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如何選擇示波器的耦合輸入(50歐姆or 1M歐姆)

當(dāng)示波器同時(shí)提供50歐姆輸入和1兆歐姆輸入時(shí),如何選擇合適的輸入耦合關(guān)系到測量結(jié)果的準(zhǔn)確,以下是我們對于示波器耦合輸入選擇的建議:


當(dāng)使用10X探頭時(shí),選擇1M歐姆輸入


當(dāng)示波器與10x探頭一起使用時(shí),唯一的選擇是1兆歐輸入,沒有其他的選擇。


如果待測信號(hào)帶寬低于200 MHz,則10x探頭是非常合適的適通用探頭。10x探頭的缺點(diǎn)是:由于將信號(hào)衰減10倍,因此信噪比降低20 dB。


對于12位高分辨率示波器,輸入噪聲峰峰值約為1 mV。10x探頭能夠提供的最高垂直靈敏度為10 mV/div,如果想測量小于100 mV的低電平信號(hào),則10x探頭將限制示波器的垂直靈敏度。在這種情況下,請考慮使用直接連接或有源探頭。


使用線纜直接連接測試低電壓信號(hào)時(shí),選擇1M歐姆


如果是測量非常低電平的信號(hào),請選擇直接線纜連接到示波器,并選擇1M歐姆輸入。這樣可以利用示波器放大器的全部靈敏度,選擇1M歐姆輸入,能夠測量高達(dá)50 V的電壓,并具有較大的動(dòng)態(tài)范圍偏移和交流耦合。


使用直接線纜連接并選擇1M歐姆輸入的不利之處在于,可能會(huì)引入反射誤差(如下圖所示)。



當(dāng)信號(hào)遇到瞬時(shí)阻抗變化時(shí),總是會(huì)發(fā)生反射,如果信號(hào)源的上升時(shí)間大于線纜延遲的4倍,則在信號(hào)的上升沿或下降沿會(huì)忽略掉反射,反射誤差可以忽略不計(jì)。


如果信號(hào)上升時(shí)間很大或線纜較短,則不必?fù)?dān)心反射問題。在示波器上使用1兆歐的輸入阻抗就可以了,能夠查看更高電壓信號(hào),具有更大的DC偏置并可使用AC耦合。


對于長上升時(shí)間或低帶寬信號(hào),首選設(shè)置為1兆歐姆輸入,帶寬有多低?如果典型的電纜長度為1米,則電纜的時(shí)間延遲約為5納秒。這意味著對于上升時(shí)間大于4 x 5 ns = 20 ns的信號(hào),1兆歐姆的輸入是可以的。這是大約0.35 / 20nsec = 17 MHz的信號(hào)帶寬。如果信號(hào)的帶寬低于20 MHz,可以使用1兆歐姆的輸入。


使用50歐姆電纜時(shí),請使用50歐姆來消除反射


示波器具有50歐姆輸入選項(xiàng)的真正原因是為了減少使用50歐姆特性阻抗線纜(例如RG58或RG174電纜)連接到示波器的信號(hào)的反射。


如果使用50歐姆的電纜,則信號(hào)在傳播到示波器時(shí),會(huì)看到50歐姆的瞬時(shí)阻抗。當(dāng)它進(jìn)入示波器時(shí),如果我們可以使瞬時(shí)阻抗保持恒定,則不會(huì)有反射,并且會(huì)在示波器中看到由信號(hào)源發(fā)射到電纜中的實(shí)際電壓。


我們特別在示波器上增加50歐姆輸入選項(xiàng),是因?yàn)榧僭O(shè)客戶會(huì)使用50 歐姆線纜。這意味著,對于高帶寬的信號(hào),可以最高到示波器的額定帶寬,請使用50歐姆的輸入阻抗設(shè)置。這將提供最高帶寬和最低噪聲的測量。


選擇50歐姆輸入時(shí),注意防止過壓損壞


但是,如果輸入的DC或RMS電壓接近或高于5 V,請勿在示波器上使用50 ohm輸入!


示波器內(nèi)部放大器前面是一個(gè)50歐姆的電阻,該電阻的功耗僅為0.5瓦。如果電阻功耗超過0.5瓦,則會(huì)發(fā)熱過多。在極端情況下,電阻器可能會(huì)熱損壞,或者會(huì)從板上掉下來。


0.5瓦的功耗限制對應(yīng)于5 Vrms的輸入信號(hào), 例如,這意味著5 V的DC電平或占空比為50%的10 V峰峰值信號(hào)。如果需要探測高于5 V的電壓(尤其是電源軌),請考慮使用諸如RP4030之類的電源信號(hào)完整性探頭,該探頭設(shè)計(jì)用于高達(dá)30 Vdc的電源軌測量。



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