信号源、示波器使用中阻抗匹配问题

本文详细解析了信号源输出配置中高阻与50Ω负载的不同设置方式,以及这些设置如何影响示波器测量结果。通过具体实例说明了在不同阻抗设置下,信号源输出电压的变化情况。

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信号源的输出配置有:高阻和50Ω负载。

1、假使设置1Vpp的高阻输出时,信号源的输出是Vs=1Vpp,内阻Rs=50Ω;如果这时候示波器设置为1MΩ的输入阻抗,那么示波器测量得到的信号为1MΩ/(1MΩ+50Ω)*1Vpp还是约等于1Vpp;如果示波器设置为50Ω的输入阻抗,那么示波器测量得到的信号为50Ω/(50Ω+50Ω)*1Vpp,那么约等于0.5Vpp;


2、假设设置1Vpp的50Ω负载输出时,信号源的输出是Vs=2Vpp,内阻Rs=50Ω;如果这时候示波器设置为1MΩ的输入阻抗,那么示波器测量得到的信号为1MΩ/(1MΩ+50Ω)*2Vpp还是约等于2Vpp;如果示波器设置为50Ω的输入阻抗,那么示波器测量得到的信号为50Ω/(50Ω+50Ω)*2Vpp,那么约等于1Vpp;


设置方法:

信号源输出阻抗设置:Utility(通用设置)——>Output Setup——>可以选择50Ω或1MΩ。

示波器输入阻抗设置:选择通道——>Probe——>可以选择50Ω或1MΩ。示波器分低、中、高端示波器,即使采样率、带宽一样,型号不一样的示波器也不一定能选择输入阻抗,一般低端示波器只有1MΩ,中端示波器50Ω或1MΩ可选,高端示波器只有50Ω。因为示波器输入有等效电容,输入高频时输入阻抗会非常小。

注意事项:

示波器上右下角标注1MΩ 300V RMS是指在输入阻抗1MΩ时输入电压有效值不能超过300V。

### 信号发生器示波器间的阻抗匹配 #### 阻抗匹配的重要性 为了确保测量准确性,在使用示波器测量来自信号发生器的信号时,需注意两者间阻抗匹配。不恰当的阻抗匹配可能导致信号反射、失真等问题,影响测试结果的真实性。 #### 方法一:终端匹配法 对于通过50Ω特性阻抗同轴电缆连接的情况,应选用50Ω阻抗档位[^2]。此时,可在负载端并联一个适当大小的电阻,使得该处总的阻值等于传输线的特性阻抗(通常是50Ω),以此减少甚至消除由于阻抗不一致引起的反射现象,实现良好的信号传递效果[^3]。 #### 方法二:源端匹配法 另一种方式是在信号源头串联一定数值的电阻,使它加上原有输出内阻后的总接近于传输线路的特征阻抗值(同样多为50Ω)。这样做可以有效抑制由末端反射回传过来的能量波动,防止它们再次干扰正常传播路径上的数据流动。 #### 特殊情况处理 值得注意的是,当面对较低频率范围内的信号时,上述严格意义上的阻抗配对可能并非必要条件;而对于较高频段而言,则必须考虑到额外因素的影响,比如电容器件所带来的容性效应可能会显著改变实际工作状态下的整体表现形式[^4]。 #### 设备选择考量 不同档次级别的示波仪器具备各异的功能选项,部分入门级产品或许仅提供固定模式下的单一输入阻抗设定(如1MΩ),而更高级别的版本则允许用户灵活切换至更适合特定应用场景需求的状态(例如50Ω/1MΩ双模支持)[^5]。 ```python # Python代码用于模拟简单的电压分配计算过程 def voltage_divider(R_signal, R_load): V_out = (R_load / (R_signal + R_load)) * 1 # 假设输入电压为1V return round(V_out, 4) print(f"如果信号源内阻为50Ω且选择了1MΩ量程,那么最终读数将是{voltage_divider(50, 1e6)}伏特") ```
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