來(lái)的諧振效應(yīng)。

圖10探頭帶來(lái)的振鈴效應(yīng)

探頭不僅存在阻抗以及寄生電容，還存在寄生電感（特別是在測(cè)試高頻信號(hào)時(shí)）。探頭是由導(dǎo)線和地線組成的，通常導(dǎo)線及地線越長(zhǎng)，電感值就越大。探頭上的寄生電感和寄生電容容易形成諧振回路，在輸入信號(hào)的激勵(lì)下，在某些頻率上產(chǎn)生高頻減幅諧振，從而出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象。

圖11振鈴現(xiàn)象的產(chǎn)生

如下圖所示，探頭的輸入阻抗會(huì)在特定頻率fx處達(dá)到最小值。

圖12探頭輸入阻抗

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