示波器的探头补偿原理

yuktech · 发表于 2019-11-22 15:29:11

大家都知道示波器的探头是要补偿校准的，不过能说出原理的应该不多吧。今天和大家分享下，这一切，要从了解探头的补偿原理开始：

示波器输入电阻
示波器探头无法将电路信号送入示波器，咋一想，似乎直接连起来就能用了吧。
但是我们使用万用表测量示波器探头两端的电阻，居然有将近9M欧姆这么多，如下图所示:

而我们来看示波器，细心的朋友们会发现在示波器的BNC输入接口旁边一般都标记有1MΩ的对地输入电阻参数。很多人可能不理解这个是代表了什么。

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

这样一来，凡是高于12.64kHz的信号都被衰减到不能看了。那么如何解决这个问题？减小Cin ，不可能，物理的限制就决定了 Cin 必然存在，而且14pF本身已经是一个相当小的容值了；减小 R1和 Rin？过小的电阻必然会对测量的电路造成影响。似乎没有其他的办法了。但总归是有聪明人能够找到解决办法：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。
但是新的问题又来了，不同的示波器 Cin不一样，即便型号一样，但是由于制造的参数不一致问题可能不同的示波器用同一个探头就不一定都能满足上面的比例关系。那岂不是要针对每一个示波器都要去单独制造特定的探头呢？怎么解决通用性问题呢？很简单，再增加一个可变电容。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。

huke08@126.com · 发表于 2019-11-22 15:51:57

不错，以前没关注过

dsp56789 · 发表于 2019-11-22 15:54:19

谢谢分享

newselect · 发表于 2019-11-22 16:20:54

不错, 学到东西了

ourAVR_m16 · 发表于 2019-11-22 16:22:30

不错，说得比较到位，以前都是知道要调整而已，对基本原理确实没有研究

gongxd · 发表于 2019-11-22 16:23:04

谢谢分享

wye11083 · 发表于 2019-11-22 16:25:44

我晕，我还以为固纬太tm垃圾，方波都测不好。。。

DCJ · 发表于 2019-11-22 16:27:57

多谢分享，又学到东西了。

lyl2022 · 发表于 2019-11-22 16:32:23

多谢分享，涨知识了

Mercurzy · 发表于 2019-11-22 16:37:00

泰克官网可以下到一个很全面的讲探头的文档。名字叫示波器探头ABC

hell-prototypes · 发表于 2019-11-22 16:37:04

多谢分享，收藏

wzavr · 发表于 2019-11-22 16:37:28

以前知道一点，没深入，谢谢lz分享

ninan · 发表于 2019-11-22 16:38:09

赞赞赞

gui401 · 发表于 2019-11-22 16:40:55

写得很详细，谢谢

scar · 发表于 2019-11-22 17:09:34

对原理解释得比较到位，以前只知道探头有衰减和补偿，很有启发

ltby00 · 发表于 2019-11-22 17:16:58

谢谢分享！学习下！！！

llz · 发表于 2019-11-22 17:44:49

我只是个搬运工！

zlutian · 发表于 2019-11-22 17:56:44

谢谢分享,写得很有条理。

brother_yan · 发表于 2019-11-22 18:08:04

这个电路叫脉冲分压器

dexidz · 发表于 2019-11-22 18:35:47

看见公式了！说明是高人

huangqi412 · 发表于 2019-11-22 20:35:10

你们难道新买示波器没有配送小螺丝刀调这个么

kxb · 发表于 2019-11-22 21:04:15

谢谢分享！学习下！！！

JY-MCU · 发表于 2019-11-22 21:24:37

huangqi412 发表于 2019-11-22 20:35
你们难道新买示波器没有配送小螺丝刀调这个么

而且这个螺丝刀是无感的

596142041 · 发表于 2019-11-22 22:01:15

多谢分享,长知识了

kukudi · 发表于 2019-11-23 08:37:31

有收获，感谢楼主。

moneykong · 发表于 2019-11-23 09:00:36

谢谢分享，一直没留意，现在才有概念。

minier · 发表于 2019-11-23 09:03:31

信号与系统知识

liuxiangyub · 发表于 2019-11-23 09:03:39

不错。说的详细，原理和操作都有。
谢谢。

wuyya · 发表于 2019-11-23 09:56:33

学习了，以前虽然知道要调节探头，但是不明其理，稀里糊涂，现在脑瓜子清楚了很多。
感谢！！！

ayumi8 · 发表于 2019-11-23 10:03:37

感谢分享！学习了原来如此之前知道有补偿不同探头不能直接替代现在有更多的了解了

hailing · 发表于 2019-11-23 12:05:22

谢谢分享，通俗易懂。

wudicgi · 发表于 2019-11-23 12:34:45

wye11083 发表于 2019-11-22 16:25
我晕，我还以为固纬太tm垃圾，方波都测不好。。。

最容易测好的波应该是正弦波吧，方波的谐波很丰富啊，要波形完美得采样率很高

boy1986 · 发表于 2019-11-23 12:49:43

写的好，难得一学

vipqaz · 发表于 2019-11-23 12:49:44

谢谢分享，长姿势了

wye11083 · 发表于 2019-11-23 14:41:40

wudicgi 发表于 2019-11-23 12:34
最容易测好的波应该是正弦波吧，方波的谐波很丰富啊，要波形完美得采样率很高
...

前面LZ都讲过了，补偿的问题，你有没有认真看？

手边这台固纬采方波X1正常，X10不正常。

szy19811114 · 发表于 2019-11-23 15:56:12

讲的通俗易懂，谢谢楼主！

cnxh · 发表于 2019-11-23 15:56:45

原来表笔上的可调的这个螺丝时这样用的,一般应用,从来没用过

newlife2lyf · 发表于 2019-11-23 16:15:28

谢谢分享,非常详尽!

Leo-w · 发表于 2019-11-23 16:20:25

大神啊，写得也非常好，一目了然。在此谢过！

szxszx · 发表于 2019-11-23 17:12:16

学习了，谢谢

4317mjh · 发表于 2019-11-23 17:37:12

本帖最后由 4317mjh 于 2019-11-23 23:22 编辑

帖子讲得非常好，图文并茂。之前就试过，把探头剪掉，然后用杜邦线连接电路上的测试点，不想老用接地环。谁知，增益不对，后来把探头拆了，一个一个元件地检查，发现还需要在9M电阻上并联一个电容。

wudicgi · 发表于 2019-11-23 17:55:23

wye11083 发表于 2019-11-23 14:41
前面LZ都讲过了，补偿的问题，你有没有认真看？

手边这台固纬采方波X1正常，X10不正常。 ...

文章我看了，但“方波都测不好”的意思不是认为方波是最好测的吗？

Halley · 发表于 2019-11-23 18:05:56

多谢分享，涨知识了

TIANYJ · 发表于 2019-11-23 18:36:57

谢谢分享,涨知识了。

ziiiro · 发表于 2019-11-23 19:17:47

涨知识了谢谢

hongguan · 发表于 2019-11-23 19:32:13

我以前只知道要调节探头补偿,原理不是很清楚.

NJ8888 · 发表于 2019-11-23 20:25:51

我还以为各电工在大学都听老师解释过

greenflyqqq · 发表于 2019-11-23 21:18:10

很好的知识，谢谢分享！

ardon · 发表于 2019-11-23 23:16:30

多谢分享，涨知识了

lcl · 发表于 2019-11-23 23:28:44

多谢分享，收藏

rube · 发表于 2019-11-24 09:54:35

谢谢分享

zwei99999999 · 发表于 2019-11-24 10:44:05

谢谢LZ分享，长姿势了

wuhuijiang · 发表于 2020-1-12 22:14:06

下载了，谢谢哦……。

qq14140231 · 发表于 2020-1-13 08:53:54

谢谢分享

吃井不忘挖水人 · 发表于 2020-1-13 09:12:32

谢谢分享

鲜衣怒马 · 发表于 2020-1-13 09:19:55

感谢分享，以前只知道调一下，不知道原理

等待戈多 · 发表于 2020-1-13 09:31:39

谢谢分享

honeybear · 发表于 2020-1-13 09:44:02

感谢分享，学习到了原理

sml009 · 发表于 2020-1-13 09:47:54

感谢分享，非常实用

jdw924 · 发表于 2020-1-13 10:33:18

不错，涨知识了。示波器探头补偿原理。

kevin_me · 发表于 2020-1-13 10:50:13

涨知识了。以前只晓得可以调节补偿，但是原理不懂。

示波器的探头补偿原理

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