了解一下示波器探頭其中的原理

示波器應(yīng)該是我們電子打工人的眼睛了，那么我們經(jīng)常會看到使用的探頭上寫著X10,X100，這個衰減倍數(shù)到底是什么意思呢？如果我們只會按照使用說明去設(shè)置使用，那么我們和維修師傅有什么區(qū)別呢？今天就來了解一下其中的原理，以便在以后工作中更加靈活的使用它

如下是示波器探頭接口的結(jié)構(gòu)，最里面是一個垂直放大器，輸入阻抗趨近無窮大。通常實際示波器上可選輸入電阻為1MΩ（50Ω檔位用于通信高頻信號的阻抗匹配），輸入電容是20pF。

而我們的示波器探頭（以X20）的為例，其前端的探頭如虛線框內(nèi)的RC并聯(lián)結(jié)構(gòu)，阻抗和容抗自動可調(diào)。并且我們的線材是有屏蔽層包裹的，屏蔽層接地與探頭線芯形成大約100pF的等效電容。那么示波器是如何調(diào)整探頭的阻容參數(shù)，使輸入信號進(jìn)入示波器之前可以衰減20dB呢？我們來分析一下

• 對于交流信號： 分析等效電路如上，由電容隔直阻交的特性，可以看成是Cin對地串聯(lián)上探頭線和示波器的電容約120pF,那么由電容阻抗公式，探頭電容Cin與輸入等效電容的比例為1/20；可解出交流信號衰減20dB所需的Cin需調(diào)整為約6.3pF
• 對于直流信號： 分析電路如下，輸入信號呢就是示波器探頭的電阻Rin與示波器內(nèi)部的輸入阻抗分壓，由直流分壓公式，輸入信號Vin要衰減20dB，則Rin取值需調(diào)整為19MΩ

• 校準(zhǔn)可調(diào)RC： 對于電阻Rin,一般使用精密電阻就能實現(xiàn)對直流信號的精準(zhǔn)倍數(shù)衰減。可是電容呢畢竟只是一個估算，想要對交流增益進(jìn)行調(diào)整呢就必須進(jìn)行校準(zhǔn)，我們通?？吹绞静ㄆ魃闲?zhǔn)會有一個1Khz的參考方波校準(zhǔn)口，當(dāng)通過這個參考的方波，波形能夠精準(zhǔn)且不出現(xiàn)失真時（ 相當(dāng)于探頭上的Rin和Cin取得了較為理想的值 ）這就完成了矯正。
• 電路仿真： 那我也搭建電路仿真驗證一下我們設(shè)計的這個X20探頭，看看得到的波形是否達(dá)到我們想要的衰減倍數(shù),參數(shù)按照如上分析的電路設(shè)計，仿真電路示波器內(nèi)部的垂直放大器使用無窮大阻抗的1000G電阻代替，那么輸入IKhz，幅值為正負(fù)200V的方波矯正信號，那么可以看到示波器得到不失真的幅值10V的方波顯示，完全符合我們的計算。
  
  那么我們來也看一下當(dāng)電容參數(shù)偏差下的波形失真情況是什么樣的，把Cin改為3pF，那么看如下仿真波形，很清清楚的看到示波器中輸出的波形已經(jīng)完全失真，這就是探頭上電容調(diào)整不理想的結(jié)果。
  

總結(jié)：今天就分享示波器探頭的基本原理和電路仿真筆記，也是非常簡單的電路分析。希望當(dāng)示波器探頭壞的時候，我們也能自制一個探頭臨時使用，當(dāng)然這個機會不太可能有。