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)是輸入電容,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,,信號頻率越高,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。
每個示波器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,,最惡劣的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)信號頻率升高時,,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位于探頭尖端內(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。
探頭作為測試的第一環(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)