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如何消除示波器探头所产生的过冲和振铃现象?

发布时间:2021-05-12 20:00  浏览次数:1870

Q: 如何消除示波器探头所产生的过冲和振铃现象,抑制示波器测试系统自身产生谐振对于真实电路测量的影响?

所有的LC电路都可能会产生谐振,示波器探头也是LC电路,在使用过程中,要避免示波器探头自身带来的谐振现象产生振铃从而影响对于信号的真实测量。随着设计电路中信号工作频率越来越高,连接示波器探头时,就需要更加关注过冲和振铃问题。如果在所用探头的带宽范围内发生谐振,就很难断定测量干扰是来自电路,还是来自测量探头,影响结果的测试真实性。

示波器1.jpg

示波器探头

示波器2.jpg

首先来认识以下示波器探头阻抗模型,从图1可以看出探头是一个串联谐振电路。对于串联谐振电路,当达到谐振频率点时,系统阻抗降低为最小,引起电压的剧烈变化从而产生过冲或振铃现象。如图2:

示波器3.jpg

示波器和探头测试,要如何抑制过冲和振铃,先了解几个概念和公式:

谐振指的是电路中的感应电抗和电容电抗在特定频率处相互抵消,这个特定频率就叫做“谐振频率”。电感器电抗和电容器电抗的值在谐振频率处变为相等,两者相互抵消,最终相加之和为零。因此 2πfL=1/2πfC

示波器4.jpg

谐振频率计算公式:

谐振强度可通过指数Q(质量因子)来表示。Q越高表示谐振越强。

对于串联谐振电路来说 Q=2πfL/R ,f是谐振频率,进一步推导可以得出Q的公式:

示波器5.jpg

由公式看出,抑制探头自身产生过冲和振铃的方法:

1. 根据谐振频率计算公式可以看到,减小电感,提高谐振频率,谐振频率移至示波器和探 头带宽之外,从而尽量减少对测量的影响。参考图1探头阻抗结构图,在测试时尽量减少测试引线和接地线长度从而降低电感。(每英寸电线会产生高达 25-nH的电感到探头等效电路中。)

2. 降低谐振强度Q,根据Q的计算公式,可以增大R,引入阻尼电阻来降低谐振强度,抑制测试系统中产生过冲和振铃。是德科技InfiniiMax系列探头都标配前端阻尼电阻降低谐振强度,确保信号测试真实性。

示波器6.jpg

实例:4GHz有源探头+5cm连接附件:

示波器7.jpg