一種能擴展示波器帶寬的實用電路

袁　良　趙　珊

[摘要]通過仿真分析，說明在高頻放大電路測試中，由于示波器探頭的分布電容及輸入阻抗的影響，使得示波器的實際帶寬遠小于技術參數(shù)中給出的帶寬，如何用普通示波器對大內(nèi)阻高頻電路進行準確測量，給出簡單實用的解決方案。

[關鍵詞]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

中圖分類號：TN4文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0520028－01

一、問題的提出

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

以模擬示波器CA8020技術參數(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的信號源幅度信號，A1表示下降3db處的帶寬。頻率從1HZ至100MHZ。信號幅度降至0.707V，此時的頻率是6.35MHZ。即當用1：1探頭測量頻率超過6.35MHZ的被測電路，誤差將大大增加。

圖4中：A1表示下降3db處的帶寬，A2表示1V的信號源幅度信號，頻率從1HZ至100MHZ；信號幅度降至0.707V，此時的頻率是10.59MHZ。也就是說當用10：1探頭測量頻率超過10.59MHZ的被測電路，誤差將大大增加。

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

經(jīng)仿真軟件幅頻功能分析，得出的結論是：

用探頭×1檔時，被測電路的等效阻抗值是315歐，小于或等于此值，它的可測頻率才達到示波器說明書中20MHZ的帶寬；

用探頭×10檔時，被測電路的等效內(nèi)阻邊緣值是530歐，小于或等于此值，它的可測頻率才達到示波器說明書中20MHZ的帶寬。

以上的仿真分析，在實驗室的實際電路測試中也得到了證實。

二、解決方案

在普通示波器實際測量中，經(jīng)常遇到上述問題，即被測電路阻抗較高且頻率也很高的放大電路，而示波器的實際帶寬又達不到要求，采用以下簡單的解決方案可使示波器的實際帶寬得到擴展。即在被測電路與示波器之間加一個L形阻抗匹配衰減器，見圖5。這樣測量時，既操作方便，又經(jīng)濟實用。

1．衰減器電路的設計與計算

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

+300Ω，其中R1是由一個可變電位器與固定電阻10Ω串聯(lián)組合。當電位器調(diào)好后，用萬用表電阻檔測出R1的值，通過計算可知L形匹配衰減器的衰減系數(shù)：

2．效果

假設被測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應為700Ω。

圖7中顯示：A2表示1V的信號源幅度信號，A1表示下降3db處的帶寬，頻率從1HZ至100MHZ；信號幅度降至0.707V，此處的頻率是24.54MHZ。經(jīng)實驗室實際測量，其結果與仿真效果相符。

三、小結

在高頻放大電路幅頻特性測量中，應注意被測電路的頻率，當示波器的實際帶寬因分布電容的影響而達不到要求時，加一個簡單的L形匹配衰減器與示波器配合進行測量，可減少測量中的誤差。

參考文獻：

[1]張大彪，《電子測量技術與儀器》，電子工業(yè)出版社.

[2]魏乾、韓潔，《阻抗對測量的影響》，[M].國外電子測量技術.

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

作者簡介：

袁良（1959-），男，漢族，湖南湘潭人，張家界航空工業(yè)職業(yè)技術學院，工程師，從事電類實驗實訓教學；趙珊（1960-），女，漢族，安徽壽縣人，張家界航空工業(yè)職業(yè)技術學院，工程師，從事電類實驗實訓教學。