如何調(diào)諧（補(bǔ)償）x10 示波器探頭

對(duì)于無(wú)源探頭，為了最大限度地減少被測(cè)設(shè)備上的電容負(fù)載，大多數(shù)探頭使用 x10（也稱為 10：1）衰減器。這通常可以進(jìn)行調(diào)整或補(bǔ)償，以改善頻率響應(yīng)。補(bǔ)償有兩種類型：低頻 （LF） 和高頻 （HF）。有些探頭只有 LF 補(bǔ)償，而另一些探頭則同時(shí)具有這兩種類型。示波器探頭在出廠時(shí)已經(jīng)過(guò) HF 補(bǔ)償，不需要調(diào)整，但如果您希望在示波器上使用不同的探頭，則可能需要調(diào)整其 HF 補(bǔ)償。

圖1

低頻補(bǔ)償

低頻補(bǔ)償 （LFC） 涉及在 kHz 區(qū)域中調(diào)整 x10 探頭的頻率響應(yīng)。LFC 必須在高頻補(bǔ)償 （HFC） 之前進(jìn)行。

圖2

圖2顯示了典型探頭的模型。Cp 是探針尖端本身的雜散電容。R1 是一個(gè)串聯(lián) 9 MΩ 電阻器，用于將電纜和示波器輸入端的電容與被測(cè)器件隔離。結(jié)果是形成一個(gè) 10：1 衰減器，示波器 Rscope 的輸入阻抗為 1 MΩ。

Ccomp1 是一個(gè)可變電容器，構(gòu)成探頭的 LFC 調(diào)諧部分。Cp 用于調(diào)整 R1 和 Ccomp1 的時(shí)間常數(shù)與 Cscope、Ccable 和 Rscope 設(shè)置的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行匹配。實(shí)際上，我們?cè)谥绷魈幱幸粋€(gè)電阻分壓器，在高頻（高于幾 100 kHz）時(shí)有一個(gè)電容分壓器。Ccomp1 表示探頭頂部靠近衰減開(kāi)關(guān)的微調(diào)器。

Ccomp2 和 Rcomp 代表探頭的高頻補(bǔ)償 （HFC） 部分。

補(bǔ)償探頭的 LFC 部分的最簡(jiǎn)單方法是輸入一個(gè)具有相對(duì)較慢邊緣的方波，但重要的是，沒(méi)有過(guò)沖。

圖 3 顯示了當(dāng) LFC 正確時(shí)波形應(yīng)該是什么樣子。如果值太多，探頭的高頻 （HF） 增益將高于其低頻 （LF） 增益。LFC 太小時(shí)，HF 增益將低于 LF 增益。

圖3

高頻補(bǔ)償

影響探頭高頻響應(yīng)的兩個(gè)可變因素：電纜阻抗和示波器的輸入阻抗。示波器輸入通常不是完美的電容，也具有一些串聯(lián)電感和非線性。

圖 4顯示了示波器輸入中使用的陶瓷片式電容器的典型特性。阻抗在開(kāi)始隨頻率再次增加之前會(huì)有所下降。這是由于電容器的串聯(lián)電感。最小阻抗點(diǎn)稱為諧振頻率，表示電感阻抗和電容阻抗相等的頻率。

圖4

該圖可以深入了解在高頻 （VHF） 下，示波器的輸入并不像電阻器與電容器并聯(lián)那么簡(jiǎn)單，而 PCB 的非線性特性使情況更加復(fù)雜。高頻示波器的輸入阻抗由 1 MΩ 的接地電阻和許多雜散電容和電感組成。它們中的每一個(gè)都有自己的串聯(lián)和并聯(lián)電感和電容元件，這些元件在 VHF 中通常具有非線性特性，使事情進(jìn)一步復(fù)雜化。

為了補(bǔ)償非線性，HF 探頭傾向于在 BNC 上用一個(gè)非常小的電容器和一個(gè)串聯(lián)電阻器來(lái)分流示波器的輸入。這有助于將任何非線性移動(dòng)到更高頻率的區(qū)域，超出探頭的預(yù)期范圍，而不會(huì)造成嚴(yán)重的過(guò)沖。

Rcomp 和 Ccomp2 代表探頭的 HF 調(diào)諧分量。該電路通常位于 PCB 上 BNC 連接器處的屏蔽外殼中，以最大限度地減少電纜和噪聲拾取的影響。一個(gè)典型的探頭有兩個(gè)這樣的 RC 網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有自己的可調(diào)電阻器。一個(gè)控制中頻，另一個(gè)控制高頻。兩者都應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，直到獲得正確的響應(yīng)。

要調(diào)諧探頭的 HFC，必須將具有非?？爝呇氐姆讲ㄝ斎氲教筋^中。波形必須具有快速邊沿（上升時(shí)間比探頭短 3 倍），并且過(guò)沖非常少或沒(méi)有過(guò)沖。我們使用過(guò)沖小于 3% 且上升時(shí)間非?？斓男盘?hào)發(fā)生器。此外，還應(yīng)考慮與脈沖發(fā)生器一起使用的 50 Ω 端接器的 VSWR，因?yàn)榈唾|(zhì)量的端接器會(huì)導(dǎo)致額外的過(guò)沖。

在調(diào)諧探頭時(shí)，應(yīng)首先觀察示波器的脈沖響應(yīng)，以便將探頭響應(yīng)與直接連接的示波器輸入的響應(yīng)相匹配

輕微的過(guò)沖和振鈴發(fā)生在大約 1 GHz 時(shí)。這主要是由于通向第一個(gè)放大器的 PCB 走線的雜散電感，以及放大器本身引起一些振鈴。

圖 5 顯示了過(guò)度補(bǔ)償和欠補(bǔ)償?shù)拿}沖響應(yīng)的外觀。目的是使響應(yīng)盡可能平坦。在調(diào)諧探頭時(shí)，應(yīng)注意上升時(shí)間。

圖5

圖6顯示了一個(gè)完美補(bǔ)償?shù)奶筋^。輕微的駝峰是可取的，因?yàn)樗鼮樘筋^和示波器組合提供了比單獨(dú)的示波器更多的帶寬，而不會(huì)產(chǎn)生很多過(guò)沖。