輸入電容對(duì)于高頻測(cè)試的影響

　　為什么經(jīng)驗(yàn)老道的工程師都要在測(cè)試前調(diào)整一下探頭的檔位呢?不同檔位除了輸入阻抗、帶寬、上升時(shí)間等不同之外，還有個(gè)很重要的參數(shù)是輸入電容，它對(duì)于被測(cè)信號(hào)究竟有多大的影響?

　　探頭的輸入電容對(duì)于高頻信號(hào)有很大的影響，信號(hào)頻率越高，影響也就越大，具體有何影響呢?

　　一、探頭負(fù)載效應(yīng)

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，探頭的負(fù)載效應(yīng)就是在用探頭測(cè)電路中的其中兩點(diǎn)的波形時(shí)，在兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)中接入了一個(gè)負(fù)載，而這個(gè)負(fù)載的大小，會(huì)直接影響電路的狀態(tài)，造成測(cè)量結(jié)果的不正確性。

　　每個(gè)示波器探頭都有其輸入阻抗，這個(gè)阻抗是特性阻抗，不僅僅是電阻，還包含了電容和電感等。由于探頭引入的額外負(fù)載，所以探頭接入被測(cè)電路后，會(huì)從信號(hào)中汲取能量，實(shí)際上就會(huì)影響被測(cè)電路，最惡劣的后果就是電路本來(lái)是正常工作的，引入示波器探頭后卻不正常了，此時(shí)容易得出與事實(shí)相反的結(jié)論。因此我們?cè)谶M(jìn)行分析測(cè)量時(shí)必須考慮到探頭的負(fù)載特性及測(cè)試電路的阻抗匹配。

　　探頭在×1檔位時(shí)，信號(hào)直接進(jìn)入示波器，這類探頭在測(cè)試點(diǎn)處將其自身的電容(包括電纜的電容)與示波器的輸入阻抗連在了一起，這就是探頭的負(fù)載效應(yīng)。

　　圖1 x1檔結(jié)構(gòu)模型

　　當(dāng)信號(hào)頻率升高時(shí)，探頭的容性負(fù)載效應(yīng)就變得更加顯著。x1檔位輸入電容通常為55±10pF，此時(shí)等同于在被測(cè)電路上加了一個(gè)低阻抗負(fù)載，在輸入電容為50pF時(shí)，若測(cè)試10MHz的信號(hào)，根據(jù)容抗計(jì)算公式：Xc(Cp) = 1/(2×π×f×C)，此時(shí)容抗約為318Ω，且x1檔時(shí)帶寬較低，測(cè)試出的結(jié)果是不準(zhǔn)確的。

　　二、調(diào)整探頭檔位的原因

　　下圖是無(wú)源電壓探頭x10檔的原理圖，其中，Rp (9 MΩ)和C1位于探頭尖端內(nèi)，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容C3使得探頭和示波器通道RC乘積相匹配，這樣就能保證顯示出來(lái)的波形正常，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償狀況。

　　圖2 x10檔結(jié)構(gòu)模型

　　此時(shí)示波器輸入信號(hào)衰減為被測(cè)入信號(hào)的1/10。對(duì)于較高頻率的輸入信號(hào),容抗對(duì)于信號(hào)的影響會(huì)大于阻抗。例如，探頭在x10檔時(shí)，輸入阻抗為10MΩ，輸入電容10pF，輸入信號(hào)的頻率為100MHz，此時(shí)，探頭輸入容抗為Xc(Cp) = 1/(2×π×f×C)=159Ω，此時(shí)容抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于探頭阻抗，信號(hào)電流更多的會(huì)通過(guò)輸入電容提供的低阻回路，而高阻回路等效為旁路。

　　探頭作為測(cè)試的第一環(huán)節(jié)，能否將信號(hào)高保真的傳輸至示波器是能否準(zhǔn)確測(cè)試分析的重點(diǎn)，所以，在測(cè)試較高頻率信號(hào)時(shí)，需注意探頭的帶寬和輸入電容是否合適，下表為ZDS2000系列示波器標(biāo)配探頭參數(shù)。

　　表1 ZP1025S探頭參數(shù)