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

圖1高壓單端探頭實物圖

高壓單端探頭實現大衰減的核心技術在于電阻分壓和電容補償，本文將從這兩個方面展開闡述。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構主要由前端分壓網絡、信號傳輸鏈路和后端信號適配模塊三個部分組成，前端分壓網絡與被測信號直接相連，這部分的主要結構是選用一個大電阻R1進行分壓處理，值得注意的是，大電阻內部存在電容電感等參數，所以我們在后面處理時要注意對大電阻進行阻抗匹配。雖然我們發現使用一個大電阻便可以達到分壓的效果，但這往往是不對的，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，因為頻率越高，電阻的阻抗越大，當輸入一個高頻信號時，輸出的信號將被大幅度衰減（衰減程度大于-3dB），這不滿足信號的完整性。所以在后端的分壓處理時，需要給大電阻并聯一個電容C1，同時我們考慮到大電阻內部存在電容電感、金屬外殼也存在寄生電容，為了防止高頻信號由于C1容抗減小出現上升趨勢，我們需要對C1串聯電阻R2進行阻抗匹配，保證高頻信號可以平穩完整通過前端電路。

傳輸線內存在電阻，圖2中的R3即為與無損傳輸線內的電阻進行阻抗匹配。

后端電路主要由匹配電阻，和補償電容組成，值得注意的是，后端電路中的補償電容（C2并C3）不單單只是與前端鏈路進行匹配，還需要注意示波器的輸入電容以及線纜的寄生電容，所以在計算阻抗匹配時，不僅要計算上補償電容，還需要計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，實現高精度的測量。電阻R5是為了防止“地彈”現象，保證了信號的準確性。

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