高壓單端探頭設(shè)計(jì)中的器材應(yīng)如何選型

　　在高壓單端探頭設(shè)計(jì)的過程中，器材的選型是尤為重要的，這決定探頭的性能，可靠性和安全性等重要環(huán)節(jié)。從電氣性能到機(jī)械結(jié)構(gòu)，每一個(gè)器件的選型都要經(jīng)過深思熟慮，本文主要從電氣性能方面探討，應(yīng)該如何進(jìn)行器材的選型。

　　(1)電阻選型

　　電阻是構(gòu)建探頭衰減網(wǎng)絡(luò)的核心元器件，電阻的精度以及耐壓值將直接影響探頭測量的準(zhǔn)確性與安全性，同時(shí)也與探頭的性能直接掛鉤。在設(shè)計(jì)高壓單端探頭中，推薦使用金屬膜電阻如圖1所示。

　　圖1 金屬膜電阻

　　金屬膜電阻具有溫度系數(shù)低、精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)，高頻性能好等優(yōu)點(diǎn)，在確保衰減比的前提下可以使測量數(shù)值更加精確與穩(wěn)定，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上，金屬膜電阻的分布電容和電感比較小，高頻信號(hào)通過時(shí)可以準(zhǔn)確的進(jìn)行控制和處理，信號(hào)傳輸?shù)膿p耗和失真較小，使高頻信號(hào)能夠較完整的進(jìn)行傳輸。例如，在設(shè)計(jì) 1000:1 衰減比的探頭時(shí)，應(yīng)選用精度為 ±0.1% 的金屬膜電阻，可將衰減誤差控制在極小范圍內(nèi)。同時(shí)，電阻的額定功率需根據(jù)探頭的最大輸入電壓和電流進(jìn)行計(jì)算，避免因功率不足導(dǎo)致電阻過熱損壞。

　　(2)電容選型

　　在高壓單端探頭的設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，電容的選型對(duì)于信號(hào)傳輸質(zhì)量、測量精度以及系統(tǒng)可靠性都會(huì)產(chǎn)生直接的影響，不同種類的電容在頻率響應(yīng)、耐壓能力以及溫度穩(wěn)定性等方面呈現(xiàn)出各不相同的特性，要依據(jù)具體的應(yīng)用場景來做出合理的選擇。

　　在設(shè)計(jì)高壓單端探頭時(shí)，電容的耐壓能力是非常關(guān)鍵的。要是耐壓能力不足，就有可能致使介質(zhì)被擊穿，引發(fā)短路或者出現(xiàn)測量誤差，建議選用高壓陶瓷電容：其耐壓范圍可達(dá)到數(shù)kV，不過容值會(huì)隨著溫度和電壓的變化而產(chǎn)生較大變動(dòng)，比較適合應(yīng)用在對(duì)精度要求不是很高的旁路或?yàn)V波電路當(dāng)中;在高頻測量的場景里，電容的等效串聯(lián)電阻會(huì)帶來額外的損耗以及相位偏移，對(duì)信號(hào)保真度造成影響。應(yīng)當(dāng)優(yōu)先挑選低損耗、高頻特性良好的電容類型，例如NP0陶瓷電容如圖2所示，它采用溫度補(bǔ)償型介質(zhì)材料，容值溫度系數(shù)低至±30ppm/°C，在-55°C至+125°C這個(gè)范圍內(nèi)幾乎不會(huì)出現(xiàn)漂移，其ESR極低，ESL可控制在1nH以下，適合用于GHz級(jí)高頻信號(hào)的精確耦合與補(bǔ)償。

　　圖2 NPO(COG)陶瓷電容

　　對(duì)于關(guān)鍵電路，還可以采用多顆電容串聯(lián)分壓，但需并聯(lián)均壓電阻以平衡電壓分布。

　　在高壓單端探頭的設(shè)計(jì)過程中器材選型屬于一項(xiàng)復(fù)雜精細(xì)的工作，這其中要綜合考量電氣性能、安全可靠性以及成本等諸多方面的因素，只有經(jīng)過全方位評(píng)估并且進(jìn)行優(yōu)化之后，才可挑選出恰當(dāng)?shù)钠鞑模O(shè)計(jì)出性能出色、安全可靠的高壓單端探頭。

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