輸入電容對于高頻測試的影響
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2016-05-17 15:21:49
為什么經(jīng)驗老道的工程師都要在測試前調(diào)整一下探頭的檔位呢?不同檔位除了輸入阻抗、帶寬、上升時間等不同之外,還有個很重要的參數(shù)是輸入電容,它對于被測信號究竟有多大的影響?
探頭的輸入電容對于高頻信號有很大的影響,信號頻率越高,影響也就越大,具體有何影響呢?
一、探頭負(fù)載效應(yīng)
簡單來說,探頭的負(fù)載效應(yīng)就是在用探頭測電路中的其中兩點的波形時,在兩個測試點中接入了一個負(fù)載,而這個負(fù)載的大小,會直接影響電路的狀態(tài),造成測量結(jié)果的不正確性。
每個示波器探頭都有其輸入阻抗,這個阻抗是特性阻抗,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,所以探頭接入被測電路后,會從信號中汲取能量,實際上就會影響被測電路,惡劣的后果就是電路本來是正常工作的,引入示波器探頭后卻不正常了,此時容易得出與事實相反的結(jié)論。因此我們在進行分析測量時必須考慮到探頭的負(fù)載特性及測試電路的阻抗匹配。
探頭在×1檔位時,信號直接進入示波器,這類探頭在測試點處將其自身的電容(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1x1檔結(jié)構(gòu)模型
當(dāng)信號頻率升高時,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,此時等同于在被測電路上加了一個低阻抗負(fù)載,在輸入電容為50pF時,若測試10MHz的信號,根據(jù)容抗計算公式:Xc(Cp)=1/(2×π×f×C),此時容抗約為318Ω,且x1檔時帶寬較低,測試出的結(jié)果是不準(zhǔn)確的。
二、調(diào)整探頭檔位的原因
下圖是無源電壓探頭x10檔的原理圖,其中,Rp(9MΩ)和C1位于探頭內(nèi),調(diào)節(jié)補償電容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的波形正常,不會出現(xiàn)過補償或欠補償狀況。

圖2x10檔結(jié)構(gòu)模型
此時示波器輸入信號衰減為被測入信號的1/10。對于較高頻率的輸入信號,容抗對于信號的影響會大于阻抗。例如,探頭在x10檔時,輸入阻抗為10MΩ,輸入電容10pF,輸入信號的頻率為100MHz,此時,探頭輸入容抗為Xc(Cp)=1/(2×π×f×C)=159Ω,此時容抗遠遠小于探頭阻抗,信號電流更多的會通過輸入電容提供的低阻回路,而高阻回路等效為旁路。
探頭作為測試的環(huán)節(jié),能否將信號高保真的傳輸至示波器是能否準(zhǔn)確測試分析的重點,所以,在測試較高頻率信號時,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1ZP1025S探頭參數(shù)
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