电容负荷对波形中高频成分的幅度和相位的影响

之前我们讲了信号源阻抗对探头负荷的净效应影响，其实除了影响上升时间外，电容负荷还影响着波形中高频成分的幅度和相位。

对此要记住，所有波形都是由正弦曲线成分构成的。50 MHz 方波拥有超过 100 MHz 的有效谐波成分。所以不仅要考虑波形基础频率上的负荷效应，而且要考虑超过基础频率几倍的频率上的负荷效应。

负荷取决于探头尖端上的总阻抗。这称为 Zp，Zp 由电阻成分 Rp 和电抗成分 Xp 组成。电抗成分主要是电容，但在探头中可以设计电感单元，以部分偏移电容负荷。

图 1. 有源探头典型的输入阻抗随频率变化

一般来说，Zp 会随着频率提高而下降。大多数探头仪器手册会编制探头 Rp 数据，文档中包括显示 Zp 与频率的关系曲线。图 1 是普通有源探头的实例。注意，1 兆欧阻抗幅度固定在接近 100 kHz。这通过认真设计探头的相关电阻单元、电容单元和电感单元实现。

图 2 说明了探头曲线的另一个实例。在这种情况下，显示了典型 10 兆欧无源探头的 Rp 和 Xp 与频率关系。虚线 (Xp) 说明了电容电抗随频率变化。注意，Xp 在DC 上开始下降，但 Rp 直到 100 kHz 时才开始明显滚降。通过认真设计相关 R、C 和 L 单元，再次可以偏移总负荷。

图 2. 典型 10 兆欧无源探头的 Xp 和 Rp 与频率关系

如果没有得到探头的阻抗曲线，可以使用下述公式估算最坏情况下的负荷：

Xp = 1/2πfC

其中：

Xp = 电容电抗

f = 频率

C = 探头尖端电容

如，头部电容为 11 pF 的标准无源 10 兆欧探头的电容电抗 (Xp) 在 50 MHz 时大约为 290 欧姆。根据信号源阻抗，这种负荷可能会给信号幅度带来很大影响 ( 通过简单的分路器动作 )，其甚至可能会影响被探测的电路操作。

审核编辑 黄宇