電容負荷對波形中高頻成分的幅度和相位的影響

之前我們講了信號源阻抗對探頭負荷的凈效應影響，其實除了影響上升時間外，電容負荷還影響著波形中高頻成分的幅度和相位。

對此要記住，所有波形都是由正弦曲線成分構成的。50 MHz 方波擁有超過 100 MHz 的有效諧波成分。所以不僅要考慮波形基礎頻率上的負荷效應，而且要考慮超過基礎頻率幾倍的頻率上的負荷效應。

負荷取決于探頭尖端上的總阻抗。這稱為 Zp，Zp 由電阻成分 Rp 和電抗成分 Xp 組成。電抗成分主要是電容，但在探頭中可以設計電感單元，以部分偏移電容負荷。

圖 1. 有源探頭典型的輸入阻抗隨頻率變化

一般來說，Zp 會隨著頻率提高而下降。大多數探頭儀器手冊會編制探頭 Rp 數據，文檔中包括顯示 Zp 與頻率的關系曲線。圖 1 是普通有源探頭的實例。注意，1 兆歐阻抗幅度固定在接近 100 kHz。這通過認真設計探頭的相關電阻單元、電容單元和電感單元實現。

圖 2 說明了探頭曲線的另一個實例。在這種情況下，顯示了典型 10 兆歐無源探頭的 Rp 和 Xp 與頻率關系。虛線 (Xp) 說明了電容電抗隨頻率變化。注意，Xp 在DC 上開始下降，但 Rp 直到 100 kHz 時才開始明顯滾降。通過認真設計相關 R、C 和 L 單元，再次可以偏移總負荷。

圖 2. 典型 10 兆歐無源探頭的 Xp 和 Rp 與頻率關系

如果沒有得到探頭的阻抗曲線，可以使用下述公式估算最壞情況下的負荷：

Xp = 1/2πfC

其中：

Xp = 電容電抗

f = 頻率

C = 探頭尖端電容

如，頭部電容為 11 pF 的標準無源 10 兆歐探頭的電容電抗 (Xp) 在 50 MHz 時大約為 290 歐姆。根據信號源阻抗，這種負荷可能會給信號幅度帶來很大影響 ( 通過簡單的分路器動作 )，其甚至可能會影響被探測的電路操作。

審核編輯 黃宇