示波器探頭衰減倍率的校準(zhǔn)方法

　　示波器探頭是示波器測(cè)量過(guò)程中的重要部件。選擇一個(gè)功能適當(dāng)且性能良好的探頭，對(duì)傳輸波形的真實(shí)與可靠起到至關(guān)重要的作用。從功能上講，探頭可分為電壓探頭和電流探頭;從電路原理上講，又可分為無(wú)源探頭和有源探頭。根據(jù)阻抗的高低，無(wú)源探頭又可分為高阻抗和低阻抗兩種類型。高阻抗無(wú)源探頭具有輸入阻抗高、測(cè)量成本低、測(cè)量電壓范圍大等優(yōu)點(diǎn);但在測(cè)量高頻信號(hào)時(shí)，由于自身阻抗較高，受寄生電容影響較大，因此只適用于測(cè)量 600MHz 以下信號(hào);低阻抗無(wú)源探頭可以提高測(cè)量頻帶寬度，主要應(yīng)用在頻帶寬度較寬的場(chǎng)合，但由于低阻抗特性，當(dāng)并聯(lián)到電路時(shí)會(huì)對(duì)被測(cè)信號(hào)產(chǎn)生影響。有源探頭的前端有一個(gè)阻抗較高的高帶寬放大器，在保持高帶寬的同時(shí)，也確保了高阻抗。有源探頭具有昂貴的造價(jià)、輸入電壓范圍有限等缺點(diǎn)，導(dǎo)致使用范圍僅適用于部分被測(cè)信號(hào)頻帶范圍較寬的場(chǎng)合。

　　下面PRBTEK普科科技以通用性較高的高阻無(wú)源探頭為例，介紹探頭的校準(zhǔn)方法。

　　1 、示波器探頭電路原理與主要校準(zhǔn)指標(biāo)

　　以 10 : 1的高阻無(wú)源探頭為例，原理如圖所示：

　　從上圖可知，探頭電阻與示波器電阻的比例為9:1，探頭電阻起到分壓作用，將原本加載在示波器上的電壓分擔(dān)了 9/10，最終示波器僅得到輸入電壓的 1/10，以達(dá)到電壓衰減效果。探頭中的電容(C1和 C2)是影響頻響的關(guān)鍵部件。在測(cè)量電路時(shí)，探頭上的電容使得整個(gè)輸入端的電容(C1、C2和 C3)增大，從而加大了整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的上升時(shí)間。由于帶寬和上升時(shí)間成倒數(shù)關(guān)系，故上升時(shí)間的加大使帶寬變窄。通過(guò)分析無(wú)源探頭的電路原理，可以發(fā)現(xiàn)判別探頭的好壞，共存在三個(gè)關(guān)鍵的校準(zhǔn)指標(biāo)，分別為衰減倍率、上升時(shí)間、頻帶寬度。

　　下面PRBTEK普科科技介紹三種示波器探頭衰減倍率的校準(zhǔn)方法。

　　方法一：基于示波器的校準(zhǔn);

　　所需儀器：數(shù)字示波器、標(biāo)準(zhǔn)直流信號(hào)源

　　操作步驟：

　　1)信號(hào)源的輸出端與探頭的輸入端相連，探頭的輸出端與示波器的輸入端相連。

　　2)示波器的輸入阻抗調(diào)至 1 MΩ，信號(hào)源輸出阻抗調(diào)至 1 MΩ，達(dá)到阻抗匹配效果。

　　3)設(shè)置信號(hào)源輸出直流電壓u1，將示波器平均圖 1 高阻無(wú)源探頭原理框圖國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)CN31-1424/TB2014/3 總第241期采樣次數(shù)調(diào)節(jié)為 16 次。讀取示波器電壓顯示值u2。直流衰減倍率的計(jì)算公式為u1 / u2。這里要注意，示波器能直接辨認(rèn)某些探頭，會(huì)將衰減倍率直接修正，此時(shí)計(jì)算公式應(yīng)為u1*(倍率)/ u2。

　　方法二：基于數(shù)字多用表電壓功能的校準(zhǔn)

　　所需儀器：精度較高的數(shù)字多用表、直流信號(hào)源、1 MΩ 電阻

　　操作步驟：

　　1)信號(hào)源的輸出端與探頭的輸入端相連。數(shù)字多用表一般輸入阻抗為 10 MΩ，較高。使用高阻無(wú)源探頭時(shí)，為達(dá)到阻抗匹配，需要在數(shù)字多用表的輸入端接上 1 MΩ 的電阻，再與探頭的輸出端相連，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

　　2)將數(shù)字多用表調(diào)至測(cè)量直流電壓檔位。

　　3)信號(hào)源輸出直流電壓u1，數(shù)字多用表測(cè)得直流電壓u2，直流衰減倍率為u1 / u2。

　　方法三：基于數(shù)字多用表電阻功能的校準(zhǔn)

　　所需儀器：精度較高的數(shù)字多用表、數(shù)字示波器

　　由于探頭的倍率功能是通過(guò)探頭內(nèi)的阻抗與示波器的阻抗進(jìn)行分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此可將測(cè)電壓的比值換為直接測(cè)電阻的比值來(lái)得到探頭的衰減比。

　　操作步驟：

　　1)示波器的輸入端與探頭的輸出端相連，探頭的輸入端與數(shù)字多用表的輸出端相連。

　　2)示波器的輸入阻抗調(diào)至1 MΩ。

　　3)數(shù)字多用表調(diào)至測(cè)量電阻檔位，測(cè)得示波器加探頭的系統(tǒng)輸入阻抗為R1。

　　4)將探頭從示波器上取下，探頭的輸出端用導(dǎo)線短接。

　　5)重復(fù)步驟 3)，測(cè)得探頭的阻值為R2。

　　6)衰減倍率為R1 /(R1 - R2)。

　　三種方法的特點(diǎn)：

　　在前兩種方法中，需要特別注意的是，測(cè)量時(shí)盡量選擇數(shù)值較大的電壓點(diǎn)。這是因?yàn)楦咦锜o(wú)源探頭具有分壓作用，當(dāng)信號(hào)通過(guò)探頭到達(dá)示波器時(shí)信號(hào)將被衰減，而系統(tǒng)中的雜波不會(huì)被衰減，因此會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生較大干擾，從而產(chǎn)生較大的計(jì)量誤差。

　　用前兩種方法都能準(zhǔn)確測(cè)得探頭的衰減倍率，但各有優(yōu)缺點(diǎn)：

　　1)采用數(shù)字示波器校準(zhǔn)，雖然連接比較簡(jiǎn)便，但對(duì)示波器的要求較高，由于探頭的準(zhǔn)確度一般約為 3%，根據(jù)溯源規(guī)定，系統(tǒng)測(cè)量不確定必須不大于被檢最大允許誤差的 1/3，所以要求示波器的電壓準(zhǔn)確度要優(yōu)于 1%，否則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。

　　2)采用數(shù)字多用表電壓功能校準(zhǔn)，由于具有較高精度，因此測(cè)量結(jié)果的不確定度較小，但為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，需要額外連接阻值為1 MΩ 的電阻。

　　普科科技PRBTEK為您普及選擇探頭的重要性以及示波器探頭衰減倍率的校準(zhǔn)方法，如您在使用探頭中有什么問(wèn)題，歡迎訪問(wèn)普科科技PRBTEK官網(wǎng)www.jmcsled.cn