示波器探头补偿原理

2020-10-05 14:26:17 冯必正 193

Micsig 2019-11-25

文章来源：Micsig 官网微信公众号

探头要做校准补偿大家也许都知道，但是为什么要做，底层原因是什么，也许很多人就说不上来了，今天就和大家分享一下，希望可以帮助大家更好的理解示波器探头。这一切，要从了解探头的补偿原理开始：

示波器输入电阻

示波器探头无法将电路信号送入示波器，咋一想，似乎直接连起来就能用了吧。

但是我们使用万用表测量示波器探头两端的电阻，居然有将近9M欧姆这么多，如下图所示:

万用表测量探头X10档两端电阻

而我们来看示波器，细心的朋友们会发现在示波器的BNC输入接口旁边一般都标记有1MΩ的对地输入电阻参数。很多人可能不理解这个是代表了什么。

STO1104C示波器BNC输入接口

其实，在使用示波器探头测量电路的时候，由于不希望示波器探头的接入而改变被测电路本身的工作状态，因此示波器探头一定是高阻的，即输入阻抗比较大（兆欧级别）。而示波器是有一定的电压输入范围的，但是不同的测量场合又会有不同的电压，所以示波器探头会有不同的衰减比（1X，10X，100X……）。那么最简单的信号衰减实现就是电阻分压，如下图所示：

图中，R1为示波器探头上的电阻， Rin为示波器的输入电阻。一般 Rin = 1MΩ ，100X下为 R1 = 99 MΩ ，10X下 R1 = 9MΩ ，而1X下理论上应该为 0Ω ，但实际上R1约为几百欧，一般在300欧以内

万用表测量探头X1档两端电阻

示波器输入电容
那么按照上面介绍的电阻分压电路是不是示波器就能用了呢？不是的。
大家都知道，实际中，任何电路都不是理想电路，或多或少都有寄生参数。示波器与示波器探头的接口也不例外。由于示波器接口需要同时将信号与GND连接到示波器探头上（如下图所示，一般外圈的金属是GND，可以起到与外部屏蔽的作用，内部的金属为输入信号），因此，输入的信号和GND之间就形成了电容。无论怎样改进示波器接口的设计，都无法消除示波器的输入电容的寄生参数。

一般示波器的输入电容典型值为15pF，14pF，12pF的都有，图中所示为14pF。

有R又有C，这不就是RC低通滤波器吗？

我们算下这个RC电路的截止频率。考虑10X的档位，R1 = 9MΩ，Rin = 1MΩ，Cin = 14pF ，截止频率为

这样一来，凡是高于12.64kHz的信号都被衰减到不能看了。那么如何解决这个问题？减小Cin ，不可能，物理的限制就决定了 Cin 必然存在，而且14pF本身已经是一个相当小的容值了；减小 R1和 Rin过小的电阻必然会对测量的电路造成影响。似乎没有其他的办法了。但总归是有聪明人能够找到解决办法：补偿电容

这样一来只需要去调节探头上的可变电容的大小，并从示波器上看波形畸变情况，就可以解决这个问题。示波器一般都会输出一个1KHz，5V（或以下）的方波信号，该信号用作探头补偿校准。该信号常用一个方波符号加一个接地符号标示。我们可以将这个信号作为信号源。启动示波器，按下图所示，把探头的BNC接至通道1，另一端接到方波信号输出端口。