高壓單端探頭是一種無源探頭，測量時(shí)只需將一端接入被測設(shè)備，一端接入被測信號(hào)，即可進(jìn)行測量，器測量方法簡單，測量設(shè)備輕便，但都是最不值得一提的優(yōu)點(diǎn)，高壓單端探頭的核心在于可以在保證信號(hào)完整性的前提下，將千伏級(jí)高壓信號(hào)衰減至測量設(shè)備所接受的安全電壓范圍（±5V ）。在保證安全的同時(shí)準(zhǔn)確測量高壓信號(hào)，是測量高壓信號(hào)的常用探頭，如圖1所示。

圖1高壓單端探頭實(shí)物圖

高壓單端探頭實(shí)現(xiàn)大衰減的核心技術(shù)在于電阻分壓和電容補(bǔ)償，本文將從這兩個(gè)方面展開闡述。其基本原理圖如下圖所示（此圖衰減比為R1/R6）：

圖2高壓單端探頭的基本原理圖

高壓單端探頭總體結(jié)構(gòu)主要由前端分壓網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)傳輸鏈路和后端信號(hào)適配模塊三個(gè)部分組成，前端分壓網(wǎng)絡(luò)與被測信號(hào)直接相連，這部分的主要結(jié)構(gòu)是選用一個(gè)大電阻R1進(jìn)行分壓處理，值得注意的是，大電阻內(nèi)部存在電容電感等參數(shù)，所以我們?cè)诤竺嫣幚頃r(shí)要注意對(duì)大電阻進(jìn)行阻抗匹配。雖然我們發(fā)現(xiàn)使用一個(gè)大電阻便可以達(dá)到分壓的效果，但這往往是不對(duì)的，撇開前面提及的阻抗匹配不談，這樣的電路根本測不了高頻信號(hào)，因?yàn)轭l率越高，電阻的阻抗越大，當(dāng)輸入一個(gè)高頻信號(hào)時(shí)，輸出的信號(hào)將被大幅度衰減（衰減程度大于-3dB），這不滿足信號(hào)的完整性。所以在后端的分壓處理時(shí)，需要給大電阻并聯(lián)一個(gè)電容C1，同時(shí)我們考慮到大電阻內(nèi)部存在電容電感、金屬外殼也存在寄生電容，為了防止高頻信號(hào)由于C1容抗減小出現(xiàn)上升趨勢，我們需要對(duì)C1串聯(lián)電阻R2進(jìn)行阻抗匹配，保證高頻信號(hào)可以平穩(wěn)完整通過前端電路。

傳輸線內(nèi)存在電阻，圖2中的R3即為與無損傳輸線內(nèi)的電阻進(jìn)行阻抗匹配。

后端電路主要由匹配電阻，和補(bǔ)償電容組成，值得注意的是，后端電路中的補(bǔ)償電容（C2并C3）不單單只是與前端鏈路進(jìn)行匹配，還需要注意示波器的輸入電容以及線纜的寄生電容，所以在計(jì)算阻抗匹配時(shí)，不僅要計(jì)算上補(bǔ)償電容，還需要計(jì)算示波器的輸入電容值和線纜的寄生電容，以保證探頭的阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)高精度的測量。電阻R5是為了防止“地彈”現(xiàn)象，保證了信號(hào)的準(zhǔn)確性。

高壓單端探頭，最重要的核心在于電阻分壓和電容耦合，解決了這兩個(gè)問題，大衰減比，高精度都可以迎刃而解。同時(shí)器材的選型也尤為重要，下期再闡述在高壓單端探頭設(shè)計(jì)的過程中，我們應(yīng)該如何進(jìn)行選型處理。
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審核編輯 黃宇