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1、刘红煜:示波器差分探头的校准方法27示波器差分探头的校准方法TheCalibrationTechniqueofOscilloscopeDifferentialProbe刘红煜(中国电子科技集团公司第二十研究所计量站,陕西西安710068)摘要:随着测量信号速率的提高,差分信号变得越来越普遍,为了确保测量结果的准确性和可靠性,本文提出了对示波器差分探头的校准方法。关键词:差分探头;校准;方法为了抑制信号中的共模噪声,示波器差分探头被广路对称性越差,其共模抑制比就越小,抑制共模信号(干泛的使用,但是示波器差分探头是
2、否准确对测量结果有扰)的能力也就越差。共模抑制比是一个与频率相关的很大的影响,为了确保测量结果的准确性和可靠性,需要参数,随着频率的增加而减小。因此高共模抑制比的高对示波器差分探头计量校准。国家对示波器计量检定/频差分探头比同样共模抑制比的低频差分探头性能好。校准有相应的检定规程和校准方法,但对示波器差分探21112共模抑制比(CMRR)的校准头计量校准却没有规定,因此本文提出了示波器差分探从共模抑制比的定义中,只要能测量差模信号电压头计量校准方法,供同行参考。增益和共模信号电压增益的大小,用公式(1)或(2)
3、可以1示波器差分探头计量校准的主要项目有计算出差分探头共模抑制比。(1)共模抑制比;(2)直流衰减系数;(3)差分信号范校准需要的标准仪器:(1)示波器(本文推荐TEK围;(4)频带宽度;(5)上升时间;(6)输入阻抗(包括电阻公司DPO4104数字示波器,也可用其它满足使用要求的和电容)。示波器)。(2)标准信号源(本文推荐FLUKE9500B示2校准项目和校准方法波器校准仪),按图2的方法连接线路。211共模抑制比校准方法21111共模抑制比(CMRR)的定义:在差分信号测量中,为了说明差分放大电路抑制共模
4、信号的能力。共模抑制比是反映差分探头性能的一个关键参数,被定义为:CMRR=Ad/Ac(1)图2共模抑制比(CMRR)的校准连接图或以dB表示:CMRR=20lgAd/Ac(2)测量差模信号电压增益Ad和共模信号电压增益Ac其中:Ad—差模信号电压增益;的方法有两种:第一种是从示波器上读测量值,第二种是Ac—共模信号电压增益。从标准信号源上读标准值。下面分别介绍:一般差分探头的接线端有3个,第一个是标有“+”第一种方法操作步骤:端,第二个是标有“-”端,第三个是“地”端,如图1所示:(1)按图2连好线,设置标准
5、信号源和示波器的阻抗匹配,选择差分探头的量程和衰减系数,依据差分探头技术说明书中的频率点设置共模抑制比测量点,对不同频率对应的共模抑制比测量点应全部校准;(2)测量共模信号电压Ac,把标准信号源的输出端图1差分探头的接线端与差分探头的输入端连接(探头“+”接标准信号源信号差模信号电压放大倍数Ad越大,共模信号电压放端,探头“-”接标准信号源地端),标准信号源输出一个大倍数Ac越小,则CMRR越大。此时差分放大电路抑固定正弦波电压V,从示波器上读出测量值,即值Ac;制共模信号的能力越强,放大器的性能越好。当差分放
6、(3)测量差分信号电压Ad,把标准信号源的输出端大电路完全对称时,共模信号电压放大倍数Ac=0,则共与差分探头的输入端连接(探头“+”“、-”短路后接标准模抑制比CMRR→∞,这是理想情况,实际上电路完全信号源信号端,探头“地”接标准信号源地端),标准信号对称是不存在的,共模抑制比也不可能趋于无穷大。电源输出一个固定电压的正弦波电压V,从示波器上读出28《计量与测试技术》2008年第35卷第6期测量值,即值Ad;法连接线路。(4)标准信号源正弦波电压V保持不变,设置不同操作步骤:的频率,重复步骤(2)、(3),
7、直至校准完所选测量点,用公(1)把标准信号源和示波器的阻抗设置在1MΩ,选式(1)或(2)计算出差分探头共模抑制比。择探头量程和直流衰减系数,测量点一般设置3个(依据第二种方法操作步骤:实际情况,也可增加),按满量程的30%,70%,100%给(1)按图2连好线,设置标准信号源和示波器的阻抗出;如果探头带有零复位功能,测量首先要零复位;匹配,选择差分探头的量程和衰减系数,依据差分探头技(2)把标准信号源的输出端与差分探头的输入端连术说明书中的频率点设置共模抑制比测量点,对不同频接(探头“+”接标准信号源信号端,
8、探头“地”接标准信号率对应的共模抑制比测量点应全部校准;源地端),标准信号源输出直流电压值,从示波器上读出(2)测量共模信号电压Ac,把标准信号源的输出端测量值,计算得到直流衰减系数;与差分探头的输入端连接(探头“+”接标准信号源信号(3)把标准信号源的输出端与差分探头的输入端(探端,探头“-”接标准信号源地端),标准信号源输出一个头“-”接标准信号源信号端,探头“地”接标准信号源地正
