高压单端探头，如何实现大比例的衰减？

高压单端探头是一种无源探头，测量时只需将一端接入被测设备，一端接入被测信号，即可进行测量，器测量方法简单，测量设备轻便，但都是最不值得一提的优点，高压单端探头的核心在于可以在保证信号完整性的前提下，将千伏级高压信号衰减至测量设备所接受的安全电压范围（±5V ）。在保证安全的同时准确测量高压信号，是测量高压信号的常用探头，如图1所示。

图1高压单端探头实物图

高压单端探头实现大衰减的核心技术在于电阻分压和电容补偿，本文将从这两个方面展开阐述。其基本原理图如下图所示（此图衰减比为R1/R6）：

图2高压单端探头的基本原理图

高压单端探头总体结构主要由前端分压网络、信号传输链路和后端信号适配模块三个部分组成，前端分压网络与被测信号直接相连，这部分的主要结构是选用一个大电阻R1进行分压处理，值得注意的是，大电阻内部存在电容电感等参数，所以我们在后面处理时要注意对大电阻进行阻抗匹配。虽然我们发现使用一个大电阻便可以达到分压的效果，但这往往是不对的，撇开前面提及的阻抗匹配不谈，这样的电路根本测不了高频信号，因为频率越高，电阻的阻抗越大，当输入一个高频信号时，输出的信号将被大幅度衰减（衰减程度大于-3dB），这不满足信号的完整性。所以在后端的分压处理时，需要给大电阻并联一个电容C1，同时我们考虑到大电阻内部存在电容电感、金属外壳也存在寄生电容，为了防止高频信号由于C1容抗减小出现上升趋势，我们需要对C1串联电阻R2进行阻抗匹配，保证高频信号可以平稳完整通过前端电路。

传输线内存在电阻，图2中的R3即为与无损传输线内的电阻进行阻抗匹配。

后端电路主要由匹配电阻，和补偿电容组成，值得注意的是，后端电路中的补偿电容（C2并C3）不单单只是与前端链路进行匹配，还需要注意示波器的输入电容以及线缆的寄生电容，所以在计算阻抗匹配时，不仅要计算上补偿电容，还需要计算示波器的输入电容值和线缆的寄生电容，以保证探头的阻抗匹配，实现高精度的测量。电阻R5是为了防止“地弹”现象，保证了信号的准确性。

高压单端探头，最重要的核心在于电阻分压和电容耦合，解决了这两个问题，大衰减比，高精度都可以迎刃而解。同时器材的选型也尤为重要，下期再阐述在高压单端探头设计的过程中，我们应该如何进行选型处理。
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审核编辑 黄宇