示波器的阻抗、采样率、带宽

一般来说超过一定带宽的示波器都会有两个阻抗的选择,50Ω或者是1M。

阻抗匹配一种是想达到最好的功率输出,另一种是想得到无失真的波形。

低频一般不需要阻抗匹配,如果需要达到最高的功率输出,则需要将输出电阻等于信号源的电阻,此时有50%的功率输出。

高频射频为了防止阻抗不匹配而在终端或者是传输线上信号反射,得到无失真的波形,就需要阻抗匹配。通常认为3Mhz以上就可以成为高频信号。高频信号需要匹配50Ω的电阻,防止反射,而1M欧姆是为了在电路板中得到最好的波形,高输入阻抗主要是对电路影响小。

示波器采样率和带宽的区别:

采样率是每秒采集次数,采样率越高单位时间内采样的数量越多,保留的信息越多,采样率可以很高,因为可以很多一样的AD一起采样,采样时间岔开一定的间隔来提高采样率。

带宽是有AD的带宽决定的,带宽越大,对信号中的各种频率成分,特别是高频成分,能准确有效地放大与显示,带宽不够,损失的高频成分就会越多。

有些示波器有插值功能,有时候示波器看的波形很平滑,但是提出来用matlab或者其他的软件打开看的时候发现有很多是以折线的形式体现的,这就说明示波器有插值功能。

参考链接:http://blog.sina.com.cn/s/blog_68eb8fa5010195io.html

http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0707/article_12232.html

<think>嗯,用户的问题是关于示波器探头综合带宽的计算方法影响因素。从提供的引用来看,用户已经掌握了一些基础知识,比如示波器带宽的定义(-3dB点)、采样率带宽的关系(奈奎斯特定理)以及探头分类(有源/无源、单端/差分)。现在需要整合这些信息来解释系统级带宽的计算。用户可能是在做测试方案设计或设备选型,需要量化评估整个测量系统的性能上限。这里的关键是让ta理解:综合带宽并非简单取最小值,而是受多个环节共同制约。引用[3]提到的上升时间合成公式特别重要,因为实际信号(尤其是数字信号)的测量精度更多取决于上升时间而非频率。需要重点强调的三个层次:1.数学模型部分:综合带宽的平方倒数公式是理论核心,但用户更可能需要应用场景中的等效算法(比如上升时间合成)。引用[3]的T_system=sqrt(T_scope²+T_probe²)必须详细展开,并补充说明这个经验公式成立的条件(高斯响应系统)。2.探头的影响容易被低估。引用[4]提到差分探头的优势,但没有量化数据。这里要补充:有源探头的带宽衰减特性可能与示波器不同,某些高频探头在1GHz以上衰减曲线会更陡峭,因此综合计算时可能需要查探头手册的频响曲线图。3.实际验证方法:用户可能不知道如何检测现有系统的真实带宽。建议用快沿脉冲发生器测量上升时间反推,这是比扫频信号更实用的方法(如引用[3]末尾隐含的方法)。需要警惕的认知误区:采样率不足时,即使用200MHz探头+200MHz示波器,也可能因采样失实导致有效带宽远低于200MHz。这点在引用[1]的奈奎斯特定理部分已有铺垫,但用户容易忽略探头带来的额外采样负担。最后生成的问题要引导用户思考应用场景:是测200MHz正弦波还是测1ns上升沿的方波?前者看频率带宽,后者看上升时间,而后者对系统要求其实更高——这也解释了为什么“五倍法则”(引用[2])比理论带宽更严格。</think> 示波器与探头的综合带宽是测量系统中的关键参数,其计算影响因素如下: ### 一、综合带宽计算公式 对于**高斯响应系统**(大多数示波器探头适用),综合带宽的数学模型为: $$\frac{1}{f_{system}^2} \approx \frac{1}{f_{scope}^2} + \frac{1}{f_{probe}^2}$$ 其中: - $f_{system}$:系统综合带宽(Hz) - $f_{scope}$:示波器带宽(Hz) - $f_{probe}$:探头带宽(Hz) > ⚠️ **注意**:若探头带宽远高于示波器(如3倍以上),综合带宽主要受示波器限制,此时近似取 $f_{system} \approx \min(f_{scope}, f_{probe})$ [^1][^3] ### 二、综合上升时间计算公式 实际工程中更常通过上升时间评估动态性能: $$T_{system} = \sqrt{T_{scope}^2 + T_{probe}^2}$$ 式中 $T = \frac{0.35}{f_{BW}}$(高斯系统经验公式) **示例**: 若示波器上升时间 $T_{scope}=3.5\text{ns}$(对应100MHz带宽),探头上升时间 $T_{probe}=1\text{ns}$,则系统上升时间: $$T_{system} = \sqrt{3.5^2 + 1^2} \approx 3.64\text{ns}$$ 对应系统带宽 $f_{system} = 0.35 / 3.64\text{ns} \approx 96\text{MHz}$ ### 三、关键影响因素 1. **带宽匹配原则** - 探头带宽需 ≥ 示波器带宽,否则探头成为瓶颈(常见于高压无源探头)[^4] - 有源差分探头通常带宽更高(1GHz以上),但需注意高频衰减特性 2. **探头负载效应** - 探头输入电容(典型值:10~15pF)与示波器输入电容叠加,导致高频信号衰减[^4] - 公式:$f_{-3dB} = \frac{1}{2\pi R (C_{probe} + C_{scope})}$(R为信号源阻抗) 3. **连接界面寄生参数** - 探头接地线电感引起振铃(>1nH/mm),建议使用短接地弹簧替代长引线 - 差分探头共模抑制比(CMRR)在高频段下降,影响测量精度[^4] 4. **频率响应特性** - 非理想系统可能在带宽极限处出现谐振峰(如图),需查看厂商提供的频响曲线 ``` | Gain | |------| ____ | | / \ | |_____/ \______ Frequency | f_scope ``` ### 四、选型建议 1. 按 **5倍法则** 选择系统带宽:$f_{system} \geq 5 \times f_{signal}$ (如测100MHz信号需500MHz系统带宽)[^2] 2. 验证 **上升时间**:$T_{system} \leq \frac{1}{5} T_{signal}$(数字信号关键准则) 3. 高频测量(>200MHz)首选有源差分探头,降低负载影响[^4] > 📊 **典型案例**:使用100MHz示波器+100MHz探头时,实际系统带宽约70-80MHz(需实测验证)。若测量100MHz方波,边沿将明显圆钝且幅值衰减超10% [^3]。
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