如何正确使用无源电压探头？

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。

探头补偿是什么?

探头补偿是调整探头电容以补偿示波器固有输入电容的影响的过程。为确保测量结果具有优异的准确性或线性，需要对探头进行适当的补偿。

为什么要补偿示波器探头？

创建电路并使用示波器进行实验之前，适当地补偿示波器探头是非常重要的，否则测量结果将不精确。

对比分别使用补偿探头和补偿不足或补偿探头的测量，显示即使在低频下也有明显的幅度变化。探头补偿不当會导致脉冲信号的上升和下降时间的变化。而且这些误差会随着频率的增加而加剧。

要想补偿探头，连接示波器的通道1输入与位于示波器前面板的探头补偿测试端子之间的一个探头。连接示波器通道2输入与相同的探头补偿测试端子之间的第二个探头。不要忘了将两个探头的地线连接到示波器前面板的接地端子。

之后，将两个输入通道的探头衰减因数设置为10:1 (10比1)。注意，某些高端示波器将检测是否已连接10:1探头，然后自动为您设置探头衰减因数。 接着，设置每个通道的V/div设置和sec/div设置，以便在示波器显示屏上显示 一个或两个周期的探头补偿信号。示波器探头补偿信号通常是一个1 kHz方波，因此 适当的sec/div设置应为200μsec/div。

如图2所示，使用一个小一字螺丝刀调整每个探头的可调补偿电容器，以使两个波形都是"平坦"的响应。这个可调的电容器在探针附近或是探头的一部分， 靠近它插入的示波器BNC输入端。

示波器无源探头补偿效应

示波器探头补偿范围

大多数无源探头的技术指标中都列出使用无源探头时示波器的输入电容范围。 在选择无源探头时，必须确保示波器的输入电容在探头的补偿范围内，否则无法通过调整探头，获得经补偿的正确方波信号。 大多数示波器的输入电阻为 1 MΩ。该输 入电阻与输入（分路）电容并联。通常情况下，衰减系数大于 1:1 的高频率探头都内置有可调补偿网络。通过对补偿网络的调整，就可以在示波器规定频率范围内得到尽可能最好的频率线性度。

示波器探头补偿步骤-了解如何在进行补偿调整探头

必须补偿每个示波器的无源探头，以便与它所连接的示波器通道的输入特征匹 配。一个补偿有欠缺的探头可能会导致明显的测量误差。

我们以是德科技 4000X 系列示波器标配探头为例演示如何在进行补偿调整探头。 将探头接入示波器探头补偿信号端子，分别调节探头上的螺丝孔，可对探头进行低频补偿达到近似理想方波的波形。

1 输入探头补偿信号

2 按下 [Default Setup] 缺省设置调用默认示波器设置

3 按下 [Auto Scale] 自动设置以自动配置示波器，以便捕获探头补偿信号

4 按下探头所连接的通道键 （[1]、[2] 等）。

5 在 " 通道菜单 " 中，按下探头。

6 在 " 通道探头菜单 " 中，按下探头检查，然后按照屏幕上的说明操作。

如果需要，使用非金属工具 （探头附带）调整探头上的微调电容器，以获得 尽可能平的脉冲。 在 N2894A 探头上，微调电容器位于探头 BNC 连接器上。

7 将探头连接到所有其他示波器通道（2 通道示波器的通道 2 或 4 通道示波器 的通道 2、3 和 4）

8 对每个通道重复执行此程序

示波器探头补偿实测：如何补偿 10:1 无源探头？

探头和示波器的此电子模型显示（如下图）

当前我们只观察阻性组件时，我们已确定探头的 9 MΩ 探头端部电阻以及示波器的 1 MΩ 输入阻抗建立了 10:1 分压器比率。对于低频或直流电应用，忽略电容元件是比较适宜的。但是，如果您需要测量动态信号 （示波器的主要测量应用），则不能忽略此电子模型的电容元件。

所有示波器探头和示波器输入中本身都固有寄生电容。这些包括探头电缆电容 （C 电缆），以及示波器的输入电容 （C 示波器）。

“固有／寄生”仅意味着电子模型的这些元件非有意设计，而是真实电子世界中原本就存在的。固有／寄生电容的数量随着示波器的不同和探头的不同而异。但是，如果没有其他的设计电容组件来补偿系统中固有的电容元件，则系统在动态信号条件 （非直流）下的阻抗会从探测系统的整体动态衰减改为不同于所需的 10:1 比率。沿着可调补偿电容 （C 组件）分布其他／设计的探针电容器 （C 探针）的目的是建立与 10:1 的阻性衰减匹配的电容阻抗衰减。正确调整补偿电容时，这还可以确保与 9 MΩ 电阻器并列的探针电容的时间常数，和与示波器的 1 MΩ 输入电阻器并列的固有和补偿电容的时间常数匹配。

我们会将通道 1 探头连接到其他端子：

1 将两个 示波器探头连接到标记了示波器探头补偿的端子。请注意，这与称为 Demo2 的端子也是同一个端子。

2 按下示波器前面板上的 [默认设置]。

3 将通道 1 设置为 1.0 V/div。

4 将通道 1 偏移／位置设置为 0.0 V（默认设置）。

5 按触发电平旋钮，以将通道 1 上的触发电平设置为约 50%。

6 按 [2] 前面板键以打开通道 2。

7 将通道 2 设置为 1.0 V/div。

8 将通道 2 偏移／位置设置为约 +3.5 V。

9 将示波器的时基设置为 200.0 µs/div。

如果正确补偿了探头，则应在示波器显示屏上看到两个带有平坦响应的 1 kHz 方波，与下图类似。现在，让我们调整每个探头上的探头补偿。

10 使用小的“一字”螺丝刀，调整位于每个探头主体上的可变电容器。请注意，此调整有时位于一些探头的 BNC 连接端附近。

下图（不当补偿的探头）显示了通道 1 探头（黄色波形）补偿过度的示例，以及通道 2 探头（绿色波形）欠补偿的示例。如果您没有观察到近乎完美的方波，则应重新调整探头上的探头补偿，直到示波器上的波形与上图类似。

正确调整探头后，只要在此示波器上继续使用这些探头，在下次使用示波器时应该就不需要重新调整它们了。

此时，您已完成了本实验的实践部分。如果您赶时间，并需要完成本章中最后一个实验，则应跳到实验 #6，然后读取本实验后面其余部分的内容。

如何计算示波器探头电容补偿的正确数量？

如果您面临挑战，请使用以下假设条件计算正确补偿所需的补偿电容 (C comp) 数量：

对于计算所需的补偿电容 (C comp) 数量，最早的方法是使 R tip 和 C tip 并联的时间常数 (1/RC) 与 R scope 和 C parallel 并联的时间常数相等。

请记住，C parallel 是探头／示波器模型中的三个电容元件的组合。

另一种计算方法是使 C parallel 的电容阻抗的 9 倍与 C tip 电容阻抗的 1 倍相等。这将建立电容阻抗产生的衰减常数，与仅阻性网络 (10:1) 产生的衰减常数相同：