示波器探头补偿

课课 题题 研研 究究 报报 告告 示波器探头补偿示波器探头补偿 学学 院院 信息工程学院 班班 级级 电子 10 1 班 姓姓 名名 学学 号号 201010203008 201010203009 201010203012 完成时间完成时间 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 并联电路 以减 小探头的容性负载效应 如下图所示 其中 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 课题阐述课题阐述 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 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 电路的相关参数来观察波形的变化 从而来确 定 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 课题分析课题分析 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 为补偿电容 为补偿电阻 为输入电容 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 C2 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uC2 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uC2 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 时间常量必须相等 课题研究体会课题研究体会 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 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 电路 探究 LC 参数和 LR 参数对