我也来做一个高压（10kV）分压器——主观主义的惨痛教训

电路

最近做的项目用到高压，电压范围在10kV以内，公司有一台泰克P6015A的高压分压器，能够测量20kV以内的高压，其衰减比为1000:1，带宽75MHz，上升时间4ns，电阻100MΩ左右，图1为其实物图。

图1 泰克P6015A的高压探头

由于几个项目组同时用到高压分压器，感觉不够用，萌发了自己做一个高压分压器的想法。说干就干，刚好公司里有一批精密线绕高压电阻，精度0.1%，温度系数15ppm/℃，阻值为100k、200k、500k、1M、2M、5M和10M，其中10M的数量有100多只，其他的只有25只左右，因此决定采用10M作为高压分压电阻。电阻参数如图2所示。

图2 电阻参数

电阻是RN70系列的，最大工作电压350V，想做10kV的高压分压器，取整数的话，需要30只，因此主分压电阻阻值为

按照1000:1比例设计，采样电阻取值应选择

由于实验室没有300k电阻，选择100k和200k串联组成300k采样电阻，总电阻为

理论偏差

整体电路图如图3所示。焊接好的电路如图4所示。

图3 自制高压分压器电路原理图

图4 焊接好的实物图

焊接好后，就开始测试，测试我买的3kV电源，采用基准芯片ADR530给3V基准电压，接入3kV高压电源，此时认为高压输出为3kV，将自制的分压器接入3kV高压电源，用Fluke 287C万用表测试采样端口，电压却只有2.703V，居然有10%的偏差，感觉很诡异，为什么偏差这么大？我分析原因有一下几点：

1、电阻不对，赶紧测试一下；

测试发现，总电阻300.2MΩ，算正常。

2、万用表在电压档下，内阻不够，由于采样电阻有300k，如果万用表在电压档的内阻在3M时，有可能造成10%的偏差；

由于电压档内阻不好测量，但询问技术，其内阻肯定不止3M，应在10M以上，按技术的答复参数，内阻影响不应超过3%；

3、高压模块输出不到3kV，有偏差；

马上用泰克P6015A分压器测试一下，采样点电压3.011V，反推回去，高压3011V，判断高压输出没有问题；

4、PCB材质不能耐高压，高压情况下，其等效阻抗降低，一般情况下电路板不应出现该问题，不过在PCB板材不确定情况下，不能排除。先测一测低压情况。

实验室用的电源是最高可以输出31V，可以先测一测，依次用万用表测试电源输出10V、20V、30V情况，发现测量结果比较理想，如图所示，电压分别为10.000V、20.002V、30.002V，如图5、6、7所示。

图5 测量10V电压输出

图6 测量20V电压输出

图7 测量30V电压输出

连接自制的分压器测试一下30V，此时采样电压如图8所示，电压0.0292V，折算回去约29.2V，误差＜3%，是小于10%的。

图8 用分压器测试30V

此处误差应是万用表内阻造成的，估算一下万用表内阻

求解上述方程，可得Fluke 287C内阻R约10.95MΩ，当然，这个是估算，可能实际值应在10MΩ。

如果分压电阻取100k而不是300k的话，万用表的内阻影响会更小，此时测量30V的电压，采样点显示如图9所示，0.0297V，误差减小了。当然，如果万用表内阻进一步增大，测量误差也会减小。

图9 分压电阻100k测量30V

至此，怀疑电路板有问题，将所有电阻拆下来，按照原理图直接将电阻引脚对引脚焊接，测试30V电源，分压后的电阻仍然是0.0292V，因此排除了电路板的影响，将电路板重新焊接后放置，重新开始分析。

泰克P6015A分压器总电阻约100M，分压电阻应是100k，我的总电阻300M，分压是300k，会不会是总电阻太高了？但是测量30V又是正常的，要不我用泰克分压器也测一测低压看看。于是，我用泰克P6015A分压器测量了一下30V，结果惊讶地发现分压居然是0.0329V，平白无故多出了10%，肯定有问题；分压大，说明分压电阻肯定大，测试了一下泰克P6015A总电阻，刚好是100M，再测试分压环节，发现分压电阻根本不是100k，而是110.38k，如图10所示。

图10 泰克P6015A高压探头的分压电阻值

就是他搞的鬼，这个高压分压器买回来有好长时间了，一直没有校准，内阻没有调整，这时我想起来前几年有次买2kV额定高压电源，结果测量出来是2213V，也多出了10%，当时也想了一段时间，为什么高了这么多，想做不影响使用，没有深究；今年上半年，做有个氙灯驱动高压时，高压用Fluke 287C测出来在600V，用泰克P6015A测试时，电压在664V，当时也是以为Fluke 287C测得不准，结果现在来看，原来是高压分压器的问题。

调整校准图11中的电位器后，电阻降为100k，此时比例真正降为1000：1了，测试30V的电压显示0.0299V，正常多了，测试3kV的高压电源，电压也在2.711V，和我的自己制作的分压器一致基本一致，看来高压电源也不合格呀。

图11 泰克P6015A高压探头衰减比调整

我猜测他们也是用的泰克的P6015A探头，也没有调整分压器，给那边打电话过去，一问，果然如此，和他们交流后，他们也不知道这个分压器回去后还要调整……

为什么泰克的分压器电阻都在110k左右呢，这时因为其采用了1个99k左右的分压电阻+1个20k的电位器，而电位器一般默认在中间的阻值，对于20k的电位器来说，也就是10k左右。

至此，问题全部解决，困扰几年的疑惑也豁然开朗，我们领导说过一句话，科研就是一层窗户纸，在没有捅破之前，要走很多弯弯绕绕，一旦捅破了，回头一看，就会觉得自己以前好傻，这次又有了一次深刻的理解。以后自己注意一些吧，别让主观主义再害惨了，再做精密测量时，不符合科学道理的，一定要深究，不能再当马大哈了。