一種能擴(kuò)展示波器帶寬的實(shí)用電路

袁　良　趙　珊

[摘要]通過(guò)仿真分析，說(shuō)明在高頻放大電路測(cè)試中，由于示波器探頭的分布電容及輸入阻抗的影響，使得示波器的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)小于技術(shù)參數(shù)中給出的帶寬，如何用普通示波器對(duì)大內(nèi)阻高頻電路進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，給出簡(jiǎn)單實(shí)用的解決方案。

[關(guān)鍵詞]示波器探頭 分布電容 高頻放大電路 示波器帶寬 匹配衰減器

中圖分類(lèi)號(hào)：TN4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0520028－01

一、問(wèn)題的提出

在高頻放大電路測(cè)量中，當(dāng)被測(cè)電路的內(nèi)阻較大（如1千歐至5千歐左右），其頻率上了2MHZ以上時(shí)，由于示波器分布電容的影響，此時(shí)既使是用帶寬為20MHZ的普通示波器也很難對(duì)這種高頻放大電路的幅頻特性進(jìn)行準(zhǔn)確的定量測(cè)量。

以模擬示波器CA8020技術(shù)參數(shù)為例

垂直系統(tǒng)：

帶寬(-3dB)DC：0-10MHz，AC：10Hz-20MHz

輸入阻抗（1：1） 1MΩ±3% 25pF±5pF

經(jīng)10：1探頭：10MΩ±5%，15pF±5pF

將以上參數(shù)中的輸入阻抗1：1（1MΩ，25pF）和經(jīng)10：1探頭（10MΩ，15pF）分別畫(huà)出等效電路，如圖1、圖2所示，并分別用OrCAD Capture軟件做仿真幅頻分析（設(shè)定Ri=1K，Us=1V,f=1MHZ～100MHZ），如圖3、圖4所示。

圖3中，屏幕正中的提示框內(nèi)：A2表示1V的信號(hào)源幅度信號(hào)，A1表示下降3db處的帶寬。頻率從1HZ至100MHZ。信號(hào)幅度降至0.707V，此時(shí)的頻率是6.35MHZ。即當(dāng)用1：1探頭測(cè)量頻率超過(guò)6.35MHZ的被測(cè)電路，誤差將大大增加。

圖4中：A1表示下降3db處的帶寬，A2表示1V的信號(hào)源幅度信號(hào)，頻率從1HZ至100MHZ；信號(hào)幅度降至0.707V，此時(shí)的頻率是10.59MHZ。也就是說(shuō)當(dāng)用10：1探頭測(cè)量頻率超過(guò)10.59MHZ的被測(cè)電路，誤差將大大增加。

那么按照CA8020模擬示波器技術(shù)參數(shù)，要求被測(cè)電路的內(nèi)阻不小于多少才是準(zhǔn)確的呢？

經(jīng)仿真軟件幅頻功能分析，得出的結(jié)論是：

用探頭×1檔時(shí)，被測(cè)電路的等效阻抗值是315歐，小于或等于此值，它的可測(cè)頻率才達(dá)到示波器說(shuō)明書(shū)中20MHZ的帶寬；

用探頭×10檔時(shí)，被測(cè)電路的等效內(nèi)阻邊緣值是530歐，小于或等于此值，它的可測(cè)頻率才達(dá)到示波器說(shuō)明書(shū)中20MHZ的帶寬。

以上的仿真分析，在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際電路測(cè)試中也得到了證實(shí)。

二、解決方案

在普通示波器實(shí)際測(cè)量中，經(jīng)常遇到上述問(wèn)題，即被測(cè)電路阻抗較高且頻率也很高的放大電路，而示波器的實(shí)際帶寬又達(dá)不到要求，采用以下簡(jiǎn)單的解決方案可使示波器的實(shí)際帶寬得到擴(kuò)展。即在被測(cè)電路與示波器之間加一個(gè)L形阻抗匹配衰減器，見(jiàn)圖5。這樣測(cè)量時(shí)，既操作方便，又經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

1．衰減器電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算

如圖5所示，衰減器電路的匹配條件是：被測(cè)電路等效內(nèi)阻= R1+R0=R1

+300Ω，其中R1是由一個(gè)可變電位器與固定電阻10Ω串聯(lián)組合。當(dāng)電位器調(diào)好后，用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)出R1的值，通過(guò)計(jì)算可知L形匹配衰減器的衰減系數(shù)：

2．效果

假設(shè)被測(cè)的高頻放大電路其阻抗為1KΩ，加上L形匹配衰減器，示波器用探頭1：1檔，形成圖6電路，根據(jù)衰減器電路的匹配條件公式可知R1應(yīng)為700Ω。

圖7中顯示：A2表示1V的信號(hào)源幅度信號(hào)，A1表示下降3db處的帶寬，頻率從1HZ至100MHZ；信號(hào)幅度降至0.707V，此處的頻率是24.54MHZ。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測(cè)量，其結(jié)果與仿真效果相符。

三、小結(jié)

在高頻放大電路幅頻特性測(cè)量中，應(yīng)注意被測(cè)電路的頻率，當(dāng)示波器的實(shí)際帶寬因分布電容的影響而達(dá)不到要求時(shí)，加一個(gè)簡(jiǎn)單的L形匹配衰減器與示波器配合進(jìn)行測(cè)量，可減少測(cè)量中的誤差。

參考文獻(xiàn)：

[1]張大彪，《電子測(cè)量技術(shù)與儀器》，電子工業(yè)出版社.

[2]魏乾、韓潔，《阻抗對(duì)測(cè)量的影響》，[M].國(guó)外電子測(cè)量技術(shù).

[3]孫燈亮，《數(shù)字示波器的信號(hào)保真度探析》，廣電電器網(wǎng).

作者簡(jiǎn)介：

袁良（1959-），男，漢族，湖南湘潭人，張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，工程師，從事電類(lèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)；趙珊（1960-），女，漢族，安徽壽縣人，張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，工程師，從事電類(lèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)。