作为一名专业的硬件规划及测验工程师，咱们每天都在运用各种不同的数字示波器进行相关电气信号量的量测。与这些示波器般配的探头品种也十分多，包含无源探头(包含高压探头，传输线探头)、有源探头（包含有源单端探头、有源差分探头号），电流探头、光探头号。每种探头各有其优缺点，因而各有其适用的场合。其间，有源探头因具有带宽高，输入电容小，地环路小等长处然后被广泛运用在高速数字量测范畴，但有源探头的价位高，动态规模小，静电灵敏，校准费事，因而，每个工程师运用示波器的入门级探头通常是无源探头。最常见的500Mhz的无源电压探头适用于一般的电路丈量和快速确诊，能够满意大多数的低速数字信号、TV、电源和其它的一些典型的示波器运用。本文咱们将会集评论无源电压探头的模型和参数设定以及运用校准原理。
一、10倍无源探头的模型以及输入负载设定
图1.探头原理图
图1是工程师常用的10倍无源电压探头的原理图，其间，Rp (9 MΩ)和Cp坐落探头顶级内，Rp为探头输入阻抗, Cp为探头输入电容, R1 (1 MΩ)表明示波器的输入阻抗，C1表明示波器的输入电容和同轴电缆等效电容以及探头补偿箱电容的组合值。为了精确地丈量，两个RC时刻常量（RpCp和R1C1）有必要持平；任何不平衡都会带来丈量波形的失真,历来引起使一些参数如上升时刻、起伏的丈量成果不精确。因而，在丈量前需求校准示波器的探头的作业以确保丈量成果的精确性。从探头的信号模型咱们能够剖析， 关于信号的DC量测，输入容性Cp和C1等效为开路。信号经过Rp和R1进行分压，终究示波器的输入为：Vout=[R1/Rp+R1]*Vin=1/10* Vin
示波器输入信号衰减为待测输入信号的1/10。关于较高频率的输入信号,容抗关于信号的影响会大于阻抗。例如，一个规范的1MΩ~10pF的无源电压探头，输入信号的频率为100MHz，此刻，探头输入容抗为Xc(Cp) = 1/（2×π×f×C）=159Ω，容抗远远小于9MΩ的探头阻抗，信号电流更多的会经过输入电容供给的低阻回路，9MΩ阻抗的高阻回路等效为旁路。也能够理解为159 Ω和9MΩ的并联之后等效阻抗为159 Ω。此刻,实践输入到示波器的信号起伏(AC/高频)是由探头的输入电容以及回路总电容的比值决议，等效为：Vout=[Cp/Cp+C1]*Vin
一般来说，无源探头的电缆存在8-10pF/foot的容性负载（1 foot英尺=12 inches英寸=0.3048 metre米），1.5nS/foot的上升时刻。 关于一个6feet的电缆就存在60pF容性，加上一般示波器的20pF的输入电容以及一些杂散，大致为90pF左右。依据1：10的分压，探头的输入电容应该为10pF左右才干满意Vout/Vin=[10/10+90]=1/10输入衰减10倍的特性。考虑到探头和电缆容性的一些差错,需求运用探头补偿电容箱来进行一个回路补偿，因为差错，无源电压探头的输入容性一般为8~12pF之间。现在干流的10倍无源电压探头的输入负载模型一般都是输入%&&&&&%8~12pF,输入电阻9M欧.
