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示波器的负载效应

2020-8-23 18:21| 发布者: admin| 查看: 989| 评论: 0|原作者: 佚名|来自: 网络

摘要: 相信大家都有这种经历,调试一个有问题的电路,想看看波形,结果接上探头电路就正常了,拿开探头电路就又出问题。这就是负载效应引起的。示波器在1MΩ阻抗模式下的等效模型比较复杂,大致可以等效成是1MΩ和一个十几 ...
相信大家都有这种经历,调试一个有问题的电路,想看看波形,结果接上探头电路就正常了,拿开探头电路就又出问题。这就是负载效应引起的。示波器在1MΩ阻抗模式下的等效模型比较复杂,大致可以等效成是1MΩ和一个十几pF的电容并联在一起的形式。

图 1

  这个1MΩ是示波器的规范。而电容是我们并不想要但是又不可避免的寄生参数。在DC和较低频时,1MΩ起到主导地位。而当频率超过10M以后,电容会成为主要的负载。由于这两个参数的引入,就会使得测量时的信号与原信号有差异,从而使测量结果出现误差。那么差异有多大呢,这也要取决于您的被测电路的输出电阻和负载。就按上图的例子来说。根据戴维宁定理,可变为:

图 2

  可知原信号为; ;低频信号的差异主要是戴维宁输出电阻Re与1MΩ的分压决定,而高频时,则需要再加上Re与16pF容抗的分压。
  经计算可知,如果Re的值是10Ω,而信号的频率是200M,则示波器的负载效应会造成-0.2db左右的偏差。而如果您系统的Re是25Ω,那么这个偏差会达到-1db。如果是50Ω呢,100Ω呢,无疑误差会越来越大。
  示波器为了使得测量更加准确,是必须在内部加一些补偿措施将这些偏差补偿回来的(当然这种补偿只是相对于测量结果与原信号而言的,内部补偿是无法减小测量时信号与原信号之间的差异)。那具体应该按那种情况来补偿呢。前面我们已经知道,高速信号中,50Ω系统是使用最广泛的,所以我们选择50Ω系统即Re=25Ω的情况下进行补偿。示波器厂家都会在这种情况下将信号补偿的最好。所以如果您是50Ω系统,示波器测量出的结果影响与原信号最为接近。如果您的等效输出电阻与25Ω相差很多且需要测量的频率较高,则需要评估测量误差是否在您允许的范围内。建议使用10:1探头进行测量,因为其寄生电容要比示波器低,而1:1探头的负载电容基本上是50pF左右的,其负载效应比示波器本身要严重的多。如果10:1探头仍然不能满足您的需求,就要选择寄生电容更小的有源探头进行测量了。
  试想一下,如果用示波器直接与高频信号发生器相连,测量信号发生器输出的高频信号,而高频信号发生器的输出电阻都是50Ω,那会发生什么情况呢。由上文可知,负载相应会严重影响测量结果。再结合传输线理论,可知会有一个反射波反射回信号源,这对于一些精密的仪器这可能是致命的。所以这时候需要加入一个50Ω端接适配器或者使用内部50Ω档位。这样既大大减小信号的反射,又可以使得测量出的信号受负载效应影响最小。这就是示波器50Ω阻抗的作用了。


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