电路设计:为什么信号发生器设置的峰峰值,用示波器检测出是2倍?

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电路设计:为什么信号发生器设置的峰峰值,用示波器检测出是2倍?

2024-07-11 12:24| 来源: 网络整理| 查看: 265

信号发生器

目前大多的信号发生器都是低阻输出,即默认负载电阻为50Ohm;

所以当你设置2Vpp时,如果外负载为50Ohm,则负载压降为1Vpp;而开路电压则是2Vpp;低阻输出状态下,你用1M欧输入阻抗(相当于接入高阻负载)的示波器进行观察,函数信号发生器内阻就起不到分压作用了,测到的值自然就是2V了;

NI 信号产生器 (NI 54xx) 阻抗都是输出阻抗 50 欧姆的信号源。这可以被看做是个理想的电压源串联一个 50 欧姆的电阻。当从这类信号源测量一个信号的时候,你应该要跟输出阻抗匹配。当阻抗匹配时,信号源阻抗跟负载有相同的电压。在这个情形下,你捕获取到期望的信号。

示波器 使用示波器探头测量电路的时候,由于不希望示波器探头的接入而改变被测电路本身的工作状态,因此示波器探头一定是高阻的,即输入阻抗比较大(兆欧级别)。而示波器是有一定的电压输入范围的,但是不同的测量场合又会有不同的电压,所以示波器探头会有不同的衰减比(1X,10X,100X……);

R1为示波器探头上的电阻, Rin为示波器的输入电阻。一般 Rin = 1MΩ ,100X下为 R1 = 99 MΩ ,10X下 R1 = 9MΩ ,而1X下理论上应该为 0Ω ,但实际上R1约为几百欧,一般在300欧以内;

示波器输入电容

大家都知道,实际中,任何电路都不是理想电路,或多或少都有寄生参数。示波器与示波器探头的接口也不例外。由于示波器接口需要同时将信号与GND连接到示波器探头上(如下图所示,一般外圈的金属是GND,可以起到与外部屏蔽的作用,内部的金属为输入信号),因此,输入的信号和GND之间就形成了电容。无论怎样改进示波器接口的设计,都无法消除示波器的输入电容的寄生参数。

一般示波器的输入电容典型值为15pF,14pF,12pF的都有,图中所示为14pF。

有R又有C,这不就是RC低通滤波器吗?

我们算下这个RC电路的截止频率。考虑10X的档位,R1 = 9MΩ,Rin = 1MΩ,Cin = 14pF , 截止频率为

这样一来,凡是高于12.64kHz的信号都被衰减到不能看了。那么如何解决这个问题?减小Cin ,不可能,物理的限制就决定了 Cin 必然存在,而且14pF本身已经是一个相当小的容值了;减小 R1和 Rin?过小的电阻必然会对测量的电路造成影响。似乎没有其他的办法了。但总归是有聪明人能够找到解决办法:补偿电容

 

补偿电容,只要满足

就能使得在比较高的频率下,仍然能够按照正确的10:1的衰减比进行信号的传输而不发生信号的畸变。

但是新的问题又来了,不同的示波器 Cin不一样,即便型号一样,但是由于制造的参数不一致问题可能不同的示波器用同一个探头就不一定都能满足上面的比例关系。那岂不是要针对每一个示波器都要去单独制造特定的探头呢?怎么解决通用性问题呢?很简单,再增加一个可变电容。图中 Cp所示。

这样一来只需要去调节探头上的可变电容的大小,并从示波器上看波形畸变情况,就可以解决这个问题。

示波器方波

示波器一般都会输出一个1KHz,5V(或以下)的方波信号,该信号用作探头补偿校准。该信号常用一个方波符号加一个接地符号标示。我们可以将这个信号作为信号源。启动示波器,按下图所示,把探头的BNC接至通道1,另一端接到方波信号输出端口。

当出现以下两种情况时,说明探头补偿不正确,需要使用“调节棒”对探头上的补偿电容进行调节。

补偿过度的波形

补偿不足的波形

用调节棒拧动探头螺丝孔内的螺丝,调节补偿电容,以得到正确波形。

也有的探头将其设置在探测头一端,如下图:

所以,当示波器更换新探头或探头长时间未使用时,我们应该对探头进行补偿校准。

补偿正确的波形

还不理解的话,可以学习学习:

学习:https://blog.csdn.net/Amo_Rev/article/details/78820902

学习:https://blog.csdn.net/u011973222/article/details/72844535

学习:https://www.cirmall.com/articles/31959/

学习:https://zhidao.baidu.com/question/249085516.html



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