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示波器帶寬的原理及實(shí)用技巧
點(diǎn)擊次數(shù)：1627 發(fā)布時(shí)間：2009-12-18
中心議題：
- 示波器帶寬的原理
- 示波器帶寬在測試中的應(yīng)用
- 工程師在選擇示波器的時(shí)候，如何確定帶寬？
帶寬被稱為示波器的*指標(biāo)，也是示波器zui值錢的指標(biāo)。示波器市場的劃分常以帶寬作為首要依據(jù)，工程師在選擇示波器的時(shí)候，首先要確定的也是帶寬。在銷售過程中，關(guān)于帶寬的故事也特別多。
通常談到的帶寬沒有特別說明是指示波器模擬前端放大器的帶寬，也就是常說的-3dB截止頻率點(diǎn)。 此外，還有數(shù)字帶寬，觸發(fā)帶寬的概念。
我們常說數(shù)字示波器有五大功能，即捕獲（Capture），觀察（View），測量（Measurement），分析（Analyse）和歸檔（Document）。 這五大功能組成的原理框圖如圖1所示。
圖1，數(shù)字示波器的原理框圖
捕獲部分主要是由三顆芯片和一個(gè)電路組成，即放大器芯片，A/D芯片，存儲(chǔ)器芯片和觸發(fā)器電路，原理框圖如下圖2所示。被測信號(hào)首先經(jīng)過探頭和放大器及歸一化后轉(zhuǎn)換成ADC可以接收的電壓范圍，采樣和保持電路按固定采樣率將信號(hào)分割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的采樣電平，ADC將這些電平轉(zhuǎn)化成數(shù)字的采樣點(diǎn)，這些數(shù)字采樣點(diǎn)保存在采集存儲(chǔ)器里送顯示和測量分析處理。
圖2，示波器捕獲電路原理框圖
示波器放大器的典型電路如圖3所示。這個(gè)電路在模擬電路教科書中處處可見。這種放大器可以等效為RC低通濾波器如圖4所示。 由此等效電路推導(dǎo)出輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系，得出理想的幅頻特性的波特圖如圖5所示。
圖3，放大器的典型電路
圖4，放大器的等效電路模型
圖5，放大器的理想波特圖
至此，我們知道帶寬f2即輸出電壓降低到輸入電壓70.7%時(shí)的頻率點(diǎn)。 根據(jù)放大器的等效模型，我們可進(jìn)一步推導(dǎo)示波器的上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系式，即我們常提到的0.35的關(guān)系：上升時(shí)間=0.35/帶寬，推導(dǎo)過程如下圖6所示。 需要說明的是，0.35是基于高斯響應(yīng)的理論值，實(shí)際測量系統(tǒng)中這個(gè)數(shù)值往往介于0.35-0.45之間。在示波器的datasheet上都會(huì)標(biāo)明“上升時(shí)間”指標(biāo)。 示波器測量出來的上升時(shí)間與真實(shí)的上升時(shí)間之間存在下面的關(guān)系式。 在對(duì)快沿信號(hào)測試中，需要通過該關(guān)系式來修正實(shí)際被測信號(hào)的上升時(shí)間。
Measured risetime（tr）2 = （tr signal）2+（tr scope）2+（tr probe）2
圖6，示波器上升時(shí)間和帶寬的關(guān)系