如何調諧（補償）x10 示波器探頭

對于無源探頭，為了最大限度地減少被測設備上的電容負載，大多數探頭使用 x10（也稱為 10：1）衰減器。這通常可以進行調整或補償，以改善頻率響應。補償有兩種類型：低頻 （LF） 和高頻 （HF）。有些探頭只有 LF 補償，而另一些探頭則同時具有這兩種類型。示波器探頭在出廠時已經過 HF 補償，不需要調整，但如果您希望在示波器上使用不同的探頭，則可能需要調整其 HF 補償。

圖1

低頻補償

低頻補償 （LFC） 涉及在 kHz 區域中調整 x10 探頭的頻率響應。LFC 必須在高頻補償 （HFC） 之前進行。

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 是一個串聯 9 MΩ 電阻器，用于將電纜和示波器輸入端的電容與被測器件隔離。結果是形成一個 10：1 衰減器，示波器 Rscope 的輸入阻抗為 1 MΩ。

Ccomp1 是一個可變電容器，構成探頭的 LFC 調諧部分。Cp 用于調整 R1 和 Ccomp1 的時間常數與 Cscope、Ccable 和 Rscope 設置的時間常數進行匹配。實際上，我們在直流處有一個電阻分壓器，在高頻（高于幾 100 kHz）時有一個電容分壓器。Ccomp1 表示探頭頂部靠近衰減開關的微調器。

Ccomp2 和 Rcomp 代表探頭的高頻補償 （HFC） 部分。

補償探頭的 LFC 部分的最簡單方法是輸入一個具有相對較慢邊緣的方波，但重要的是，沒有過沖。

圖 3 顯示了當 LFC 正確時波形應該是什么樣子。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，HF 增益將低于 LF 增益。

圖3

高頻補償

影響探頭高頻響應的兩個可變因素：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。阻抗在開始隨頻率再次增加之前會有所下降。這是由于電容器的串聯電感。最小阻抗點稱為諧振頻率，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那么簡單，而 PCB 的非線性特性使情況更加復雜。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。它們中的每一個都有自己的串聯和并聯電感和電容元件，這些元件在 VHF 中通常具有非線性特性，使事情進一步復雜化。

為了補償非線性，HF 探頭傾向于在 BNC 上用一個非常小的電容器和一個串聯電阻器來分流示波器的輸入。這有助于將任何非線性移動到更高頻率的區域，超出探頭的預期范圍，而不會造成嚴重的過沖。

Rcomp 和 Ccomp2 代表探頭的 HF 調諧分量。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。一個典型的探頭有兩個這樣的 RC 網絡，每個網絡都有自己的可調電阻器。一個控制中頻，另一個控制高頻。兩者都應進行調整，直到獲得正確的響應。

要調諧探頭的 HFC，必須將具有非常快邊沿的方波輸入到探頭中。波形必須具有快速邊沿（上升時間比探頭短 3 倍），并且過沖非常少或沒有過沖。我們使用過沖小于 3% 且上升時間非常快的信號發生器。此外，還應考慮與脈沖發生器一起使用的 50 Ω 端接器的 VSWR，因為低質量的端接器會導致額外的過沖。

在調諧探頭時，應首先觀察示波器的脈沖響應，以便將探頭響應與直接連接的示波器輸入的響應相匹配

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

圖 5 顯示了過度補償和欠補償的脈沖響應的外觀。目的是使響應盡可能平坦。在調諧探頭時，應注意上升時間。

圖5

圖6顯示了一個完美補償的探頭。輕微的駝峰是可取的，因為它為探頭和示波器組合提供了比單獨的示波器更多的帶寬，而不會產生很多過沖。