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示波器百集實操視頻之84:示波器的帶寬

2015-10-13
關(guān)鍵詞: 示波器 測試測量

  本期視頻我們跟大家詳細(xì)介紹示波器的帶寬問題,。

  帶寬概念的基本介紹

  帶寬對示波器來說是個非常重要的指標(biāo),。那我們平時所說的帶寬到底是個什么概念呢?帶寬是指示波器模擬前端的模擬帶寬,。它的大小直接決定了示波器對信號測量能力的高低。

  具體得說,,示波器帶寬是指示波器測得正弦波的幅度不低于真實正弦波信號3dB幅度(即真實信號幅度的70.7%)時的最高頻率,,也稱-3dB截止頻率點。隨著信號頻率的增加,,示波器對信號的準(zhǔn)確顯示能力都將會下降,。

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  圖1  幅頻特性曲線

  當(dāng)被測正弦波的頻率等于示波器的帶寬時(示波器放大器為高斯響應(yīng)),可知測量結(jié)果誤差大約為30%,。如果使測量誤差降為3%,,則被測信號的頻率應(yīng)比帶寬要低很多。例如,,用帶寬為100MHz的示波器測量頻率為100MHz,,幅值為1Vpp的正弦波信號,最終屏幕上顯示出來的信號為100MHz,,幅值為0.707Vpp的正弦波波形,,這還只是正弦波的情形。由于大多數(shù)信號比正弦波要復(fù)雜的多,,因此,,我們在選擇示波器的時候,為達到一定的測量精度,,使用示波器通用的法則即通常所說的5倍準(zhǔn)則:示波器所需帶寬=被測信號的最高頻率成分×5,。

  正確選擇帶寬

  由于復(fù)雜波形的信號由各種不同諧波的正弦波信號組成。

  而且這些諧波構(gòu)成的帶寬可能很寬,,當(dāng)帶寬不夠時,,高次諧波分量就不會有效放大(被阻礙或衰減),可能會造成幅度失真,,邊緣消失,,細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)丟失等等,,這時測量出來的信號特性如響鈴與振鳴等都會沒有任何參考價值,。

  所以對于不同頻率的信號測量,帶寬的正確選用是非常重要的,。當(dāng)測量高頻信號時,,如測量27MHz的晶振時,應(yīng)使用示波器的全帶寬測量,,按下通道控制軟鍵,,將帶寬限制設(shè)為關(guān)閉。

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  圖2  全帶寬測量晶振(正確)

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  圖3  20MHz帶寬限制測量晶振(錯誤)

  若是開啟帶寬限制,,即帶寬限制設(shè)為20MHz,,則晶振波形會失真,,測量也就沒有價值。

  當(dāng)測量低頻信號時,,需要設(shè)置帶寬限制,,將高頻信號干擾濾除,使有用信號顯示得更加清晰,。

  帶寬與上升時間

  提到帶寬,,就不能不提上升時間了,上升時間通常定義為信號幅值從最大穩(wěn)態(tài)值的10%變化到90%對應(yīng)的時間,。當(dāng)然,,在ZDS2022示波器中,您可以打開Measure(測量)菜單,,選擇閾值設(shè)置,,設(shè)置“較低”和“較高”兩個值,調(diào)整上升下降時間的電平測試區(qū)間,,如20%~80%,,可以實現(xiàn)對信號上升時間的電平測試區(qū)間的自定義設(shè)置。

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  圖4  上升時間

  示波器的帶寬可直接表現(xiàn)出它所能測量信號的最小上升時間,,從指定的帶寬可以評估示波器系統(tǒng)的上升時間,,可以用:Tr (上升時間)=0.35/ BW(帶寬)(1GHz以下示波器)的公式計算。

  這里的0.35是示波器帶寬與上升時間(一階高斯模型時的10%-90%上升時間)之間的比例系數(shù),。根據(jù)上面的公式,,若示波器的帶寬為200MHz,可計算得Tr =1.75ns,,也就是最小可觀察的上升沿時間,。


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