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手持式示波表的頻寬是越高越好嗎

  • 釋出日期↟╃✘│:2019-12-26      瀏覽次數↟╃✘│:1988
    •   手持式示波表與模擬示波器的重要區別是↟╃✘│:數字示波器具有很多測量引數╃•╃◕,如上升時間◕╃•、下降時間◕╃•、峰峰值◕╃•、幅值等☁◕◕▩。以上每種引數的含義在示波器的操作手冊上一般都有說明☁◕◕▩。但是╃•╃◕,如果我們深究每個引數底層演算法的源頭是什麼╃•╃◕,答案其實並不簡單☁◕◕▩。如果能深刻理解示波器的基本演算法╃•╃◕,這會有助於我們理解使用示波器過程中的一些複雜性的問題☁◕◕▩。
       
        示波器的頻寬當然是越高越好”☁◕◕▩。這句話從某種意義上是正確的↟╃✘│:頻寬越高╃•╃◕,意味能夠準確測量被測訊號的頻寬越高╃•╃◕,價值越大╃•╃◕,也越值錢☁◕◕▩。但是╃•╃◕,從使用角度來說╃•╃◕,頻寬越高未必越好☁◕◕▩。1.◕╃•、感興趣的訊號的上升時間是示波器頻寬選擇的關鍵因素示波器頻寬的理論雖然極其簡單╃•╃◕,但在具體購買和使用示波器的過程中到底該怎麼選擇頻寬╃•╃◕,卻是個沒有統一答案的複雜問題╃•╃◕,經常被討論☁◕◕▩。從事示波器的銷售人員會發現╃•╃◕,其實每天都要和使用者談這個話題☁◕◕▩。經常被討論是因為示波器頻寬的選擇是相對的╃•╃◕,它取決於感興趣的訊號的型別以及測量準確度的要求☁◕◕▩。任何訊號都可以分解成無數次諧波的疊加☁◕◕▩。從頻域來理解╃•╃◕,頻寬選擇的總原則是↟╃✘│:頻寬能覆蓋被測訊號各次諧波99.9%的能量就足夠了☁◕◕▩。頻寬難以選擇的根源就在於↟╃✘│:我們不能直觀地知道被測訊號能量的99.9%對應的頻寬是多少☁◕◕▩。感興趣的訊號的能量主要取決於上升沿的快慢╃•╃◕,上升沿越陡╃•╃◕,訊號包含的高次諧波含量越豐富╃•╃◕,頻寬就要越高☁◕◕▩。因此感興趣的訊號的上升時間是關鍵因素☁◕◕▩。強調是感興趣的訊號╃•╃◕,因為很多時候我們關心的是方波訊號的尖峰毛刺而不僅僅是方波訊號的整體的上升時間☁◕◕▩。譬如電源開關管MOSFET的Vds訊號的上升時間高達100ns╃•╃◕,但是感興趣的尖峰訊號的上升時間可能只有5ns╃•╃◕,甚至更小☁◕◕▩。
       
        2◕╃•、頻寬和手持式示波表本身的上升時間之間的關係示波器本身存在上升時間☁◕◕▩。示波器的上升時間可定義為示波器階躍響應的時間╃•╃◕,對於上升沿無限快的階躍訊號經過RC低通濾波器之後╃•╃◕,其上升沿變緩☁◕◕▩。RC低通濾波器是示波器放大器的等效簡化分析模型☁◕◕▩。從RC模型來理解╃•╃◕,電容的存在必然導致上升沿變緩☁◕◕▩。
       
        示波器的上升時間和頻寬存在反比的關係╃•╃◕,上升時間和頻寬的乘積是一個常數╃•╃◕,使用RC電路模型可以推匯出這個常數是0.35☁◕◕▩。基於圖1的模型可以推匯出這個0.35常數☁◕◕▩。根據RC電路模型得出輸出電壓和輸入電壓之間的關係式(1)如下☁◕◕▩。該關係式是一個高斯函式☁◕◕▩。
       
        上升時間一般定義為訊號幅值的10%-90%之間的時間☁◕◕▩。
       
        3◕╃•、頻寬選擇的N種說法業內一直流傳著很多種頻寬選擇的說法╃•╃◕,甚至在諸多文獻中稱之為法則(RuleofThumb)☁◕◕▩。這裡筆者將流傳的幾種選擇頻寬的方法羅列出來☁◕◕▩。我們可以在“頻寬能覆蓋被測訊號各次諧波的99.9%的能量就足夠了”的總原則下判斷對錯即可☁◕◕▩。但是╃•╃◕,實踐中卻很糾結☁◕◕▩。還是那句話╃•╃◕,我們不能直觀地知道被測訊號能量的99.9%對應的頻寬是多少╃•╃◕,或者說╃•╃◕,我們不能輕易確定被測訊號的能量在多少次諧波之後被衰減到0.1%☁◕◕▩。
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