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示波器探頭的帶寬詳解

更新時間:2017-03-09 點擊次數(shù):2490

一、示波器帶寬

     對于經(jīng)常跟示波器打交道的電子工程師來說,示波器的帶寬無疑是他們zui關(guān)心的指標(biāo)之一。帶寬直接影響信號的保真度和測量的準(zhǔn)確度。我們通常所說的帶寬是指-3dB帶寬,如圖1所示。在200M帶寬的示波器上輸入200M的正弦波,理論上其幅度會下降3dB。然而,你若對此時測量到的信號幅度除以0.707,想以此獲得真實的信號的幅度,得到的結(jié)果卻未必正確。因為實際上,示波器在設(shè)計時,為了保證帶寬參數(shù)和減小信號失真,在帶內(nèi)的信號衰減幅度通常會小于3dB。所以,200M帶寬是一個設(shè)計指標(biāo),保證對200M以內(nèi)的正弦波幅度的衰減不超過3dB,以提供較好的測量置信度。

圖-1 帶寬定義為響應(yīng)曲線中幅度下降3dB的頻率

二、探頭的帶寬

     示波器要進(jìn)行測量必須使用探頭,示波器探頭的帶寬對示波器有著怎樣的影響?下面我們針對應(yīng)用的高阻無源探頭進(jìn)行分析。高阻無源探頭有不同的衰減比例,如1×、10×、100×等,即使是同一個探頭,在不同的衰減檔位下,帶寬也不一樣,使用時應(yīng)注意。如ZP1025S在1×檔位下的帶寬為10M,而在10×檔位下的帶寬為250M,如圖2所示。那么ZP1025S切換到10×檔位后接到ZDS2022帶寬為200M的示波器上,系統(tǒng)的整體帶寬是多少?答案是:仍然是200M。

圖-2 示波器探頭ZP1025S

     我們來實測驗證一下,把探頭ZP1025S連接到ZDS2022示波器上,通過探頭測量一個頻率為200M,有效值為200mV的正弦波,測量結(jié)果如圖3所示,頻率為200M,有效值為161mV,衰減了約2dB。從而,探頭與示波器組成的系統(tǒng),帶寬仍然達(dá)到了200M。值得注意的是,對200M的信號并非衰減越小越好,這會帶來其他方面的問題。

圖-3 對200M正弦波的實測驗證

   探頭選用的原則是,探頭的帶寬應(yīng)不低于示波器帶寬,以保證連接到示波器上之后可以充分利用示波器的帶寬。當(dāng)探頭的帶寬低于示波器帶寬時,系統(tǒng)的帶寬會受限于探頭帶寬,并可能產(chǎn)生額外的波形畸變,這種畸變是由于探頭與示波器不匹配造成的。使用示波器廠家推薦的探頭,可以避免由于探頭與示波器不匹配造成的額外波形畸變,并在探頭帶寬不低于示波器帶寬時,保證示波器帶寬擴(kuò)展到探尖。

三、問題回顧

 

   回到前面的問題:一個200M帶寬的示波器,配一個200M帶寬的無源探頭,能行嗎?帶寬會不會降低到140M?通過上面的文字,您應(yīng)該很容易得到答案:這樣的配置是可行的,帶寬不會降低到140M,但為保證200M的可用帶寬,及避免額外的波形畸變,應(yīng)盡可能用示波器廠家推薦的探頭。

可能有的讀者仍然會有疑問:兩個200M帶寬的系統(tǒng)級聯(lián),帶寬為什么還能保持200M?

事實上,探頭與示波器的連接并不是簡單的級聯(lián)。

     我們不妨想想,探頭的10倍衰減是如何實現(xiàn)的,它是與示波器的輸入阻抗分壓實現(xiàn)的,如果探頭不連接到示波器上,本身是無法實現(xiàn)10倍衰減的。因此,探頭連接到示波器后,應(yīng)作為一個整體系統(tǒng)來看待,無論評估系統(tǒng)帶寬還是上升時間,都應(yīng)如此。另外,200M帶寬的示波器,對200M的正弦波的幅度衰減實際小于3dB,這個是有一定的裕量的。連接上探頭之后,對于200M以內(nèi)的正弦波的幅度衰減仍然不超過3dB。為了獲得更加準(zhǔn)確的測量結(jié)果,應(yīng)選擇帶寬比被測信號的zui高頻率波形高3至5倍的示波器,就是基于這方面考慮的,即減少或避免測量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性對測試測量的結(jié)果造成的影響。

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