示波器探頭輸入電容對于高頻測試的影響

為什么經(jīng)驗老道的工程師都要在測試前調(diào)整一下探頭的檔位呢？不同檔位除了輸入阻抗、帶寬、上升時間等不同之外，還有個很重要的參數(shù)是輸入 ，它對于被測信號究竟有多大的影響？

探頭的輸入電容對于高頻信號有很大的影響， 越高，影響也就越大，具體有何影響呢？

一、探頭負(fù)載效應(yīng)

簡單來說，探頭的負(fù)載效應(yīng)就是在用探頭測電路中的其中兩點的波形時，在兩個測試點中接入了一個負(fù)載，而這個負(fù)載的大小，會直接影響電路的狀態(tài)，造成測量結(jié)果的不正確性。

每個探頭都有其輸入阻抗，這個阻抗是特性阻抗，不僅僅是電阻，還包含了電容和電感等。由于探頭引入的額外負(fù)載，所以探頭接入被測電路后，會從信號中汲取能量，實際上就會影響被測電路，后果就是電路本來是正常工作的，引入示波器探頭后卻不正常了，此時容易得出與事實相反的結(jié)論。因此我們在進(jìn)行分析測量時必須考慮到探頭的負(fù)載特性及測試電路的阻抗匹配。

探頭在×1檔位時，信號直接進(jìn)入示波器，這類探頭在測試點處將其自身的電容（包括電纜的電容）與示波器的輸入阻抗連在了一起，這就是探頭的負(fù)載效應(yīng)。

圖1 x1檔結(jié)構(gòu)模型

當(dāng)信號升高時，探頭的容性負(fù)載效應(yīng)就變得更加顯著。x1檔位輸入電容通常為55±10pF，此時等同于在被測電路上加了一個低阻抗負(fù)載，在輸入電容為50pF時，若測試10MHz的信號，根據(jù)容抗計算公式：Xc(Cp) = 1/（2×π×f×C），此時容抗約為318Ω，且x1檔時帶寬較低，測試出的結(jié)果是不準(zhǔn)確的。

二、調(diào)整探頭檔位的原因

下圖是無源電壓探頭x10檔的原理圖，其中，Rp (9 MΩ)和C1位于探頭內(nèi)，調(diào)節(jié)補償電容C3使得探頭和示波器通道RC乘積相匹配，這樣就能保證顯示出來的波形正常，不會出現(xiàn)過補償或欠補償狀況。

圖2 x10檔結(jié)構(gòu)模型

此時示波器輸入信號衰減為被測入信號的1/10。對于較高頻率的輸入信號,容抗對于信號的影響會大于阻抗。例如，探頭在x10檔時，輸入阻抗為10MΩ，輸入電容10pF，輸入信號的頻率為100MHz，此時，探頭輸入容抗為Xc(Cp) = 1/（2×π×f×C）=159Ω，此時容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于探頭阻抗，信號電流更多的會通過輸入電容提供的低阻回路，而高阻回路等效為旁路。

探頭作為測試的一環(huán)節(jié)，能否將信號高保真的傳輸至示波器是能否準(zhǔn)確測試分析的重點，所以，在測試較高頻率信號時，需注意探頭的帶寬和輸入電容是否合適，下表為ZDS2000系列示波器標(biāo)配探頭參數(shù)。

表1 ZP1025S探頭參數(shù)

公司目前致力于示波器測試附件配件研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，涵蓋產(chǎn)品包含電流探頭、差分探頭、高壓探頭、無源探頭、電源紋波探頭、柔性電流探頭、近場探頭、邏輯探頭、功率探頭和光探頭等。