当前位置: 首页 » 技术方案 » 技术分析 » 正文

探头关键因素对高频暂态电压测量精度影响分析


  来源: 电工技术学报 时间:2021-09-07 编辑:清风
分享到:



高阻电压探头的输入电容越大,其对开关器件的负载效应越明显。然而,由于开关器件的输入电容和输出电容是变量,不能用式(8)来准确计算。


考虑到电压探头的负载效应,式(8)可修正为


(9)


进而可定义测量系统产生的上升时间误差为


(10)


可知,为减小目标信号的上升时间测量误差,应使电压探头的输入电容足够小,并且使测量系统的上升时间远小于目标信号的上升时间。


带宽和上升时间成反比,对于高斯响应型的测量系统,两者间关系可近似表示为


(11)


暂态信号含有丰富的频率分量,理论上需要用全部的频率分量才能重构暂态信号,实际上频率过高的分量对暂态信号的重构影响甚微,为此定义拐点频率,在暂态信号重构过程,高于拐点频率的分量将被舍弃。对于目标信号,其拐点频率表示为


(12)


因此,从频域的角度看,为减小目标信号上升时间的测量误差,应当要求测量系统的带宽远大于目标信号的拐点频率。


图8比较了在不同的探头带宽下VDs2和VGs2的仿真波形,为简化分析,不考虑示波器的作用,以探头输出电压Vp和衰减系数k的乘积作为目标信号的测量结果。不难看出,随着探头带宽的降低,目标信号测量结果的上升时间变长,测量误差也相应增大。此外,可以看出探头的测量结果滞后于目标信号,即出现传输延迟现象,这主要是探头的传输线导致的,本文对此不作深入讨论。



图8. 不同的探头带宽下VDs2和VGs2的仿真波形比较


为定量说明电压探头对目标信号测量结果上升时间的作用,取VDs2在50MHz带宽探头作用前后的上升时间来分析。由图8a可知,该探头的负载效应使VDs2的上升时间由10.424ns变为10.875ns,又由式(11)可得该探头的上升时间约为7ns,将这些数据代入到式(9)可解得探头测量结果的上升时间为12.933ns,这与仿真得到的12.915ns一致。由式(10)可得,50MHz带宽探头对VDs2上升时间的测量误差达到23.9%,这表明低带宽探头无法满足高频暂态信号上升时间的测量要求。


电压探头带宽过低,意味着暂态信号的高频分量被极大衰减,当暂态信号波形具有高频振荡或尖刺时,低带宽电压探头将无法还原其快速变化的细节,图8a和图8b的仿真波形分别显示出低带宽探头对目标信号过冲幅度的抑制作用和对目标信号尖刺波形的平滑作用。


综上所述,本节的分析得到以下主要结论:


(1)电压探头对目标信号的负载效应和测量系统与目标信号的级联效应共同导致上升时间的测量误差,且误差随探头的输入电容或上升时间增大而增大。


(2)电压探头的带宽和上升时间成反比。


(3)电压探头带宽过低将使测得信号的过冲幅度下降、尖刺波形平滑。


3.3寄生电感


为了提高测量的灵活性,高阻无源探头的地线端通常设计为拖尾的鳄鱼夹,引入了地线线路电感和接地环路电感。出于同样的原因,有源高压差分探头的信号端通常留有一定长度的引线,于是也引入了寄生电感。此外,有些探测点受限于物理空间而难以直接测量,通常需要在探测点和探头间额外接入一段引线,这同样会引入寄生电感。


探头前端的寄生电感Lp与输入电容Ci相互影响,两者在高频时形成谐振,谐振频率为


关键词:探头 测量 示波器    浏览量:17302

声明:凡本网注明"来源:仪商网"的所有作品,版权均属于仪商网,未经本网授权不得转载、摘编使用。
经本网授权使用,并注明"来源:仪商网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
本网转载并注明自其它来源的作品,归原版权所有人所有。目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如有作品的内容、版权以及其它问题的,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
本网转载自其它媒体或授权刊载,如有作品内容、版权以及其它问题的,请联系我们。相关合作、投稿、转载授权等事宜,请联系本网。
QQ:2268148259、3050252122。


让制造业不缺测试测量工程师

最新发布
行业动态
技术方案
国际资讯
仪商专题
按分类浏览
Copyright © 2023- 861718.com All rights reserved 版权所有 ©广州德禄讯信息科技有限公司
本站转载或引用文章涉及版权问题请与我们联系。电话:020-34224268 传真: 020-34113782

粤公网安备 44010502000033号

粤ICP备16022018号-4