简述示波器的探头模型及负载效应

为什么有经验的工程师都要在测试前调整一下探头的档位呢？不同档位除了输入阻抗、带宽、上升时间等不同之外，还有个很重要的参数是输入电容，它对于被测信号究竟有多大的影响？

探头的输入电容对于高频信号有很大的影响，信号频率越高，影响也就越大，具体有什么影响，PRBTEK培训学院给您分享：

一、探头负载效应

简单来说，探头的负载效应就是在用探头测电路中的其中两点的波形时，在两个测试点中接入了一个负载，而这个负载的大小，会直接影响电路的状态，造成测量结果的不正确性。

每个示波器探头都有其输入阻抗，这个阻抗是特性阻抗，不仅仅是电阻，还包含了电容和电感等。由于探头引入的额外负载，所以探头接入被测电路后，会从信号中汲取能量，实际上就会影响被测电路，最恶劣的后果就是电路本来是正常工作的，引入示波器探头后却不正常了，此时容易得出与事实相反的结论。因此我们在进行分析测量时必须考虑到探头的负载特性及测试电路的阻抗匹配。

探头在×1档位时，信号直接进入示波器，这类探头在测试点处将其自身的电容（包括电缆的电容）与示波器的输入阻抗连在了一起，这就是探头的负载效应。

图1 x1档结构模型

当信号频率升高时，探头的容性负载效应就变得更加显著。x1档位输入电容通常为55±10pF，此时等同于在被测电路上加了一个低阻抗负载，在输入电容为50pF时，若测试10MHz的信号，根据容抗计算公式：Xc(Cp) = 1/（2×π×f×C），此时容抗约为318Ω，且x1档时带宽较低，测试出的结果是不准确的。

二、调整探头档位的原因

下图是无源电压探头x10档的原理图，其中，Rp (9 MΩ)和C1位于探头尖端内，调节补偿电容C3使得探头和示波器通道RC乘积相匹配，这样就能保证显示出来的波形正常，不会出现过补偿或欠补偿状况。

图2 x10档结构模型

此时示波器输入信号衰减为被测入信号的1/10。对于较高频率的输入信号,容抗对于信号的影响会大于阻抗。例如，探头在x10档时，输入阻抗为10MΩ，输入电容10pF，输入信号的频率为100MHz，此时，探头输入容抗为Xc(Cp) = 1/（2×π×f×C）=159Ω，此时容抗远远小于探头阻抗，信号电流更多的会通过输入电容提供的低阻回路，而高阻回路等效为旁路。

探头作为测试的第一环节，能否将信号高保真的传输至示波器是能否准确测试分析的重点，所以，在测试较高频率信号时，需注意探头的带宽和输入电容是否合适，下表为ZDS2000系列示波器标配探头参数。