作为硬件入门爱好者,第一台示波器的带宽通常不会很高,多为70M、100M、200M……这些入门级专业示波器大多具有很高的性价比,但针对高频的功能较少,尤其是经常缺少50Ω模式,给部分要测高频信号的朋友们带来了不少困扰。
那么,这个问题该如何解决?
01 中低端示波器的高频信号测量
假设拥有一台带宽为200MHz的示波器,如果要测量一个200M的信号,由于示波器其内部原理接近一个低通滤波器,而它带宽定义在输入信号幅值衰减3dB处的频率,所以,实际测量值应该是0.7V左右。
但如果我们真的拿入门级示波器去测量,会发现测出来的数值甚至不到0.5V,和预计相差甚远,这就是电信号反射导致的结果。
直接说结论,要减少信号反射,在使用仪器的时候,要让源、接收机电阻相等。信号源内阻本身是50Ω的 ,示波器内阻自然也要调整为50Ω,才能测量出更好的结果。
那么,一定要花更多的钱购买一台拥有50Ω模式的示波器吗?
我们可以先做个测试,试试一台不带50Ω模式的200M示波器,其实际最高带宽,也就是将输入信号幅值衰减小于30%的频率到底有多大。
为了方便模拟,以下测试会使用带有50Ω模式和带宽限制功能的中端示波器鼎阳SDS2502X Plus。
将信号源设置为高阻模式,输出1MHz、1Vpp的正弦波,设置示波器200M带宽限制,1MΩ模式,并打开测量功能,此时示波器测量出来的Vpp约为1.01V,误差大约1%。
当我们逐步加大信号源的频率到113MHz,此时示波器测量出来的Vpp就只有不到700mV了,误差达到了30%、3dB以上。
所以一台200MHz带宽的示波器,如果不带50Ω模式,实际上带宽也就是113MHz,损失了差不多一半。
02 阻抗匹配器
阻抗匹配器是一种电子元件或设备,用于调整电路的输入和输出之间的阻抗以实现阻抗匹配。
它的等效电路也很简单,元件只有一个电阻,实际上就是相当于给示波器“并联”了一个50Ω的电阻,让整个测试系统的阻抗变成50Ω。
原理简单,价格便宜,还是要用效果说话,我们依旧可以做个实验。
信号源设置为50Ω模式,输出113MHz、1Vpp的正弦波,示波器1M欧姆,限制带宽200M,并打开测量模式,这时我们测量出来的结果是820mV,和没有带匹配器的700mV相比,效果非常显著。
让我们增大信号源频率,示波器测量值随着频率增高而衰减,直到178MHz,使用了匹配器的示波器才达到了衰减3dB,这样,示波器的实际带宽和标定的200MHz只相差22MHz,比直接用高阻模式要好得多。
总结
在真实的50Ω模式下,178MHz时示波器显示为750mV,也确实要到200MHz的时候,测量信号才会衰减到700mV。
由此可见,阻抗匹配器对中低端示波器进行信号测量有着极大的帮助,但是这并不代表我们就再也不需要带50Ω模式的示波器。况且,也只有200M以内的示波器才会出现没有50Ω模式的情况,高带宽示波器的测量结果自然更加精准。
有些使用鼎阳示波器的小伙伴会发现,200MHz带宽的示波器测出来的结果竟然有700多mV,这又是为什么?
实际上,示波器在设计时一般会留足带宽裕量,鼎阳示波器就做足了这点。如果要测出文章最初的结论,只能测到500mV左右的情况,那么输入信号就需要达到250MHz以上才行。
- 关键词:示波器 鼎阳
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- 来 源:鼎阳硬件智库
- 编辑:清风
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