示波器探头补偿原理

每个人都知道需要对探头进行校准和补偿，但是许多人可能无法说出为什么这样做是必要的以及根本原因。 我今天将与您分享，希望能帮助您更好地了解示波器探头。 所有这些都是从了解探头补偿原理开始： 

示波器输入电阻

示波器探头无法将电路信号发送到示波器。 乍一看，它似乎是直接连接的。您可以在起床时使用它。但我们使用万用表测量示波器探头两端的电阻，实际上9M Ohms几乎那么大，如下所示：

当我们看示波器时，细心的朋友会发现，示波器的BNC输入接口通常标有1MΩ接地输入电阻。 许多人可能不明白这代表什么。

其实，在使用示波器探头测量电路的时候，由于不希望示波器探头的接入而改变被测电路本身的工作状态，因此示波器探头一定是高阻的，即输入阻抗比较大（兆欧级别）。而示波器是有一定的电压输入范围的，但是不同的测量场合又会有不同的电压，所以示波器探头会有不同的衰减比（1X，10X，100X……）。那么最简单的信号衰减实现就是电阻分压，如下图所示：

图中，R1为示波器探头上的电阻， Rin为示波器的输入电阻。一般 Rin = 1MΩ ，100X下为 R1 = 99 MΩ ，10X下 R1 = 9MΩ ，而1X下理论上应该为 0Ω ，但实际上R1约为几百欧，一般在300欧以内

示波器输入电容

那么按照上面介绍的电阻分压电路是不是示波器就能用了呢？不是的。

大家都知道，实际中，任何电路都不是理想电路，或多或少都有寄生参数。示波器与示波器探头的接口也不例外。由于示波器接口需要同时将信号与GND连接到示波器探头上（如下图所示，一般外圈的金属是GND，可以起到与外部屏蔽的作用，内部的金属为输入信号），因此，输入的信号和GND之间就形成了电容。无论怎样改进示波器接口的设计，都无法消除示波器的输入电容的寄生参数。

一般示波器的输入电容典型值为15pF，14pF，12pF的都有，图中所示为14pF。

有R又有C，这不就是RC低通滤波器吗？

我们算下这个RC电路的截止频率。考虑10X的档位，R1 = 9MΩ，Rin = 1MΩ，Cin = 14pF ， 截止频率为

这样，所有高于12.64kHz的信号都会衰减到看不见的程度。 那么如何解决这个问题呢？ 降低Cin是不可能的。 物理限制决定了Cin必须存在，而14pF本身已经是一个相对较小的电容值。 减少R1和Rin？ 电阻太小将不可避免地影响被测电路。 似乎没有其他办法。 但是毕竟，有聪明的人可以找到解决方案：补偿电容

只要满足

就能使得在比较高的频率下，仍然能够按照正确的10：1的衰减比进行信号的传输而不发生信号的畸变。

但是又出现了一个新问题。 不同的示波器具有不同的Cin。 即使模型相同，由于制造参数的不一致，不同的示波器也可能不会始终使用同一探头来满足上述比例关系。 不必为每个示波器制造专用的探头吗？ 如何解决通用性问题？ 很简单，添加另一个可变电容器。 如图中Cp所示。

这样一来只需要去调节探头上的可变电容的大小，并从示波器上看波形畸变情况，就可以解决这个问题。

示波器一般都会输出一个1KHz，5V（或以下）的方波信号，该信号用作探头补偿校准。该信号常用一个方波符号加一个接地符号标示。我们可以将这个信号作为信号源。启动示波器，按下图所示，把探头的BNC接至通道1，另一端接到方波信号输出端口。

当出现以下两种情况时，说明探头补偿不正确，需要使用“调节棒”对探头上的补偿电容进行调节。

用调节棒拧动探头螺丝孔内的螺丝，调节补偿电容，以得到正确波形。

也有的探头将其设置在探测头一端，如下图：

所以，当示波器更换新探头或探头长时间未使用时，我们应该对探头进行补偿校准。