示波器探头补偿

课题研究报告

示波器探头补偿

学院：信息工程学院班级：电子 10-1 班姓名：学号：************

201010203009

201010203012

完成时间：2011年12月26日

示波器探头补偿

——讨论探头中串联的RC并联电路参数对测量结果的影响

课题背景

示波器探头不仅仅是把待测信号引入示波器输入端的一端导线，而且是测量系统的的重要组成部分。探头有很多种类型，以适应各种不同的专门工作需要。其中一类为有源探头，探头内包含有源电子元件，具有放大能力；不含有源原件的探头称为无源探头，其中只包含无源元件如电阻和电容。这种探头通常对输入信号进行衰减。为了有效抑制外界干扰信号，示波器探头通过屏蔽电缆与示波器输入连接，如图所示

当被测信号频率很高时，上图中与探头相连的屏蔽电缆的电容就不能忽略，探头的容性负载效应就非常明显，有可能导致探头在高频下无法使用。为此，可以在探头中增加一个和示波器输入端电路模型相串联的ＲＣ并联电路，以减小探头的容性负载效应，如下图所示，其中Ｃｉ为探头电缆的电容和示波器输入电路模型中电容合并后的等效电容。Rcmp和Ccmp分别为补偿电阻和补偿电容。

通过课题背景，我们知道在使用示波器时，当被测信号频率很高时，，探头的容性负载效应就会明显，导致探头在高频下无法使用。所以在探头中增加一个串联的ＲＣ并联电路，来减小探头的容性负载效应。

结合所学知识，电容具有通高频阻低频的性质，当低频信号通过时，电容对其阻碍作用非常明显，探头的负载主要是阻抗作用，所以容性负载效应不明显。当电路通有高频信号时，探头的负载主要是容抗作用，从而电路中容性负载效应很大，致使被测电路的信号发生变化，所以就不能准确地进行波形测量。为了减轻探头对被测电路的负载作用，应选择高阻抗、低容抗的探头。

当通有高频信号时，我们需要对其进行衰减，使得电路中容性负载效应减小，保证测量结果的准确性。

为此我们有了如下研究想法：示波器探头补偿电路可以简化为一个简单的RC串并联电路，用一标准示波器对电路信号进行检测，因为任何的不平衡将会带来波形的失真，通过改变ＲＣ电路的相关参数来观察波形的变化，从而来确定ＲＣ的哪些参数对测量结果的影响。再结合一阶电路时域分析中电路的零状态响应和全响应方面的知识，进行理论上的具体分析。

我们根据的研究想法，简化探头模型为一个简单的阻容分压的电路。电路图如下：

Ｃ１为补偿电容，Ｒ１为补偿电阻，Ｃ２为输入电容，Ｒ２为输入电阻。

我们对这个电路进行推导和计算：

1.计算初始值ｕC2(0＋)

由于电容电压发生跃变，要根据换路定律和KVL来确定

2.计算稳态u C2(∞)

电容开路时，按照电阻分压公式得到

3.计算时间常数

4.用三要素公式得到电容电压u C2(t)

我们可以看到,波形有3种情况: 1.完全补偿

2.过补偿

3.欠补偿

我们查阅了相关资料，了解到了三种情况的相关波形图。

探头欠补偿波形图

探头过补偿说明图

探头正常补偿说明图

课题结论

结合以上相关的计算和波形图，我们知道:

当时，波形出现完全补偿现象，在这种情况下，电路中的容性负载效应最小。

当时，波形出现过补偿现象，在这种情况下，电路中的容性负载效应较大。

当时，波形出现欠补偿现象，在这种情况下，电路中的容性负载效应较大。

综上所述，为了使用示波器能够精确的测量，两个ＲＣ时间常量必须相等。

课题研究体会

李大伟：在本次的课题研究中，让我对示波器有了更深的认识对电路这门课也产生了一种浓厚的兴趣。这次实验让我有了一种近距离接触科学的感觉，体验到了科学神秘与严谨，它对数据的要求容不得有半点误差，在探究的过程中虽然遇到了不少难题，但当把它们都克服的时候会让我有一种莫名的成就感，也许这就是科学的魅力吧！虽然我们完成的可能不是最出色的那一个组,当我们也同样高兴因为我们努力了。

郝宾：为了做这个示波器探头补偿研究课题我们泡图书馆，上网查资料，一起讨论向老师和同学询问，深深的了解到了做研究的不易和困难，但当我们看到我们的成果时，我们享受了成功的喜悦，虽然他不是那么完美。我们觉得我们的努力是没有白费的，结果或许差强人意的，但我们享受这个求知的过程，我们体会到了团队合作的重要，彼此信任和理解！

苏宝：做这样的小课题，我感到是一件有意义的事情，因为能有个这样的机会对示波器更深入的了解，而且电路的相关理论知识得到运用。同时，在研究课题的过程中学到知识，得到锻炼。一开始，我记得我们是盲目的查阅资料，没有什么研究思路，但在一次讨论中，我们想起电路课做过一个有关电路响应的实验，那个示波器的波形给了我们一些启发。于是我们展开分析，有了研究的想法。虽然我们团队在讨论中常常意见不合：虽然我们遇到很多麻烦，但是通过研究实验，我们彼此信任和理解，团结合作最终问题得以解决。我们在研究实践中相互学习，在团队合作中成长，学到知识，收获喜悦。

我们小组，在这个小课题的研究过程中收获了知识，对示波器有了更深刻的了解，增强了团队合作能力。通过本次研究，我们知道了ＲＣ参数对测量结果的影响。同时，我们想能否把探头内RC电路换成LC电路或ＬＲ电路。探究LC参数和LR参数对测量结果又有何影响。电路中除了容性负载效应外，是否还存在感性负载效应。我们会继续查阅相关资料，对问题从其他角度来思考。

参考文献

【１】电路／邱关源，罗先觉主编.——5版.----北京：高等教育出版社.

【２】电路分析基础／范世贵主编.----西北工业大学出版社.

【３】/view/d9f52281e53a580216fcfeec.html

【４】/view/d9f52281e53a580216fcfeec.html