在現(xiàn)代電子測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域中，示波器無疑是一 種應(yīng)用十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它經(jīng)過模擬時(shí)代、 簡(jiǎn)單測(cè)量的數(shù)字存儲(chǔ)時(shí)代，已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代的一 種非常實(shí)用的時(shí)域波形分析工具，具有波形捕獲、 參數(shù)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、抖動(dòng)分析、誤碼率分析等諸 多功能。但在實(shí)際的測(cè)試測(cè)量工作中，人們很可能忽略了與之配套使用的示波器探頭。因?yàn)槭静ㄆ魈筋^與示波器組成了最終所使用的測(cè)量系統(tǒng)，因此必須以整體的觀念對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)。如果所使用的示波器和配套使用的示波器探頭選擇不當(dāng)，可能會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)。

1、示波器的結(jié)構(gòu)與組成

2、帶寬

示波器的結(jié)構(gòu)決定了示波器帶寬的重要性。放大器是被測(cè)信號(hào)進(jìn)入示波器的大門，所以前端放大器件的帶寬決定了示波器的帶寬。示波器通道模擬帶寬的定義為，測(cè)量等幅掃頻信號(hào)時(shí)幅頻特性下降到 -3 dB 時(shí)（70.7%）對(duì)應(yīng)的頻率范圍，如圖 2 所示。

圖 2　帶寬示意圖

3　示波器探頭帶寬與示波器及被測(cè)信號(hào)之間的關(guān)聯(lián)

探頭也是儀器，與示波器一樣也具有有限的模擬帶寬，并與示波器共同組成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)。 這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的總體帶寬由示波器主機(jī)帶寬和探 頭帶寬共同決定。這一系統(tǒng)帶寬將影響被測(cè)信號(hào)如正弦波、脈沖和方波幅度以及上升時(shí)間的測(cè)量準(zhǔn)確度。

可以用更專業(yè)的數(shù)學(xué)公式表明這種關(guān)聯(lián)性：

式中：tr顯示 —— 實(shí)際測(cè)量到的信號(hào)上升時(shí)間，等于 示波器上升時(shí)間、探頭上升時(shí)間以及被測(cè)信號(hào)上升 時(shí)間三者的均方根

系統(tǒng)的上升時(shí)間與帶寬的乘積為一常數(shù)，對(duì)系 統(tǒng)函數(shù)為 1 階的模型而言，該常數(shù)經(jīng)驗(yàn)值為 0.35, 對(duì) 于更高階的模型該常數(shù)介于 0.35 ~ 0.5 之間。可以推 導(dǎo)出這四個(gè)帶寬之間的關(guān)系。如果示波器和探頭各 自的帶寬均為 100 MHz，則上升時(shí)間均為 = 3.5 ns。 則整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)上升時(shí)間就由下式給出：

由 4.95 ns 的測(cè)量系統(tǒng)上升時(shí)間可以知道系統(tǒng)帶 寬為 3.5/4.95 ns = 70.7 MHz。

從以上分析不難看出：如果使用一臺(tái) 100 MHz 的示波器和一個(gè) 100 MHz 的探頭組成一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)， 那么它們所組成的系統(tǒng)帶寬接近 70 MHz，實(shí)際是小 于 100 MHz 的。其內(nèi)在的因素是因?yàn)樘筋^的電容和 示波器的輸入電容相加，使得整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的輸入 電容變得更大，這樣大大降低了整個(gè)系統(tǒng)帶寬，同 時(shí)也加大了示波器屏幕上所顯示信號(hào)的上升時(shí)間 。 可以繼續(xù)討論由此帶來的測(cè)量誤差大小。

為了改善和提高測(cè)量準(zhǔn)確度，只有提高測(cè)量系 統(tǒng)帶寬。如選擇比信號(hào)上升時(shí)間高 5 倍的示波器， 即選擇帶寬為 500 MHz 的示波器及帶寬 500 MHz 的 探頭組成的測(cè)量系統(tǒng)。

同樣可以得到如表 1 所示的測(cè)量誤差結(jié)果。

4、結(jié)語

從上述的計(jì)算分析可以看出，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)帶 寬不足會(huì)引起上升時(shí)間變慢和測(cè)量幅度衰減。為了 更加準(zhǔn)確地測(cè)量被測(cè)信號(hào)的上升或下降時(shí)間，還原 被測(cè)信號(hào)的實(shí)際幅值，示波器必須有足夠快的上升 時(shí)間。一般情況下，示波器的帶寬應(yīng)該比被測(cè)信號(hào) 波形的頻率大 5 倍，這就是通常所說的示波器帶寬 選擇的 5 倍法則。此外可以發(fā)現(xiàn)，如果探頭帶寬遠(yuǎn) 高于示波器主機(jī)帶寬，那么整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)帶寬就越 接近示波器主機(jī)帶寬，因此用戶應(yīng)盡可能配備高帶 寬的探頭和示波器，以提升整個(gè)系統(tǒng)帶寬，使測(cè)量 結(jié)果更接近于真實(shí)值。

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