在電子測(cè)量行業(yè)中，泰克示波器憑借其高精度和可靠性被廣泛使用。示波器探頭中的偏置功能雖然看似簡(jiǎn)單，卻在測(cè)量過(guò)程中發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用，對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性有著深刻影響。

一、偏置的基本概念

從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，偏置是指在原始信號(hào)上疊加一個(gè)直流電壓值。其核心作用是調(diào)整信號(hào)在示波器顯示屏上的垂直位置，確保信號(hào)能夠完整且清晰地顯示在屏幕上，便于觀察和精確測(cè)量。以常見的高壓差分探頭THDP0100/0200 和 TMDP0200 為例，不同序列號(hào)的探頭在偏置零位調(diào)節(jié)上存在一定差異。序列號(hào)為 C199999 及以下的探頭，僅能進(jìn)行偏置零位調(diào)節(jié)；序列號(hào)為 C020000 及以上的探頭，在不撕掉背后標(biāo)簽時(shí)也只能進(jìn)行偏置零位調(diào)節(jié)，并且每個(gè)衰減范圍的調(diào)節(jié)相互獨(dú)立，不會(huì)相互干擾。

二、偏置的重要作用

1.優(yōu)化信號(hào)顯示

當(dāng)測(cè)量含有較大直流分量的信號(hào)時(shí)，若不進(jìn)行偏置調(diào)整，信號(hào)可能會(huì)超出示波器屏幕的顯示范圍，導(dǎo)致關(guān)鍵信息無(wú)法被觀測(cè)。例如，在測(cè)量電源軌上的噪聲和紋波時(shí)，由于示波器自身偏置能力有限，難以將信號(hào)位移到屏幕中心，此時(shí)泰克示波器探頭設(shè)計(jì)提供的偏置功能，如±60V 偏置范圍的探頭，就能有效解決這一問(wèn)題，使信號(hào)完整地呈現(xiàn)在屏幕上，便于對(duì)信號(hào)細(xì)節(jié)進(jìn)行分析。

2.避免放大器飽和

合理設(shè)置偏置可防止信號(hào)在進(jìn)入示波器放大器時(shí)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，從而確保信號(hào)的完整性。在高速數(shù)字信號(hào)測(cè)量中，主動(dòng)探針的偏置調(diào)節(jié)通過(guò)硬件級(jí)直流分量抵消技術(shù)，在信號(hào)進(jìn)入放大鏈路前消除共模電壓干擾，避免放大器飽和，保障了寬幅偏置調(diào)節(jié)范圍，使示波器能夠捕捉到真實(shí)的波形特征。

三、偏置的設(shè)置方法

1.通用設(shè)置步驟

連接與設(shè)置： 將示波器耦合設(shè)置為GND，利用垂直位置控制在示波器顯示屏上設(shè)定零參考電平。之后，把示波器耦合設(shè)置改為直流，并選擇合適的電壓量程，如 5V/div。

連接探頭： 將探頭連接到被測(cè)電路上。

調(diào)整偏置： 仔細(xì)調(diào)整探頭偏移量，使示波器上顯示的信號(hào)跡線達(dá)到預(yù)先設(shè)定的零點(diǎn)基準(zhǔn)。

量程與微調(diào)： 根據(jù)實(shí)際測(cè)量需求，將伏特/ 除法設(shè)置更改為所需范圍，再次微調(diào)偏移量，確保跡線始終保持在零參考電平。例如，泰克低壓?jiǎn)味颂筋^ P6245 的偏移量可調(diào)，通過(guò)上述步驟可在探頭線性范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳性能。若使用的示波器支持 TEKPROBE 接口，探頭偏移由示波器控制;若不支持，可使用可選的 Tektronix1103 探頭電源上的偏移控制。

2.特定探頭設(shè)置示例

對(duì)于THDP0100/0200 等高壓差分探頭，設(shè)置步驟如下：

首先，將示波器偏置設(shè)置為0 伏，并把探頭輸入與鉤式端部相連。

接著，按住探頭上的BANDWIDTH LIMIT（帶寬限制）和 RANGE（范圍）按鈕，直至探頭上的 OVERRANGE（超范圍）LED 開始閃爍，此時(shí)釋放按鈕，OVERRANGE LED 持續(xù)閃爍，表明數(shù)字控制的偏置零位調(diào)節(jié)已啟用。

然后，借助探頭的BANDWIDTH LIMIT 和 RANGE 按鈕，根據(jù)示波器顯示，將探頭偏差電壓盡可能調(diào)節(jié)至接近 0V（BANDWIDTH LIMIT 按鈕降低偏置電壓，RANGE 按鈕增加偏置電壓）。

最后，按探頭上的AUDIBLE OVERRANGE（音頻超范圍）按鈕存儲(chǔ)調(diào)節(jié)后的偏置數(shù)值，此時(shí) OVERRANGE LED 停止閃爍，意味著偏置調(diào)節(jié)完成并禁用。選擇其他衰減范圍時(shí)，需重復(fù)上述步驟，以確保每個(gè)范圍的偏置都能準(zhǔn)確設(shè)置。

四、偏置設(shè)置的注意事項(xiàng)

1.避免超出范圍

不同型號(hào)的泰克示波器探頭，其偏置范圍有所不同。例如P6245 探頭的偏置范圍為 10 伏，線性工作范圍為 8V。在設(shè)置偏置時(shí)，務(wù)必確保所設(shè)置的偏置電壓不超出探頭規(guī)定的范圍，否則可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至損壞探頭。

2.定期校準(zhǔn)

為保證測(cè)量精度，需定期對(duì)探頭進(jìn)行校準(zhǔn)，尤其是偏置相關(guān)的校準(zhǔn)。部分泰克探頭，如支持TekVPI 的 TCP0030，內(nèi)置了自動(dòng)消磁 / 自動(dòng)清零程序，用戶作時(shí)只需在探頭 comp 盒上按一個(gè)按鈕即可完成校準(zhǔn);而對(duì)于大多數(shù)探頭，需要按照特定的校準(zhǔn)流程進(jìn)行作，以消除因長(zhǎng)期使用或環(huán)境因素導(dǎo)致的偏置誤差。

3.結(jié)合信號(hào)特性

測(cè)量不同特性的信號(hào)時(shí)，要充分考慮信號(hào)的幅度、頻率以及直流分量等因素，合理設(shè)置偏置。例如，測(cè)量高頻小信號(hào)時(shí)，探頭電容可能對(duì)信號(hào)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致直流電平偏移，此時(shí)更需謹(jǐn)慎設(shè)置偏置，并結(jié)合示波器的其他參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

泰克示波器探頭中的偏置功能是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量的關(guān)鍵因素之一。深入理解偏置的概念、作用、設(shè)置方法及注意事項(xiàng)，能夠幫助工程師和技術(shù)人員在電子測(cè)量工作中更好地發(fā)揮示波器的性能，獲取準(zhǔn)確可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)，為電子設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和維護(hù)提供有力支持。

審核編輯 黃宇