如何调谐（补偿）x10 示波器探头

对于无源探头，为了最大限度地减少被测设备上的电容负载，大多数探头使用 x10（也称为 10：1）衰减器。这通常可以进行调整或补偿，以改善频率响应。补偿有两种类型：低频 （LF） 和高频 （HF）。有些探头只有 LF 补偿，而另一些探头则同时具有这两种类型。示波器探头在出厂时已经过 HF 补偿，不需要调整，但如果您希望在示波器上使用不同的探头，则可能需要调整其 HF 补偿。

图1

低频补偿

低频补偿 （LFC） 涉及在 kHz 区域中调整 x10 探头的频率响应。LFC 必须在高频补偿 （HFC） 之前进行。

图2

图2显示了典型探头的模型。Cp 是探针尖端本身的杂散电容。R1 是一个串联 9 MΩ 电阻器，用于将电缆和示波器输入端的电容与被测器件隔离。结果是形成一个 10：1 衰减器，示波器 Rscope 的输入阻抗为 1 MΩ。

Ccomp1 是一个可变电容器，构成探头的 LFC 调谐部分。Cp 用于调整 R1 和 Ccomp1 的时间常数与 Cscope、Ccable 和 Rscope 设置的时间常数进行匹配。实际上，我们在直流处有一个电阻分压器，在高频（高于几 100 kHz）时有一个电容分压器。Ccomp1 表示探头顶部靠近衰减开关的微调器。

Ccomp2 和 Rcomp 代表探头的高频补偿 （HFC） 部分。

补偿探头的 LFC 部分的最简单方法是输入一个具有相对较慢边缘的方波，但重要的是，没有过冲。

图 3 显示了当 LFC 正确时波形应该是什么样子。如果值太多，探头的高频 （HF） 增益将高于其低频 （LF） 增益。LFC 太小时，HF 增益将低于 LF 增益。

图3

高频补偿

影响探头高频响应的两个可变因素：电缆阻抗和示波器的输入阻抗。示波器输入通常不是完美的电容，也具有一些串联电感和非线性。

图 4显示了示波器输入中使用的陶瓷片式电容器的典型特性。阻抗在开始随频率再次增加之前会有所下降。这是由于电容器的串联电感。最小阻抗点称为谐振频率，表示电感阻抗和电容阻抗相等的频率。

图4

该图可以深入了解在高频 （VHF） 下，示波器的输入并不像电阻器与电容器并联那么简单，而 PCB 的非线性特性使情况更加复杂。高频示波器的输入阻抗由 1 MΩ 的接地电阻和许多杂散电容和电感组成。它们中的每一个都有自己的串联和并联电感和电容元件，这些元件在 VHF 中通常具有非线性特性，使事情进一步复杂化。

为了补偿非线性，HF 探头倾向于在 BNC 上用一个非常小的电容器和一个串联电阻器来分流示波器的输入。这有助于将任何非线性移动到更高频率的区域，超出探头的预期范围，而不会造成严重的过冲。

Rcomp 和 Ccomp2 代表探头的 HF 调谐分量。该电路通常位于 PCB 上 BNC 连接器处的屏蔽外壳中，以最大限度地减少电缆和噪声拾取的影响。一个典型的探头有两个这样的 RC 网络，每个网络都有自己的可调电阻器。一个控制中频，另一个控制高频。两者都应进行调整，直到获得正确的响应。

要调谐探头的 HFC，必须将具有非常快边沿的方波输入到探头中。波形必须具有快速边沿（上升时间比探头短 3 倍），并且过冲非常少或没有过冲。我们使用过冲小于 3% 且上升时间非常快的信号发生器。此外，还应考虑与脉冲发生器一起使用的 50 Ω 端接器的 VSWR，因为低质量的端接器会导致额外的过冲。

在调谐探头时，应首先观察示波器的脉冲响应，以便将探头响应与直接连接的示波器输入的响应相匹配

轻微的过冲和振铃发生在大约 1 GHz 时。这主要是由于通向第一个放大器的 PCB 走线的杂散电感，以及放大器本身引起一些振铃。

图 5 显示了过度补偿和欠补偿的脉冲响应的外观。目的是使响应尽可能平坦。在调谐探头时，应注意上升时间。

图5

图6显示了一个完美补偿的探头。轻微的驼峰是可取的，因为它为探头和示波器组合提供了比单独的示波器更多的带宽，而不会产生很多过冲。