示波器用戶通常使用 X10 示波器探頭來增加可用帶寬并減少被測電路的負載。

在大多數示波器探頭上，都有一個調整來補償探頭，以改善其頻率響應。大多數示波器用戶都熟悉補償探頭，但其背后的一些原因和電路可能并不總是一目了然。

通常很容易忘記補償探頭，這可能導致信號的幅度錯誤，或者由于探頭的頻率響應不正確而失真。對探頭進行補償可以進行可靠、準確的測量。

基本示波器探頭補償

當使用包含衰減器（即 X10、X100 或其他值）的電壓型探頭時，需要對示波器探頭進行頻率補償。X1 探頭不需要示波器探頭補償。

對于許多探頭，只有一個調整，只需將探頭連接到示波器中的方波發生器，然后根據所需的響應（方波）調整補償微調器即可輕松補償。

X10示波器探頭的補償調整波形。

可以看出，調整非常明顯，并且快速且易于進行。每次將探頭從一個輸入移動到另一個輸入，或從一個示波器移動到另一個示波器時，都應執行此操作。不時檢查它并沒有什么壞處，即使它保持在同一輸入上。與大多數實驗室一樣，東西會被借用，并且可能會歸還不同的探針，等等。.

示波器探頭補償：基本理論

X10示波器探頭的目的是將被測電路的阻抗增加10倍。為此，在探頭頂端放置一個9 MΩ電阻，與示波器內部1MΩ形成一個10：1的電位分壓器（假設使用高阻抗輸入，因為某些示波器還具有用于RF測量的50Ω輸入）。

除了 1MΩ 之外，示波器還具有與此并聯的電容水平。它可能在 15 到 30pF 左右，通常由輸入連接器在示波器本身上引用。

如果探頭不能適應這一點，那么探頭的帶寬將非常低。內部電容將與 9MΩ 電阻器配合使用，形成一個低通濾波器。

為了克服這個問題，在9MΩ電阻兩端放置一個電容，以形成一個容性分壓器。當兩個分量具有相同的分度比時，探頭的響應將是平坦的。

帶等效電路的示波器探頭電路

帶補償的基本探頭的電路如上圖所示，下圖為電路。應該強調的是，這是一個一階表示，因為電容、電阻和電感存在許多小的雜散電平。

為了使電路提供平坦的響應，電阻和電容的潛在發熱效應必須相同。

為此，以下等式必須成立：

請注意，Ct位于等式的頂部，9MΩ 位于底部。這種“反轉”是因為容抗等于 1 / 2 π f C，即它與電容成反比。

作為輸入電容的值，C在從一種類型的示波器到另一種類型的示波器各不相同，并且從一種示波器到另一種相同類型的示波器存在細微的變化，因此有必要在稱為補償的過程中調整平衡。

要實現示波器探頭補償，請 Ct在探針的尖端，或 Cp 是可變的。在某些示波器探頭上，補償調節器位于尖端，而其他示波器則位于與示波器配合的連接器旁的小盒子中。

同樣令人驚訝的是，開始需要補償的頻率。當尖端有一個9MΩ電阻時，在非常低的頻率下開始注意到25pF左右的電容。

在10 kHz時，僅15pF的電抗為1MΩ，因此可以看出，即使在非常低的頻率下，示波器探頭的補償也非常重要。

示波器探頭補償的類型

上述基本補償是用于大多數標準示波器探頭的補償。但更高級的探頭可以有兩種類型的補償，以確保它們在盡可能寬的帶寬上達到最佳性能：

低頻探頭補償：這是在所有 X10 示波器探頭上看到的示波器探頭補償類型。它可以補償探頭相對較低的頻率，但提供了良好的補償水平。通常，所示的補償電路如下圖所示。

示波器探頭電路 可調電容器可以位于探頭的連接器區域，即連接到示波器的位置。通常，盡管它位于尖端，但尖端中的電容器是被調整的電容器。調整哪一個通常無關緊要。

成本較低的示波器探頭可能只添加了低頻補償。在不需要非常高的頻率性能的情況下，這是完全可以接受的。

HF探頭補償：這種類型的補償用于許多示波器探頭。有時可能會提供兩個調節器，但通常是由設計或制造過程中設置的。當探頭連接到不同的示波器時，它往往變化不大，因此不需要以相同的方式進行調整。

影響探頭高頻響應的主要變量因素有兩個：

探頭電纜阻抗：需要考慮示波器探頭電纜，這會影響 HF 性能。探頭尖端通常有少量電容。這可能是 2 - 5pF，并且電纜本身也會引入電容。這可能是 40 到 50 pF 的量級。

示波器輸入阻抗：示波器輸入通常不是完美的阻性和容性輸入。還有一些串聯電感以及一些非線性。即使是在1GHz或更高頻率下具有非常好性能的片式電容器，也有一些電感。這會產生自諧振，從而使串聯阻抗下降。

高頻示波器示波器示波器的輸入配置由1 MΩ的接地電阻組成。除此之外，還有一些雜散電容和電感。它們中的每一個都有自己的串聯和并聯電感和電容元件，這些元件在幾百MHz或更高的頻率下具有非線性特性，這為輸入響應增加了額外的復雜性。

為了補償這些非線性，HF探頭傾向于在BNC上用一個非常小的電容器和一個串聯電阻來分流示波器的輸入。這有助于將任何非線性移動到探頭預期范圍之外的更高頻率區域，而不會造成嚴重的過沖。

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為了補償示波器探頭的高頻操作，低頻補償通常位于尖端，如圖所示。HF 補償通常由位于探頭連接器端的組件提供。通常，連接器上有一個小的屏蔽盒。

HF 補償由串聯電阻電容網絡組成。這些系列RC網絡中可能有兩個用于在整個所需頻段上提供補償 - 可能一個用于中頻段，另一個用于更高頻段。這些在設計、生產中或用戶在使用前偶爾進行調整。

使用這種補償，可以確保盡可能忠實地再現方波等的最快邊緣。

示波器探頭電路顯示低頻和高頻補償

示波器探頭補償范圍

選擇示波器探頭時要注意的一點是，要確保它有足夠的補償范圍來配合使用示波器。當高帶寬探頭與低帶寬示波器一起使用時，可能會出現問題。

原因如下：通常，低帶寬示波器可能具有高輸入電容。示波器高阻抗輸入的標準輸入電阻為1MΩ，但電容可能會有所不同。它可能是 15pF，也可能是 25pF 等。.通常，低帶寬示波器往往具有較高的輸入電容。

選擇示波器探頭時，請檢查補償范圍。這是探頭可以應用正確補償的輸入電容電平范圍。高帶寬探頭往往只能補償較低的輸入電容水平，因為這是高帶寬示波器可能具有的。

嘗試使用補償范圍為 8 - 18pF 的示波器探頭是沒有用的，例如，使用輸入電容為 25 pF 的示波器。

因此，必須確保探頭能夠補償其所用示波器的輸入電容。

由于示波器的性能僅與示波器探頭一樣好，因此必須確保使用好的探頭，通常探頭的帶寬應為示波器的1.5倍左右，然后應正確補償。通過這種方式，可以最大限度地提高示波器性能，并最大限度地提高被測電路上的波形。

審核編輯：黃飛