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示波器探头的重要性(四)

2020.9.29
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

由于地夹线比较长,其会形成一个寄生电感Lgnd,随着夹线的增长,这个电感也会增大,而这个回路电感会和示波器探头的输入电容Cin产生谐振。这就导致示波器的幅频特性变得不平坦,导致测量不准确。下图为使用接地夹时的等效电路。

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图9 接地夹线等效电路图

下图为用该等效电路仿真出的频谱特性曲线:

wx_article_20191213161630_gSXpri.jpg

图10 频谱特性曲线

可以看出,在60MHz以上的频率,幅度已经产生了超过3dB的过冲,而到达100M左右时,过冲到最大幅度。所以如果采用地夹,测量超过60MHz的信号就会产生比较大的失真。正确的方式应该是采用接地弹簧。接地弹簧具有非常小的电感,可以大大提升探头的带宽。

wx_article_20191213161630_bR3UgK.jpg

图11 接地弹簧示意图

而且使用弹簧,也会减小接地环路面积,大大较小空间噪声的辐射干扰。

7、补偿电容的调节

对于10×无源探头,其等效模型如下图所示。

wx_article_20191213161630_z6Xs7B.jpg

图12 探头等效电路

其中C1和Cline1是示波器和通讯电缆的寄生电容,是无法去除的。由于R2的原因,势必会产生一个低通滤波器,这就导致探头无法通过高频信号。为了提高探头带宽,探头中会加入C2,来进行补偿。

计算可得该系统的零点:

wx_article_20191213161630_5SG0vx.jpg

系统极点为:

wx_article_20191213161630_n30JvV.jpg

只有使得这两个点重合,才能让探头带宽得以平坦。而示波器的输入电容C1和通讯电缆的电容Cline1都有一定的变化范围,所以必须加入一个可调电容Cadj来进行匹配。实际使用时,需要通过这个可调电容来将探头带宽调节平坦。具体方式是将探头链接到示波器的校准片上,然后通过调节探头补偿装置上的调节器,将方波调节平坦。下图为调节图例。当屏幕上的波形变为方波时,表示探头调节成功。

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图13 探头补偿示意图


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