如何校准示波器探头？

时间： 2023-10-12 来源：是德科技 Keysight Technologies知乎

什么是探头？

示波器探头是示波器外部的电路器件，其作用是从被测电路中探测信号，当探头接入被测电路后，探头会成为测试电路的一部分，而探头和示波器相连接，探头又会成为示波器测量系统的一部分。

所以探头的电路设计非常重要。由于探头中存在分布电容和分布电感，尤其在进行高频信号测量的时候会使信号的频率特性变差。

示波器探头的主要作用是把被测的电压信号从测量点引入示波器进行测量。选择探头的关键数据：衰减比, 带宽, 输入电阻, 输入电容, 最大输入电压, 探头补偿范围, 探头接口和触针外形。

示波器探头分类以及各有什么特点？

就示波器探头的分类来说，可以按照探头是否需要外供电，分为无源探头和有源探头两大类。

无源探头

无源探头价格便宜、经济耐用，电压等级高，动态范围大，但是带宽低（K最大6个G，N2876A），满足绝大多数低频的应用场合。

该系列的探头包括：低阻分压探头、带补偿的高阻分压探头和高压探头等。

有源探头

有源探头（需要供电有前端放大器）：高带宽，对被测电路干扰小，费用贵，动态范围小，电压低，不耐用。差分探头有较高的共模抑制比，直接测量差分信号前端为差分放大器。

高阻探头输入阻抗高，测量范围大，带宽都在1G以下低阻无缘探头，又称为传输线探头。50欧传输线，带宽较高，但输入阻抗不高。有源探头带宽高输入阻抗也高。

示波器探头是示波器外部的电路器件，其作用是从被测电路中探测信号，当探头接入被测电路后，探头会成为测试电路的一部分，而探头和示波器相连接，探头又会成为示波器测量系统的一部分。所以探头的电路设计非常重要。由于探头中存在分布电容和分布电感，尤其在进行高频信号测量的时候会使信号的频率特性变差。

为何要对示波器探头进行校准呢？

简单说，对示波器探头进行校准的原因是为了消除探头随时间和温度引起的误差。

为了进一步了解示波器进行探头校准的原因，我们就需要了解示波器探头的一个等效电路，还有示波器通道输入端的等效电路了。

如上图，在探头在x10衰减档时，探头前端等效为9MQ+20pF并联，中间是1.5m探头线，会存在奇生电容，尾部有可调电容。

这里提一下寄生电容是怎么来的？

我们知道，电容的本质就是两个极板放到一起，容值的大小与极板的面积与距离相关。探头信号线和地线就相当于是两个极板，因此就构成了一个电容。探头线一般是1.5m长左右，这个长度比较长，因此，这个奇生电容是很可观的，可以达到上百皮法。

为了便于分析，将以上电路合并，

C2=可变电容+奇生电容+示波器通道输入电容

我们目的，就是为了使Vin与Vo的波形一致，不能出现失真。这里要提一下，这里的波形可能很复杂，可能由多个频率成分构成，而我们需要的是，不论是哪个频率，Vin/Vo都是一个相同的值。

那么满足的条件就是：R1， C1合起来的阻抗与R2，C2合起来的阻抗为一定的倍数关系，这里说的阻抗是复数，电阻R为实部，电容1/jvc为虚部。

要满足上述条件，只能是实部的比值与虚部的比值相同。

R1=9M, R2=1M

那么很容易得出：C2/C1=9

C2-可变电容+奇生电容+示波器通道输入电容，不同的探头奇生的电容都会有些差别，而不同的示波器的输入电容也不尽相同，为了满足上述公式，所以加了可变电容调节。

示波器探头校准准备

1. 示波器开机

2. 连接探头，并预热20分钟

3. 准备示波器探头校准夹具

连接校准夹具

1. 连接校准夹具到示波器AUX OUT/CAL OUT接口

2. 连接示波器探头到校准夹具地线信号线3

注：如果是差分前端，把正端连接校准件的信号线，把负端连接校准件的地线。

恢复示波器默认设置、设置探头

1. 点击菜单“Control” --> “Default Setup”, 恢复示波器默认设置

2. 点击“Setup” --> “Probe Configuration”, 进入示波器探头设置

3. 点击“Select Head”配置探头前端

选择示波器探头前端，执行探头校准

4. 选择E2678A/B 探头前端（选择实际使用的前端型号）--> OK

5. 点击“Uncalibrated” -->“Start Atten/Offset Cal”, 开始探头直流增益和偏置校准

执行示波器探头校准程序

6. 确认配置显示是否正确 --> Next

7. 提示连接探头至校准夹具 -->“Start Cal”

8. 探头校准成功后, 有如下提示信息

9. 执行探头Skew校准, 点击“Start Skew Cal”, 校准连接和方法类似与DC Atten/Offset校准.

10. 完整的探头校准结果

示波器探头校准注意事项

1、如果示波器探头不做校准，示波器会使用相应放大器和前端的缺省衰减比、偏置和时延。但如果要做精确测量，建议测试前做探头校准。

2、示波器探头校准后会把当前探头的校准信息保存在示波器相应通道的信息里供下次使用。但如果要做精确测量，仍然建议测试前做探头校准。

3、如果示波器探头校准不成功，请检查探头连接以及探头前端类型的设置。如果设置正确、连接可靠，探头校准仍不成功则有可能是示波器通道、探头放大器或探头前端有故障。

4、KEYSIGHT Infiniium系列示波器也支持探头的频响特性校准，但需要精密探头选件支持，具体信息可以参考精密探头选件相关信息。

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