自制21：1探头

图3.14为一种典型的自制21：1探头。这种探头一要普通50欧同轴电缆制成。焊接到被测信号点及其本地电路接地点。探头在示波器的50欧输入插座处端接。同轴电缆的感应端被其远端的示波器端接，可以看成纯电阻性的。因此，该电缆的总输入阻抗为1050欧。10千欧的馈送电阻和同轴电缆的50欧阻抗形成了一个电阻性的分压顺，分压比为：

如果需要，可以把垂直方向的刻度进行一些微小的调整，使之变成1.00V/刻度。

21：1探头结构的优点在于以下三个方面：

直流输入阻抗为1050欧（相反，如果只用同轴电缆，则为50欧）
1/4W，1K电阻的等效并联电容为1/2PF，这一点是非常有利的
探头的上升时间很快

这个自制示波器探头上升时间的估算由以下三个因素决定：BNC连接器的上升时间，同轴电缆上升时间，以及感应回路的上升时间。

假定示波器具有50欧的BNC输入插座，这个BNC连接器向50欧电缆中引入了一个串联感抗，引入点位于屏蔽层从中间向外剥开与BNC接头相连的地方，表3.2列出了几种类型的同轴电缆连接器的串联电感及其10~90%上升时间常数。如果示波器没有50欧的内部端接器，可以用一个外接的端接头同轴电缆。这种方法会对测量装置产生显著的寄生干扰，尤其是当使用BNC T型头带一个独立的端接器插头的时候。所以这个装置应采用一个高质量的线内端接器。

表3.3为不同长度的类型的同轴电缆的10~90%上升时间。电缆的上升时间与距离的平方成正比。每一种电缆的结果之间都有一个固定的比例常数。

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首先，通过找出衰减等于3.3DB的频率点可以得到上升时间的估算值。对于同轴电缆，这个频率值就是其转折频率。可以通过普通的方法由转折频率来得到上升时间：T=0.5/F转折。仅当电缆长度转短时这个公式才适用。

注意，高速条件下的衰减同频率的平方根成正比。这一事有助于我们在生产厂商的电缆产品目录中列出的衰减指标数据点进行插值计算，衰减直接与长度成正比。

该21：1探头的传感回路起始于信号源，包括1K传感电阻。传感电阻接到同轴电缆，同轴电缆再与印刷电路板相连接，通过地线通路返回到信号源。应该使这个地线通路尽量贴近，以得到比较好的效果。

传感回路的电感是其直径的函数，表3.4列出了几个回路电厂和其10~90%上升时间的对应值。该表假定传感回路的大部分是由AWG24的电缆构成的。

由于这种自制的探头中加入了1K的输入电阻，与采用50欧的同轴电缆或10PF输入电容的探头相比，由传感环路电感引起的上升时间劣化，即L/R，非常小。这种自制探头具有极好的上升时间。如果加入更大的电阻，其上升时间甚至会更好。

限制这种衰减探头使用的一个因素是衰减电阻元件的端到端并联电容。一个1/4W的电阻元件通常的端到端电容为1/2PF。在频率很高的时候，这个并联电容向同轴电缆馈送了不必要的能量，使得被测电路负载增大。

使用体积小一点的电阻会使并联电容问题得到一些改善。这里需要注意的是1/8W，1K电阻元件的功率限制，这时的电源电压最高不能超过正负11V。

对付并联电容的另外一种方法是在同轴电缆的传感端特意并联一个电容。这个修正电容与传感电阻的并联电容一起组成一个匹配的21：1分压网络。这个网络在级高的频率范围上具有平坦的频率响应曲线。商用示波器探头采用的就是这种技术。在实验室条件下，很难制作出非常精确的电容分压装置。

衰减探头具有较低的Q值，使用高质量的21：1探头，会很少看到过冲和振铃现象。

TEKTRONIX生产了一种一自探头类似的低阻抗，无源衰减探头。产品系列包括P6156、P6150和P6231。P6156可能用于任何具有BNC输入和50欧内部端接电阻的垂直放大器。

例：自制探头的10~90%上升时间

用6FT长的RG-174和一个BNC的连接器制作的示波器探头，其传感回路的直径为0.5IN。