示波器探头为什么要进行校准？有哪些方法？

有源探头内部的有源放大器的的增益和偏置随着温度或者时间老化可能会有漂移，为了补偿这种漂移，就需要定期对探头进行校准。

示波器探头需要进行校准主要是为了确保测量结果的准确性和可靠性。即使是高质量的探头，其电气特性和示波器输入端也不是理想的和完全匹配的。如果不进行校准，测量信号会产生失真，导致错误的结论。

为什么要进行校准？

补偿探头的频率响应（最关键的原因）： 探头本身（尤其是无源探头）内部存在电容和电感，示波器的输入端也存在电容（通常标为输入电容，如 15pF 或 20pF）。这些电容和探头电缆的分布电容、电感共同作用，形成了一个复杂的滤波网络，使得探头对信号中不同频率的衰减程度不同（其阻抗会随频率变化）。
- 结果： 会导致输入信号失真。高频成分衰减过多（信号边沿变缓，幅度变小）或过少（信号出现过冲、振铃）。
确保分压比（衰减比）准确： 探头的设计衰减比（如 10:1）并非在所有情况下都绝对精确，特别是在高频下。准确的衰减比是保证幅度测量精度的基础。
补偿直流增益/偏置误差： 探头和示波器通道之间可能存在微小的直流增益误差或偏置电压，特别是在高精度测量（如小信号测量）时需要考虑。
确保带宽指标有效： 探头标称的带宽是在特定条件下定义的，如果补偿不良，实际可用带宽会大大低于标称值。
匹配输入阻抗： 探头校准（特别是补偿电容调节）有助于使探头+电缆的组合阻抗在感兴趣的频率范围内尽可能地匹配其标称值（例如，10X探头对被测电路的负载约为10MΩ并联电容），减少对被测电路的负载效应。

总而言之一句话：探头校准的目的就是让示波器屏幕上显示的波形尽可能真实地再现探头尖端检测到的原始信号。

校准方法

示波器探头的校准主要有以下几种方法，最常见的是前两种：

DC补偿（也称为探头补偿、方波补偿）：
- 这是日常最常用、最基本、最重要的校准方法，每次连接探头到示波器通道时都应进行（尤其在高精度测量前）。
- 方法步骤：
  - 将探头连接到其将要使用的示波器通道上。
  - 将探头尖端连接到示波器前面板上的参考信号输出端（通常是一个输出1kHz或更高频率的方波，电压为1Vpp或2.5Vpp或5Vpp，具体电压视示波器型号而定）。
  - 将探头接地夹连接到参考信号输出端旁边的接地参考点。
  - 在示波器屏幕上观察显示的方波波形。
  - 使用探头补偿器（通常是一个塑料小螺丝刀可调节的小孔或旋钮，位于探头连接器或电缆分叉处）调整探头内部的补偿电容。
  - 目标波形： 调节补偿电容，直到屏幕上的方波波形尽可能平顶、直角（边沿陡峭且垂直），既没有过冲或振铃（补偿不足），也没有明显的圆角或塌陷（补偿过度）。一个平坦的顶部和陡峭的上升/下降沿是补偿良好的标志。
- 关键点： 必须为每个通道分别调节其连接的探头！ 不同通道的输入电容可能有微小差异。
物理检查和调整：
- 检查探头电缆： 确保电缆没有破损、扭结或严重弯折，这会改变特性阻抗和电容。
- 检查探头附件： 尖端、接地弹簧、接地夹、钩爪附件应连接牢固、接触良好。氧化、损坏或接触不良的附件会引入额外的阻抗和噪声。
- 检查连接器： 探头连接示波器的BNC（或兼容接口）应插拔顺畅，无松动。探头端的电缆连接也应紧固。
- (仅可调探头或有经验人士)： 部分探头（尤其有源探头）可能有内部调节点，用于精调偏置或增益，但这通常需要特殊工具和知识，非必要不建议用户自行操作。
DC增益/偏移校准（更高级/通常在仪器菜单中）：
- 一些更高端的示波器和探头系统提供软件菜单选项，用于执行更精确的DC增益和偏置校准。这通常需要配合精密参考电压源进行自动或手动校准，以消除通道间的微小增益差异和直流偏移误差。日常使用DC补偿通常已足够。
全参数校准（专业校准机构）：
- 为了确保探头在整个工作带宽内（包括衰减比、频率响应、上升时间等关键参数）完全符合规格书要求，需要定期（如每年）将探头连同示波器一起送到厂家或专业的计量校准机构进行溯源认证。这需要用到精密的网络分析仪、校准信号源等高精度仪器。

总结

DC补偿（方波补偿） 是用户在使用示波器过程中必须掌握和执行的操作，用于补偿探头和示波器输入电容的差异，确保频率响应正确和分压比准确（主要在高频），它直接在示波器参考信号输出上进行。
物理检查与维护 是保持探头良好工作状态的基础。
DC增益/偏移校准和全参数校准通常由专业人员在需要更高精度或定期检定时进行。

养成每次使用探头都检查补偿状态并在必要时进行调节的习惯，是获得准确测量结果的关键第一步。