示波器探头补偿的类型

示波器用户通常使用 X10 示波器探头来增加可用带宽并减少被测电路的负载。

在大多数示波器探头上，都有一个调整来补偿探头，以改善其频率响应。大多数示波器用户都熟悉补偿探头，但其背后的一些原因和电路可能并不总是一目了然。

通常很容易忘记补偿探头，这可能导致信号的幅度错误，或者由于探头的频率响应不正确而失真。对探头进行补偿可以进行可靠、准确的测量。

基本示波器探头补偿

当使用包含衰减器（即 X10、X100 或其他值）的电压型探头时，需要对示波器探头进行频率补偿。X1 探头不需要示波器探头补偿。

对于许多探头，只有一个调整，只需将探头连接到示波器中的方波发生器，然后根据所需的响应（方波）调整补偿微调器即可轻松补偿。

X10示波器探头的补偿调整波形。

可以看出，调整非常明显，并且快速且易于进行。每次将探头从一个输入移动到另一个输入，或从一个示波器移动到另一个示波器时，都应执行此操作。不时检查它并没有什么坏处，即使它保持在同一输入上。与大多数实验室一样，东西会被借用，并且可能会归还不同的探针，等等。.

示波器探头补偿：基本理论

X10示波器探头的目的是将被测电路的阻抗增加10倍。为此，在探头顶端放置一个9 MΩ电阻，与示波器内部1MΩ形成一个10：1的电位分压器（假设使用高阻抗输入，因为某些示波器还具有用于RF测量的50Ω输入）。

除了 1MΩ 之外，示波器还具有与此并联的电容水平。它可能在 15 到 30pF 左右，通常由输入连接器在示波器本身上引用。

如果探头不能适应这一点，那么探头的带宽将非常低。内部电容将与 9MΩ 电阻器配合使用，形成一个低通滤波器。

为了克服这个问题，在9MΩ电阻两端放置一个电容，以形成一个容性分压器。当两个分量具有相同的分度比时，探头的响应将是平坦的。

带等效电路的示波器探头电路

带补偿的基本探头的电路如上图所示，下图为电路。应该强调的是，这是一个一阶表示，因为电容、电阻和电感存在许多小的杂散电平。

为了使电路提供平坦的响应，电阻和电容的潜在发热效应必须相同。

为此，以下等式必须成立：

请注意，Ct位于等式的顶部，9MΩ 位于底部。这种“反转”是因为容抗等于 1 / 2 π f C，即它与电容成反比。

作为输入电容的值，C在从一种类型的示波器到另一种类型的示波器各不相同，并且从一种示波器到另一种相同类型的示波器存在细微的变化，因此有必要在称为补偿的过程中调整平衡。

要实现示波器探头补偿，请 Ct在探针的尖端，或 Cp 是可变的。在某些示波器探头上，补偿调节器位于尖端，而其他示波器则位于与示波器配合的连接器旁的小盒子中。

同样令人惊讶的是，开始需要补偿的频率。当尖端有一个9MΩ电阻时，在非常低的频率下开始注意到25pF左右的电容。

在10 kHz时，仅15pF的电抗为1MΩ，因此可以看出，即使在非常低的频率下，示波器探头的补偿也非常重要。

示波器探头补偿的类型

上述基本补偿是用于大多数标准示波器探头的补偿。但更高级的探头可以有两种类型的补偿，以确保它们在尽可能宽的带宽上达到最佳性能：

低频探头补偿：这是在所有 X10 示波器探头上看到的示波器探头补偿类型。它可以补偿探头相对较低的频率，但提供了良好的补偿水平。通常，所示的补偿电路如下图所示。

示波器探头电路 可调电容器可以位于探头的连接器区域，即连接到示波器的位置。通常，尽管它位于尖端，但尖端中的电容器是被调整的电容器。调整哪一个通常无关紧要。

成本较低的示波器探头可能只添加了低频补偿。在不需要非常高的频率性能的情况下，这是完全可以接受的。

HF探头补偿：这种类型的补偿用于许多示波器探头。有时可能会提供两个调节器，但通常是由设计或制造过程中设置的。当探头连接到不同的示波器时，它往往变化不大，因此不需要以相同的方式进行调整。

影响探头高频响应的主要变量因素有两个：

探头电缆阻抗：需要考虑示波器探头电缆，这会影响 HF 性能。探头尖端通常有少量电容。这可能是 2 - 5pF，并且电缆本身也会引入电容。这可能是 40 到 50 pF 的量级。

示波器输入阻抗：示波器输入通常不是完美的阻性和容性输入。还有一些串联电感以及一些非线性。即使是在1GHz或更高频率下具有非常好性能的片式电容器，也有一些电感。这会产生自谐振，从而使串联阻抗下降。

高频示波器示波器示波器的输入配置由1 MΩ的接地电阻组成。除此之外，还有一些杂散电容和电感。它们中的每一个都有自己的串联和并联电感和电容元件，这些元件在几百MHz或更高的频率下具有非线性特性，这为输入响应增加了额外的复杂性。

为了补偿这些非线性，HF探头倾向于在BNC上用一个非常小的电容器和一个串联电阻来分流示波器的输入。这有助于将任何非线性移动到探头预期范围之外的更高频率区域，而不会造成严重的过冲。

 

为了补偿示波器探头的高频操作，低频补偿通常位于尖端，如图所示。HF 补偿通常由位于探头连接器端的组件提供。通常，连接器上有一个小的屏蔽盒。

HF 补偿由串联电阻电容网络组成。这些系列RC网络中可能有两个用于在整个所需频段上提供补偿 - 可能一个用于中频段，另一个用于更高频段。这些在设计、生产中或用户在使用前偶尔进行调整。

使用这种补偿，可以确保尽可能忠实地再现方波等的最快边缘。

示波器探头电路显示低频和高频补偿

示波器探头补偿范围

选择示波器探头时要注意的一点是，要确保它有足够的补偿范围来配合使用示波器。当高带宽探头与低带宽示波器一起使用时，可能会出现问题。

原因如下：通常，低带宽示波器可能具有高输入电容。示波器高阻抗输入的标准输入电阻为1MΩ，但电容可能会有所不同。它可能是 15pF，也可能是 25pF 等。.通常，低带宽示波器往往具有较高的输入电容。

选择示波器探头时，请检查补偿范围。这是探头可以应用正确补偿的输入电容电平范围。高带宽探头往往只能补偿较低的输入电容水平，因为这是高带宽示波器可能具有的。

尝试使用补偿范围为 8 - 18pF 的示波器探头是没有用的，例如，使用输入电容为 25 pF 的示波器。

因此，必须确保探头能够补偿其所用示波器的输入电容。

由于示波器的性能仅与示波器探头一样好，因此必须确保使用好的探头，通常探头的带宽应为示波器的1.5倍左右，然后应正确补偿。通过这种方式，可以最大限度地提高示波器性能，并最大限度地提高被测电路上的波形。

审核编辑：黄飞