在電子測(cè)量領(lǐng)域，示波器無(wú)源探頭是工程師們不可或缺的得力助手，它能夠精準(zhǔn)測(cè)量電壓信號(hào)的波形、頻率以及幅度等關(guān)鍵參數(shù)，在電子、通信等眾多行業(yè)中廣泛應(yīng)用。然而，看似簡(jiǎn)單的測(cè)量過(guò)程背后，卻隱藏著影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素 —— 探頭自身的寄生電容與電阻。這些特性會(huì)對(duì)被測(cè)電路產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量誤差。因此，掌握示波器無(wú)源探頭的補(bǔ)償調(diào)試技術(shù)，成為了確保測(cè)量精度的關(guān)鍵所在。接下來(lái)，本文將從原理、方法到實(shí)操注意事項(xiàng)，全方位為你解析無(wú)源探頭的補(bǔ)償技術(shù)。?

一、無(wú)源探頭的測(cè)量原理剖析?

無(wú)源探頭采用高阻抗并聯(lián)測(cè)量架構(gòu)，其工作原理是與被測(cè)電路形成分壓網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集。它的核心特性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：?

• 阻容網(wǎng)絡(luò)特性：內(nèi)部是由 10MΩ 電阻與 5 - 50pF 電容并聯(lián)組成的結(jié)構(gòu)，這個(gè)阻容網(wǎng)絡(luò)是探頭實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能的基礎(chǔ)，但也帶來(lái)了后續(xù)需要解決的問(wèn)題。?
• 負(fù)載效應(yīng)機(jī)制：探頭電容的存在會(huì)對(duì)被測(cè)電路的高頻響應(yīng)產(chǎn)生影響，降低其高頻性能。在高頻電路（>100MHz）的測(cè)量中，這種影響尤為顯著。?
• 分壓比設(shè)計(jì)：我們常見(jiàn)的 1:1、10:1、100:1 等不同規(guī)格的探頭，正是通過(guò)對(duì)阻容配比的巧妙設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。?

正是由于這些特性，在未進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下，探頭會(huì)導(dǎo)致波形畸變、幅度衰減等測(cè)量誤差，嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。?

二、三大補(bǔ)償調(diào)試技術(shù)詳解?

1. 開路校準(zhǔn)法（空載補(bǔ)償）?

開路校準(zhǔn)法適用于探頭初始校準(zhǔn)的場(chǎng)景，主要是在空載條件下對(duì)探頭進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，以消除其固有的偏差。具體操作步驟如下：?

1. 首先，將探頭接入示波器校準(zhǔn)端子，一般這個(gè)端子會(huì)輸出 1kHz/3V 的方波信號(hào)。?
2. 接著，在示波器上選擇 “探頭補(bǔ)償” 專用檔位，并把垂直檔位調(diào)至 1V/div。?
3. 此時(shí)，仔細(xì)觀察校準(zhǔn)方波波形，使用無(wú)感螺絲刀調(diào)節(jié)探頭上的補(bǔ)償電容。?
4. 判斷校準(zhǔn)是否成功的標(biāo)準(zhǔn)是：方波上升沿沒(méi)有過(guò)沖現(xiàn)象，頂部也沒(méi)有圓弧畸變。?
5. 短路校準(zhǔn)法（負(fù)載補(bǔ)償）?

短路校準(zhǔn)法主要針對(duì)特定被測(cè)電路進(jìn)行負(fù)載匹配調(diào)整，具體實(shí)操步驟如下：?

• 先將探頭探針與接地夾短路。?
• 然后調(diào)節(jié)垂直位移，使基線準(zhǔn)確對(duì)齊屏幕中心。?
• 切換到被測(cè)電路測(cè)量時(shí)，需要再次觀察方波校準(zhǔn)信號(hào)。?
• 最后，微調(diào)補(bǔ)償電容，直到方波頂部變得平坦，誤差控制在 2% 以內(nèi)。?

3. 頻率響應(yīng)補(bǔ)償（全頻段校準(zhǔn)）?

在寬頻帶測(cè)量場(chǎng)景中，為了實(shí)現(xiàn)精細(xì)化調(diào)整，就需要用到頻率響應(yīng)補(bǔ)償方法。具體策略如下：?

• 分段補(bǔ)償策略：?
• 在低頻段（<1MHz），重點(diǎn)調(diào)整直流偏置的一致性，確保信號(hào)在低頻時(shí)的準(zhǔn)確性。?
• 中頻段（1 - 100MHz），主要優(yōu)化上升沿過(guò)沖量，將其控制在 5% 以內(nèi)，保證信號(hào)在中頻的穩(wěn)定傳輸。?
• 高頻段（>100MHz），通過(guò)掃頻信號(hào)來(lái)校準(zhǔn)幅頻特性，使探頭在高頻下也能準(zhǔn)確測(cè)量。?
• 專業(yè)工具支持：借助網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量探頭的 S21 參數(shù)，確保 20dB 衰減帶寬達(dá)到探頭標(biāo)稱值，從專業(yè)角度保證探頭性能。?

三、工程實(shí)踐核心要點(diǎn)?

1. 補(bǔ)償前的環(huán)境準(zhǔn)備?

在進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)試之前，一些環(huán)境準(zhǔn)備工作必不可少：?

• 要將示波器預(yù)熱至少 15 分鐘，讓電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，這樣才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。?
• 仔細(xì)確認(rèn)校準(zhǔn)源輸出精度，確保方波上升時(shí)間小于 5ns。?
• 檢查探頭接地夾引線長(zhǎng)度，特別是在高頻測(cè)量時(shí)，引線長(zhǎng)度需控制在 1cm 以內(nèi)，避免因引線過(guò)長(zhǎng)影響測(cè)量效果。?

2. 典型異常波形處理?

在補(bǔ)償調(diào)試過(guò)程中，可能會(huì)遇到各種異常波形，下面為你介紹常見(jiàn)異常波形的成因分析與解決方案：?

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3. 定期校準(zhǔn)機(jī)制?

為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，建立定期校準(zhǔn)機(jī)制很有必要：?

• 對(duì)于常規(guī)測(cè)量，建議每 8 小時(shí)校準(zhǔn)一次探頭。?
• 進(jìn)行精密測(cè)量時(shí)，每次換測(cè)不同電路前都要校準(zhǔn)探頭。?
• 當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化，如溫度波動(dòng)超過(guò) 5℃或濕度大于 70% 時(shí)，也需要重新校準(zhǔn)探頭。?

正確實(shí)施無(wú)源探頭補(bǔ)償是獲取可信測(cè)量數(shù)據(jù)的前提。西安普科科技提供全系列探頭補(bǔ)償工具包，其中包含校準(zhǔn)方波源、無(wú)感調(diào)節(jié)螺絲刀等實(shí)用工具。

審核編輯 黃宇