拆个示波器无源探头看看里边到底有啥隐秘

时间: 2025-03-04 04:28:42 |   作者: AC电源接口

  一切都起源于一个问题：能不能把1X的无源探头当同轴线欧姆的体系？有经历的人会马上答复不能，由于就算是1X的探头上面也串接了一个不小的电阻。我手边正好有一个作废的探头，拿万用表测了一测，内芯的电阻有300多欧姆！外导体却是正常的零点几欧姆。这样一条“同轴线欧姆的体系。

  问题看起来是处理了，可这又加深了我对无源探头的疑问：问什么探头上要串那么大的电阻，又为什么1X探头的带宽比10X探头小那么多？

  要说这无源探头还真不太好拆，全体注塑的还特别硬，没办法用水口钳一点一点把塑料夹下来吧，塑料外壳去掉了里边还有个金属套筒，没办法持续夹吧。废了九牛二虎之力，手上也搞出了几处伤，总算拆除了这样一个玩意：

  一根探针，一块电路板，几个电阻电容，一个单刀双掷开关，一根同轴线，就这样。

  公然探头上串接了不小的电阻，可为何需求串这样一个电阻？简略建模仿真看看：

  其间RS1为源内阻，这儿取经历值25欧姆；RD1是无源探头的输入阻尼电阻，仿真的时分会扫参这个电阻值；L1是探头线缆的寄生电感，取经历值500nH；C1是探头线缆寄生电容和示波器输入电容的和，也是依据经历取100pF；R1是示波器的输入阻抗，为1M欧姆。

  把RD的取值作为扫描的参数，取1、25、50、75、100、150和200欧姆，体系的频率呼应和阶跃呼应如下：

  这个阻尼电阻最大的效果便是抵消探头寄生电感带来的体系频响上的尖峰，阻尼电阻过小尖峰很大，时域波形会呈现较大的过冲，阻尼电阻过大又会导致体系带宽缺乏，实践的取值往往是依据探头和示波器特性，通过调试权衡出来的一个中心值。

  上一节可以正常的看到，由于寄生电容电感和阻尼电阻的存在，1X探头下体系的带宽是比较低的，10X探头却可以终究靠在衰减网络上添加补偿电路来取得更高的体系带宽，简化的体系模型如下：

  这儿把阻尼电阻RD1设置为100欧姆，在1X下带宽大约是17MHz；阻尼电阻和示代表线缆的寄生电感之间串接了一个衰减和补偿网络，其间C2是一个可调电容（还记得探头上那个补偿旋钮么）。恰当调理C1、C2、R2和R3的取值，就可以得到一个较为抱负的体系频响。

  当然实在的状况比这个模型要杂乱不少。用过高带宽无源探头的朋友应该会注意到，比较低带宽探头，高带宽探头除了调理低频（1kHz方波）的那个可调点（这儿是C2）外，还会有一到两个调理高频的补偿点（可能是这儿的R2和R3）用来调理高频的过冲。

  探头上的东西探究的差不多了，下面回到一开始那个问题：能不能把1X的无源探头当同轴线欧姆的体系？不能，由于探头上串接了较大的阻尼电阻。那么我把探头剪掉（探头不廉价，这么做仍是挺疼爱的），用后边那一截同轴线欧姆的体系行不行？这样的一个问题能答复正确的人就不多了。

  什么鬼？！底子就不像是一条同轴线嘛。然后我又测了很屡次，扫除VNA毛病，扫除校准问题，扫除测验办法不妥，扫除同轴线断了....横竖真的便是这么丑。

  提到这仔细的读者可能会发现，我一开始说用万用表测出来探头内芯的电阻有300多欧姆，可是后边探头简化的原理图上，阻尼电阻怎样算都不到200欧姆吧，被我吃掉的100多欧姆莫非在这同轴线上？是的没错，拿万用表测这条同轴线m多长的线欧姆的电阻。

  这么大的电阻当然并非是线缆坏掉了，必定有它存在的道理，不废话上TDR看看。

  一条斜线，阐明阻抗在线上是均匀分布的，这莫非是传说中的阻抗渐近线？不过跟一般的阻抗渐近线还有点不一样，这条线的插入损耗特别大，由于存在比较大成分的电阻成分。

  被测源、无源探头和示波器组成的一个体系，源端阻抗不知道，终端阻抗1M欧姆，探头这个传输线要怎样去匹配这个体系呢？那干脆就不匹配了吧，再搞个高损耗的传输线把反射下降一下，就这么简略粗犷。（我对射频这部分并不是太了解，不知道这样的说法对不对，不恰当的当地还期望读者不惜指出。）