作為硬件入門愛好者,第一臺示波器的帶寬通常不會很高,多為70M、100M、200M……這些入門級專業示波器大多具有很高的性價比,但針對高頻的功能較少,尤其是經常缺少50Ω模式,給部分要測高頻信號的朋友們帶來了不少困擾。
那么,這個問題該如何解決?
01 中低端示波器的高頻信號測量
假設擁有一臺帶寬為200MHz的示波器,如果要測量一個200M的信號,由于示波器其內部原理接近一個低通濾波器,而它帶寬定義在輸入信號幅值衰減3dB處的頻率,所以,實際測量值應該是0.7V左右。
但如果我們真的拿入門級示波器去測量,會發現測出來的數值甚至不到0.5V,和預計相差甚遠,這就是電信號反射導致的結果。
直接說結論,要減少信號反射,在使用儀器的時候,要讓源、接收機電阻相等。信號源內阻本身是50Ω的 ,示波器內阻自然也要調整為50Ω,才能測量出更好的結果。
那么,一定要花更多的錢購買一臺擁有50Ω模式的示波器嗎?
我們可以先做個測試,試試一臺不帶50Ω模式的200M示波器,其實際最高帶寬,也就是將輸入信號幅值衰減小于30%的頻率到底有多大。
為了方便模擬,以下測試會使用帶有50Ω模式和帶寬限制功能的中端示波器鼎陽SDS2502X Plus。
將信號源設置為高阻模式,輸出1MHz、1Vpp的正弦波,設置示波器200M帶寬限制,1MΩ模式,并打開測量功能,此時示波器測量出來的Vpp約為1.01V,誤差大約1%。
當我們逐步加大信號源的頻率到113MHz,此時示波器測量出來的Vpp就只有不到700mV了,誤差達到了30%、3dB以上。
所以一臺200MHz帶寬的示波器,如果不帶50Ω模式,實際上帶寬也就是113MHz,損失了差不多一半。
02 阻抗匹配器
阻抗匹配器是一種電子元件或設備,用于調整電路的輸入和輸出之間的阻抗以實現阻抗匹配。
它的等效電路也很簡單,元件只有一個電阻,實際上就是相當于給示波器“并聯”了一個50Ω的電阻,讓整個測試系統的阻抗變成50Ω。
原理簡單,價格便宜,還是要用效果說話,我們依舊可以做個實驗。
信號源設置為50Ω模式,輸出113MHz、1Vpp的正弦波,示波器1M歐姆,限制帶寬200M,并打開測量模式,這時我們測量出來的結果是820mV,和沒有帶匹配器的700mV相比,效果非常顯著。
讓我們增大信號源頻率,示波器測量值隨著頻率增高而衰減,直到178MHz,使用了匹配器的示波器才達到了衰減3dB,這樣,示波器的實際帶寬和標定的200MHz只相差22MHz,比直接用高阻模式要好得多。