CN105974350A - 耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法，包括步骤：一、确定第一电容C1的电容值c1、第二电容C2的电容值c2和第四电容C4的电容值c4；二、给定通用示波器探头的电压衰减比T2的规定值；三、确定第三电容C3的电容值c3：步骤301、计算第三电容C3的计算电容值，作为第三电容C3的初始调试电容值；步骤302、将四端网络连接在耐射频高电位电压测试仪和示波器之间，接通电源对第三电容C3的计算电容值进行调试校准，调节第三电容C3的电容值得到第三电容C3的实际电容值。本发明方法步骤简单、设计合理，电压衰减比准确，满足示波器电压探头校准规范对高频高压信号测试频率响应的要求。
Description
技术领域
本发明属于计量器具技术领域，具体涉及一种耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法。
背景技术
耐射频高电位电压测试仪输出的信号频率范围为5MHz至7.5MHz，且输出信号的电压幅值有效值可到达1500V以上交流正弦电压，需要使用示波器对其进行测试，采用1000:1的高压示波器探头对耐射频高电位电压测试仪输出高压信号进行测试，现在示波器中用的高压探头一般都是针对直流、低频制作的。这些探头的频率响应仅适用于直流、低频，对于如此高的频率的信号测量误差非常大。现有的传统普通的示波器通用的探头的电压衰减比一般为1:1或10:1，电压衰减比较小，量程小，对耐射频高电位电压测试仪输出信号不适用。而实际应用中耐射频高电位电压测试仪输出信号为交流信号，频率高、电压幅值较大，目前市场上使用的高压探头，频率响应差，不满足JJF 1437-2013示波器电压探头校准规范对高频高压信号测试频率响应的要求；耐射频高电位电压测试仪实际上是一个高频、高压信号源，其输出信号加在仪器内部“模拟连接器”上或输出加在外部“受试连接器”上，不论“模拟连接器”或“受试连接器”，在电学上都相当于一个“电容器”，它们的电容值范围为2～6pF，当耐射频高电位电压测试仪工作时，在“模拟连接器”上或“受试连接器”上有高频高压，当对这个高频高压信号进行测量时，要求测试的示波器探头的输入电容值应该远小于这个电容器的电容值(远小于2pF)才可达到准确的测试目的，目前国内计量部门大都使用的美国泰克公司的P6015A探头，该探头的输入电容值范围为3～6pF(实际中常是4pF或5pF)，这种探头的频率响应也是不合格的，给测量带来较大的误差；申请号为201520535907.8的中国专利仅公开了耐射频高电位电压测试仪用探头的基本电路连接关系，但未给出电路参数设计及参数校准方法，因此，现如今缺少耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法，可实现交流高频高电压测量时其测试探头电压衰减参数的精准衰减值，可准确测量耐射频高电位电压测试仪输出的高频高压电信号，测试误差小。同时降低测试探头的输入电容，满足JJF 1437-2013示波器电压探头校准规范对高频高压信号测试频率响应的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法，其步骤简单、设计合理且使用效果好，电压衰减比参数准确，实现示波器电压探头校准规范对高频高压信号测试频率响应的要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法，所述耐射频高电位电压测试仪用探头电路为四端网络，所述四端网络包括T型电容网络和与所述T型电容网络输出端相接的通用示波器探头，所述T型电容网络包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；所述通用示波器探头输入端的一端经第三电容C3与第一电容C1的一端相接，第一电容C1的另一端为四端网络的一个信号输入端，第三电容C3和第一电容C1的一端的连接端与第二电容C2的一端相接，第二电容C2的另一端分三路，一路接地，另一路与通用示波器探头输入端的另一端相接，第三路为四端网络的另一个信号输入端；所述通用示波器探头的输入电容为第四电容C4，所述通用示波器探头的电压衰减比为T2，其特征在于该设计方法包括以下步骤：
步骤一、确定第一电容C1的电容值c1、第二电容C2的电容值c2和第四电容C4的电容值c4：
根据公式其中，c'为四端网络的输入电容C'的输入电容值，c3为第三电容C3的电容值，四端网络的输入电容C'的输入电容值c'需满足c'<2pF，选取c1≤2pF；
选取第二电容C2的电容值c2的经验值：0<c2≤1pF；
选择所述通用示波器探头的档位，将通用示波器探头的输入端接在电容测量仪的信号输入端直接测量第四电容C4的电容值c4，通用示波器探头的档位包括示波器探头衰减×1档和示波器探头衰减×10档；
步骤二、给定通用示波器探头的电压衰减比T2的规定值；
步骤三、确定第三电容C3的电容值c3：
步骤301、根据公式计算第三电容C3的计算电容值，U1为耐射频高电位电压测试仪输出的电压值，U2为通用示波器探头的输出电压值，U4为通用示波器探头的输入电压值，T1为所述T型电容网络的电压衰减比，T为四端网络的电压衰减比；
步骤302、将四端网络连接在耐射频高电位电压测试仪和示波器之间，接通电源对第三电容C3的计算电容值进行调试校准；按照耐射频高电位电压测试仪说明书规定得到耐射频高电位电压测试仪输出电压值U1，读取通用示波器探头的输出电压值U2；根据公式的计算值，实际观察示波器上的读数U2，调节第三电容C3的电容值c3，当满足四端网络的电压衰减比T的计算值为1000时，得到第三电容C3的实际电容值c3。
上述的耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法，其特征在于：步骤一中选取的第一电容C1的电容值c1为1pF～2pF。
上述的耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法，其特征在于：步骤二中通用示波器探头存在高频响应，当选用通用示波器探头的示波器探头衰减×1档时，给定通用示波器探头的电压衰减比T2＝2；当选用通用示波器探头的示波器探头衰减×10档时，给定通用示波器探头的实际电压衰减比T2＝20。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明中通过将通用示波器探头等效成一个输入电容即第四电容C4参数和电压衰减比T2参数与T型电容网络连接构成一个四端网络，该四端网络的输入电容为第三电容C3和第四电容C4串联的结果与第二电容C2并联后的结果再与第一电容C1串联连接；两个电容串联，其总等效电容值小于两个串联电容中的任何一个电容值，因此，耐射频高电位电压测试仪用探头电路的输入电容值要达到小于2pF的要求时，只需第一电容C1的电容值c1小于2pF即可，达到了四端网络的输入电容远小于被测对象的电容值，彻底解决了小电容两端的高频高压信号无法测量的问题，即解决了示波器高压探头的高频响应差的问题，便于推广使用。
2、本发明采用测量通用示波器探头输入电容值的方法，即实际测量得到第四电容C4的电容值c4，计算第三电容C3的电容值c3，再通过实际校准微调第三电容C3的电容值实现四端网络的电压衰减比T＝1000，达到产品的技术规范，使用效果好。
3、本发明中根据对四端网络的输入电容的要求远小于被测对象电容的电容值，可适当选择第二电容C2的电容值达到了降低四端网络输入电容的目的，选择范围宽，电路简单，使用效果好。
4、本发明设计新颖合理，方法灵活，实用性强，便于推广使用。
综上所述，本发明设计新颖合理，电压衰减比参数准确，对交流高频高电压具有良好的频率响应，解决传统示波器探头不能准确测量交流高频高压信号的问题，实用性强，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明四端网络的输入电容的电路原理图。
附图标记说明:
1—T型电容网络；2—通用示波器探头。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示的耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法，所述耐射频高电位电压测试仪用探头电路为四端网络，所述四端网络包括T型电容网络1和与所述T型电容网络1输出端相接的通用示波器探头2，所述T型电容网络1包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；所述通用示波器探头2输入端的一端经第三电容C3与第一电容C1的一端相接，第一电容C1的另一端为四端网络的一个信号输入端，第三电容C3和第一电容C1的一端的连接端与第二电容C2的一端相接，第二电容C2的另一端分三路，一路接地，另一路与通用示波器探头2输入端的另一端相接，第三路为四端网络的另一个信号输入端；所述通用示波器探头2的输入电容为第四电容C4，所述通用示波器探头2的电压衰减比为T2，该设计方法包括以下步骤：
步骤一、确定第一电容C1的电容值c1、第二电容C2的电容值c2和第四电容C4的电容值c4：
根据公式其中，c'为四端网络的输入电容C'的输入电容值，c3为第三电容C3的电容值，四端网络的输入电容C'的输入电容值c'需满足c'<2pF，选取c1≤2pF；
选取第二电容C2的电容值c2的经验值：0<c2≤1pF；
选择所述通用示波器探头2的档位，将通用示波器探头2的输入端接在电容测量仪的信号输入端直接测量第四电容C4的电容值c4，通用示波器探头2的档位包括示波器探头衰减×1档和示波器探头衰减×10档；
需要说明的是，第一电容C1越小则四端网络的输入电容c'就越小，确定c1≤2pF即可满足，优选1pF≤c1≤2pF，因此满足JJF 1437-2013示波器电压探头校准规范对高频高压信号测试频率响应的要求时，第一电容C1最大值取为2pF，使探头频率响应得到改善，本实施例中，第一电容C1的电容值c1＝2pF；
需要说明的是，由于高频响应的存在，选取第二电容C2的电容值c2的经验值：0<c2≤1pF，选取第二电容C2的电容值c2时，由于选取的第二电容C2的电容值c2越小，越有利于降低四端网络的输入电容C'的输入电容值c'，使探头频率响应得到改善，本实施例中，第二电容的电容值c2＝0.66pF；
需要说明的是，由于实际使用的通用示波器探头2的型号以及参数配置各异，并且加工制作也有差异，因此通用示波器探头2的输入电容也各有不同，使用通用示波器探头2的示波器探头衰减×1档或通用示波器探头2的示波器探头衰减×10档对实际使用的通用示波器探头2的输入电容值进行直接测量，采用电容测量仪实际测量的第四电容C4的电容值c4；本实施例中，采用示波器探头衰减×1档的通用示波器探头2，使用电容测量仪测量第四电容C4的电容值c4为160pF。
步骤二、给定通用示波器探头2的电压衰减比T2的规定值；
需要说明的是，当选取通用示波器探头2的示波器探头衰减×1档时，通用示波器探头2的档位标定衰减比1:1；当选取通用示波器探头2的示波器探头衰减×10档时，通用示波器探头2的档位标定衰减比10:1；根据通用示波器探头2的高频响应影响，当选用通用示波器探头2的示波器探头衰减×1档时，规定通用示波器探头2的电压衰减比T2＝2；当选用通用示波器探头2的示波器探头衰减×10档时，规定通用示波器探头2的电压衰减比T2＝20；本实施例中，采用示波器探头衰减×1档的通用示波器探头2，选取的通用示波器探头2的电压衰减比T2＝2。
步骤三、确定第三电容C3的电容值c3：
步骤301、根据公式计算第三电容C3的计算电容值，U1为耐射频高电位电压测试仪输出的电压值，U2为通用示波器探头2的输出电压值，U4为通用示波器探头2的输入电压值，T1为所述T型电容网络1的电压衰减比，T为四端网络的电压衰减比；
本实施例中，由于第一电容的电容值c1＝2pF、第二电容的电容值c2＝0.66pF、第四电容的电容值c4＝160pF和选取的通用示波器探头2的实际电压衰减比T2＝2:1，可知T型电容网络1的电压衰减比计算第三电容C3的计算电容值为0.51pF；
步骤302、将四端网络连接在耐射频高电位电压测试仪和示波器之间，接通电源对第三电容C3的计算电容值进行调试校准；按照耐射频高电位电压测试仪说明书规定得到耐射频高电位电压测试仪输出电压值U1，读取通用示波器探头2的输出电压值U2；根据公式的计算值，实际观察示波器上的读数U2，调节第三电容C3的电容值c3，当满足四端网络的电压衰减比T的计算值为1000时，得到第三电容C3的实际电容值c3；
本实施例中，反复多次调试第三电容C3的计算电容值满足四端网络的电压衰减比T＝1000时，得到第三电容C3的实际电容值，第三电容的电容值c3＝5pF。
如图1和图2所示，本实施例中，本发明实际调试时，根据公式计算出四端网络的输入电容C'的输入电容值c'；由于第一电容的电容值c1＝2pF、第二电容的电容值c2＝0.66pF、第三电容的电容值c3＝5pF和第四电容的电容值c4＝160pF计算得出四端网络的输入电容C'的输入电容值c'＝1.47pF；根据步骤302中调节耐射频高电位电压测试仪使其输出一个高频高压交流的电压值U1，本实施例中输出电压值U1＝6000V(电压峰峰值)，由于第二电容C2的两端电压值为U3，可计算出第二电容C2的两端电压值U3＝1600V(电压峰峰值)，进一步的计算通用示波器探头2的输入电压值U4＝48V(电压峰峰值)；根据步骤302中示波器上显示U2＝6V(电压峰峰值)，可以很明显看出交流高频高电压在耐射频高电位电压测试仪用探头电路中是逐级衰减的，且耐射频高电位电压测试仪用探头电路的电压衰减比为1000，在实际测量时，将示波器的档位置于×1000档，示波器的读数就能准确反映耐射频高电位电压测试仪的准确输出电压读数。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是：本发明根据步骤一选取第二电容的电容值c2＝1pF。
根据步骤一选取第一电容的电容值c1＝2pF；根据步骤一选取采用示波器探头衰减×1档的通用示波器探头2且使用电容测量仪测量的第四电容C4的电容值c4为170pF；根据步骤二选定通用示波器探头2的电压衰减比T2＝2:1。
如图1所示，根据步骤301中公式计算第三电容C3的计算电容值为0.62pF；U1为耐射频高电位电压测试仪输出的电压值，T1为所述T型电容网络1的电压衰减比，T为四端网络的电压衰减比；根据步骤302，本实施例中，反复多次调试第三电容C3的计算电容值满足四端网络的电压衰减比T＝1000时，得到第三电容C3的实际电容值c3＝4pF。
如图1和图2所示，本实施例中，本发明实际调试时，根据公式计算出四端网络的输入电容C'的输入电容值c'；由于第一电容的电容值c1＝2pF、第二电容的电容值c2＝1pF、第三电容的电容值c3＝4pF和第四电容的电容值c4＝170pF计算得出四端网络的输入电容C'的输入电容值c'＝1.42pF，根据步骤302中调节耐射频高电位电压测试仪使其输出一个高频高压交流的电压值U1，本实施例中输出电压值U1＝6000V(电压峰峰值)，由于第二电容C2的两端电压值为U3，可计算出第二电容C2的两端电压值U3＝1739V(电压峰峰值)，进一步的计算通用示波器探头2的输入电压值U4＝40V(电压峰峰值)；根据步骤302中示波器上显示U2＝6V(电压峰峰值)。
实施例3
本实施例与实施例2不同的是：本发明根据步骤一选取第一电容的电容值c1＝1pF。
根据步骤一选取第二电容的电容值c2＝1pF；根据步骤一选取采用示波器探头衰减×1档的通用示波器探头2且使用电容测量仪测量的第四电容C4的电容值c4为150pF；根据步骤二选定通用示波器探头2的电压衰减比T2＝2:1。
如图1所示，根据步骤301中公式计算第三电容C3的计算电容值为0.86pF；U1为耐射频高电位电压测试仪输出的电压值，T1为所述T型电容网络1的电压衰减比，T为四端网络的电压衰减比；根据步骤302，本实施例中，反复多次调试第三电容C3的计算电容值满足四端网络的电压衰减比T＝1000时，得到第三电容C3的实际电容值，第三电容的电容值c3＝1000pF。
如图1和图2所示，本实施例中，本发明实际调试时，根据公式计算出四端网络的输入电容C'的输入电容值c'；由于第一电容的电容值c1＝1pF、第二电容的电容值c2＝1pF、第三电容的电容值C3＝1000pF和第四电容的电容值C4＝150pF计算得出四端网络的输入电容C'的输入电容值c'＝0.99pF，根据步骤302中调节耐射频高电位电压测试仪使其输出一个高频高压交流的电压值U1，本实施例中输出电压值U1＝6000V(电压峰峰值)，由于第二电容C2的两端电压值为U3，可计算出第二电容C2的两端电压值U3＝45.5V(电压峰峰值)，进一步的计算通用示波器探头2的输入电压值U4＝39.5V(电压峰峰值)；根据步骤五中示波器上显示U2＝6V(电压峰峰值)。
实施例4
本实施例与实施例2不同的是：本发明根据步骤一选取示波器探头衰减×10档的通用示波器探头2且使用电容测量仪测量第四电容C4的电容值c4为41pF；根据步骤二选定通用示波器探头2的电压衰减比T2＝20。
根据步骤一选取第一电容的电容值c1＝2pF，选取第二电容的电容值c2＝1pF均与实施例2相同。
如图1所示，根据步骤301中公式计算第三电容C3的计算电容值为2.2pF，U1为耐射频高电位电压测试仪输出的电压值，T1为所述T型电容网络1的电压衰减比，T为四端网络的电压衰减比；根据步骤302，本实施例中，反复多次调试第三电容C3的计算电容值满足四端网络的电压衰减比T＝1000时，得到第三电容C3的实际电容值c3＝10pF。
如图1和图2所示，本实施例中，本发明实际调试时，根据步骤一中公式计算出四端网络的输入电容C'的输入电容值C′；由于第一电容的电容值c1＝2pF、第二电容的电容值c2＝1pF、第三电容的电容值c3＝10pF和第四电容的电容值c4＝41pF计算得出四端网络的输入电容C'的输入电容值c'＝1.64pF，根据步骤302中调节耐射频高电位电压测试仪使其输出一个高频高压交流的电压值U1，本实施例中输出电压值U1＝6000V(电压峰峰值)，由于第二电容C2的两端电压值为U3，可计算出第二电容C2的两端电压值U3＝1087V(电压峰峰值)，进一步的计算通用示波器探头2的输入电压值U4＝213V(电压峰峰值)；根据步骤五中示波器上显示U2＝6V(电压峰峰值)。
实施例5
本实施例与实施例4不同的是：本发明根据步骤一选取第一电容的电容值c1＝1.5pF。
根据步骤一选取第二电容的电容值c2＝1pF；根据步骤一选取采用示波器探头衰减×10档的通用示波器探头2且使用电容测量仪测量的第四电容C4的电容值c4为40pF；根据步骤二选定通用示波器探头2的电压衰减比T2＝20:1。
如图1所示，根据步骤301中公式计算第三电容C3的计算电容值为3.1pF，U1为耐射频高电位电压测试仪输出的电压值，T1为所述T型电容网络1的电压衰减比，T为四端网络的电压衰减比；根据步骤302，本实施例中，反复多次调试第三电容C3的计算电容值满足四端网络的电压衰减比T＝1000时，得到第三电容C3的实际电容值c3＝14pF。
如图1和图2所示，本实施例中，本发明实际调试时，根据步骤一中公式计算出四端网络的输入电容C'的输入电容值c'；由于第一电容的电容值c1＝1.5pF、第二电容的电容值c2＝1pF、第三电容的电容值c3＝14pF和第四电容的电容值c4＝40pF计算得出四端网络的输入电容C'的输入电容值c'＝1.3pF，根据步骤302中调节耐射频高电位电压测试仪使其输出一个高频高压交流的电压值U1，本实施例中输出电压值U1＝6000V(电压峰峰值)，由于第二电容C2的两端电压值为U3，可计算出第二电容C2的两端电压值U3＝698V(电压峰峰值)，进一步的计算通用示波器探头2的输入电压值U4＝181V(电压峰峰值)；根据步骤五中示波器上显示U2＝6V(电压峰峰值)。
实际使用中，为了确保耐射频高电位电压测试仪用探头在高电压下的安全工作，要求第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的实际使用的电容器的耐压值均高于3000V，以上验证试验表明，本发明交流高频高电压的频率响应效果好，电压衰减比参数准确，解决传统示波器探头不能准确测量交流高频高压信号的问题，可实现交流高电压测量时其探头衰减比参数的精准衰减，同时由于降低了输入电容，满足了JJF 1437-2013示波器电压探头校准规范对高频高压信号测试频率响应的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法，所述耐射频高电位电压测试仪用探头电路为四端网络，所述四端网络包括T型电容网络(1)和与所述T型电容网络(1)输出端相接的通用示波器探头(2)，所述T型电容网络(1)包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；所述通用示波器探头(2)输入端的一端经第三电容C3与第一电容C1的一端相接，第一电容C1的另一端为四端网络的一个信号输入端，第三电容C3和第一电容C1的一端的连接端与第二电容C2的一端相接，第二电容C2的另一端分三路，一路接地，另一路与通用示波器探头(2)输入端的另一端相接，第三路为四端网络的另一个信号输入端；所述通用示波器探头(2)的输入电容为第四电容C4，所述通用示波器探头(2)的电压衰减比为T2，其特征在于该设计方法包括以下步骤：
步骤一、确定第一电容C1的电容值c1、第二电容C2的电容值c2和第四电容C4的电容值c4：
根据公式其中，c'为四端网络的输入电容C'的输入电容值，c3为第三电容C3的电容值，四端网络的输入电容C'的输入电容值c'需满足c'<2pF，选取c1≤2pF；
选取第二电容C2的电容值c2的经验值：0<c2≤1pF；
选择所述通用示波器探头(2)的档位，将通用示波器探头(2)的输入端接在电容测量仪的信号输入端直接测量第四电容C4的电容值c4，通用示波器探头(2)的档位包括示波器探头衰减×1档和示波器探头衰减×10档；
步骤二、给定通用示波器探头(2)的电压衰减比T2的规定值；
步骤三、确定第三电容C3的电容值c3：
步骤301、根据公式计算第三电容C3的计算电容值，U1为耐射频高电位电压测试仪输出的电压值，U2为通用示波器探头(2)的输出电压值，U4为通用示波器探头(2)的输入电压值，T1为所述T型电容网络(1)的电压衰减比，T为四端网络的电压衰减比；
步骤302、将四端网络连接在耐射频高电位电压测试仪和示波器之间，接通电源对第三电容C3的计算电容值进行调试校准；按照耐射频高电位电压测试仪说明书规定得到耐射频高电位电压测试仪输出电压值U1，读取通用示波器探头(2)的输出电压值U2；根据公式的计算值，实际观察示波器上的读数U2，调节第三电容C3的电容值c3，当满足四端网络的电压衰减比T的计算值为1000时，得到第三电容C3的实际电容值c3。
2.按照权利要求1所述的耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法，其特征在于：步骤一中选取的第一电容C1的电容值c1为1pF～2pF。
3.按照权利要求1所述的耐射频高电位电压测试仪用探头电路的设计调试方法，其特征在于：步骤二中通用示波器探头(2)存在高频响应，当选用通用示波器探头(2)的示波器探头衰减×1档时，给定通用示波器探头(2)的电压衰减比T2＝2；当选用通用示波器探头(2)的示波器探头衰减×10档时，给定通用示波器探头(2)的实际电压衰减比T2＝20。
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