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示波器測量值與信號源輸出值形成2倍之問題解答

作者: 時間:2024-09-24 來源:鼎陽硬件設(shè)計與測試智庫 收藏

信號源的輸出電壓讀數(shù)是數(shù)字的2倍?問題出在哪里?

我做實驗時需要用信號發(fā)生器發(fā)出信號給觀察,二者的幅值會相差一倍,就是之前你說的阻抗匹配造成的問題,但是跟同事解釋起來,真的極少有人懂我。可能是我理解的不夠透徹講的不清楚,同事不明白。所以想看看你是怎么闡述的?還有,如果用50歐姆阻抗檔測量高頻信號,是不是意味著實際信號的大小都應(yīng)該是讀數(shù)的兩倍呢? 

答:

其實,有時候數(shù)字示波器測量的結(jié)果是信號源設(shè)置的電壓讀數(shù)的1/2,不一定是2倍。要回答這個問題我們需要先了解信號源的電路模型。信號源電路模型由一個電壓源Vs和內(nèi)阻Rs組成,連接外部負(fù)載RL,組成回路,如圖1所示。其中,信號源內(nèi)阻Rs為50Ω;Vo為信號源加在負(fù)載兩端的電壓。 
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圖1  信號源電路模型及與外圍電路連接

當(dāng)信號源通過同軸電纜直接連接到示波器時,如圖2所示,圖1的負(fù)載電阻RL就是示波器的輸入耦合電阻,一般為50Ω和1MΩ,圖1中的 Vo即為示波器觀察到的波形的電壓。其具體數(shù)值大小依據(jù)下面分壓原理的公式獲得;
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圖2 信號源通過同軸電纜直接連接到數(shù)字示波器
當(dāng)信號源通過同軸電纜連接到被測電路時,如圖3所示,用普通的無源探頭連接到RL的兩端,這時示波器兩端的電壓是多少?  對于10:1無源探頭,探頭本身的直流電阻是9 MΩ,示波器設(shè)置為1 MΩ時的等效電路模型如圖4所示,
圖中的示波器測量到的電壓,在RL遠小于10MΩ時接近于RL兩端電壓。
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圖 3 信號源通過同軸電纜連接到被測電路
 示波器測量值與信號源輸出值形成2倍之問題解答
圖 4 無源探頭接入電路時的等效電路

問題: 當(dāng)用數(shù)字示波器探頭直接連接到信號源的輸出端,會發(fā)生什么呢?
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圖5  鼎陽科技SDG2000X信號源設(shè)置菜單 

也許,這是引起人們疑惑之所在:信號源本身的內(nèi)阻是確定的50Ω,信號源的負(fù)載電阻是信號源本身并無法控制的。設(shè)置信號源的負(fù)載電阻應(yīng)該是和實際的負(fù)載一致,但如果設(shè)置得不一致,就會出現(xiàn)測量的結(jié)果為信號源面板設(shè)置的輸出電壓讀數(shù)值的2倍或1/2。
根本原因是:當(dāng)設(shè)置信號源的負(fù)載電阻為50Ω時,信號源實際輸出的電壓Vs為設(shè)置的輸出電壓值的2倍,譬如信號源設(shè)置為輸出1V電壓,實際上信號源的物理層發(fā)出的電壓Vs是2V。
那么:
1、當(dāng)實際負(fù)載為50Ω時:

 1-1

Vo=1/2*Vs;
1.1設(shè)置信號源的負(fù)載電阻也為50Ω,假設(shè)信號源面板上設(shè)置為1V,信號源實際輸出的電壓Vs為2V,這時候示波器測量值為1V;
1.2設(shè)置信號源的負(fù)載電阻為HiZ,假設(shè)信號源面板設(shè)置為1V,信號源實際輸出的電壓Vs也為1V,但是這時候由于實際負(fù)載是50Ω,分壓作用導(dǎo)致示波器測量值為0.5V;
2、當(dāng)實際負(fù)載HiZ為1MΩ時:

 2-1

2.1  設(shè)置信號源的負(fù)載電阻為50Ω,假設(shè)信號源面板設(shè)置為1V,信號源實際輸出的電壓Vs為2V,這時候示波器測量值為2V;
2.2  設(shè)置信號源的負(fù)載電阻為HiZ,假設(shè)信號源面板設(shè)置為1V,信號源實際輸出的電壓Vs為1V,這時候示波器測量值為1V。
上面這樣看似很繞的解釋,總結(jié)起來無非要記住兩點:
1,信號源的面板上設(shè)置負(fù)載電阻為50Ω時,信號源的物理層輸出電壓Vs為面板讀數(shù)電壓的2倍。
2,不要亂設(shè)置信號源的負(fù)載電阻,將其設(shè)置為與真實的負(fù)載電阻一致,那么測量結(jié)果就和信號源面板上設(shè)置的輸出電壓讀數(shù)一致。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202409/463147.htm


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