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如何理解示波器探头的带宽

日期:2018-08-07 22:36 人气:

  示波器带宽

  对于经常跟示波器打交道的电子工程师来说,示波器的带宽无疑是他们最关心的指标之一。带宽直接影响信号的保真度和测量的准确度。我们通常所说的带宽是指-3dB带宽,如图 1所示。在200M带宽的示波器上输入200M的正弦波,理论上其幅度会下降3dB。然而,你若?#28304;?#26102;测量到的信号幅度除以0.707,想?#28304;?#33719;得真实的信号的幅度,得到的结果却未必正确。因为实际上,示波器在设计?#20445;?#20026;了保证带宽?#38382;?#21644;减小信号失真,在带内的信号衰减幅度通常会小于3dB。所以,200M带宽是一个设计指标,保证对200M以内的正弦波幅度的衰减不超过3 dB,以提供较好的测量置信度。

  如何理解示波器探头的带宽

  图 1 带宽定义为响应曲线中幅度下降3dB的频率

  探头的带宽

  示波器要进行测量必须使用探头,示波器探头的带宽对示波器有着怎样的影响?下面我们针对应用最为广泛的高阻无源探头进行分析。高阻无源探头有不同的衰减比例,如1&TImes;、10&TImes;、100&TImes;等,即使是同一个探头,在不同的衰减档位下,带宽也不一样,使用时应注意。如ZP1025S在1&TImes;档位下的带宽为10M,而在10×档位下的带宽为250M,如图 2所示。那么ZP1025S切换到10×档位后接到ZDS2022带宽为200M的示波器上,?#20302;?#30340;整体带宽是多少?答案是:仍然是200M。

  如何理解示波器探头的带宽

  图 2 示波器探头ZP1025S

  我们来实测验证一下,把探头ZP1025S连接到ZDS2022示波器上,通过探头测量一个频率为200M,?#34892;?#20540;为200mV的正弦波,测量结果如图 3所示,频率为200M,?#34892;?#20540;为161mV,衰减了约2dB。从而,探头与示波器组成的?#20302;常?#24102;宽仍然达到了200M。值得注意的是,对200M的信号并非衰减越小越好,这会带来其他方面的问题。

  如何理解示波器探头的带宽

  图 3 对200M正弦波的实测验证

  探头选用的原则是,探头的带宽应不低于示波器带宽,以保证连接到示波器上之后可以充分利用示波器的带宽。当探头的带宽低于示波器带宽?#20445;低?#30340;带宽会受限于探头带宽,并可能产生额外的波?#20301;?#21464;,这种畸变是由于探头与示波器不匹配造成的。使用示波器厂家推荐的探头,可以避免由于探头与示波器不匹配造成的额外波?#20301;?#21464;,并在探头带宽不低于示波器带宽?#20445;?#20445;证示波器带宽扩展到探尖。

  问题回顾

  回到前面的问题:一个200M带宽的示波器,配一个200M带宽的无源探头,能行吗?带宽会不会降低到140M?通过上面的文字,您应该很容易得到答案:这样的配置是可行的,带宽不会降低到140M,但为保证200M的可用带宽,及避免额外的波?#20301;?#21464;,应尽可能用示波器厂家推荐的探头。

  可能有的读者仍然会有疑问:两个200M带宽的?#20302;?#32423;联,带宽为什么还能保持200M?

  事实上,探头与示波器的连接并不是简单的级联。

  我们不妨想想,探头的10倍衰减是如何实现的,它是与示波器的输入阻抗分压实现的,如果探头不连接到示波器上,本身是无法实现10倍衰减的。因此,探头连接到示波器后,应作为一个整体?#20302;?#26469;看待,无论评估?#20302;?#24102;宽还是上升时间,都应如此。另外,200M带宽的示波器,对200M的正弦波的幅?#20154;?#20943;实际小于3dB,这个是有一定的裕量的。连接上探头之后,对于200M以内的正弦波的幅?#20154;?#20943;仍然不超过3dB。为了获得更加准确的测量结果,应选择指定带宽比被测信号的最高频率波形高3至5倍的示波器,就是基于这方面考虑的,即减少或避免测量?#20302;?#30340;频率响应特性对测试测量的结果造成的影响。

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