第四十六篇 示波器的带宽选择

一般都知道示波器的选择带宽是5倍信号带宽;

5倍是怎么来的?

1,幅值分析

f信号如果和f示波器一样,那么对于一个正弦波f信号,幅值是1V,

示波器测到的幅值就只有0.707V;

示波器实际上是一个低通滤波器;

通过RC电路的放电波形知道

V=Ae^(-t/rc);

当τ=RC时候,V=A/e;e=2.7; 所以V=0.37A;这里A=V0;

根据5RC原则,如果要求最终达到充/放电的1%之内,必须经历5RC的时间才能达到目标;

RC电路的充电电路:

充电方程式和充电波形

当τ=RC时 充电状态为

V=Vi(1-e^-t/rc); 

V=Vi(1-1/e)=0.63Vi;

根据5RC原则,至少要5RC时间,V才能达到99%Vi;

由于供电部分是电池直流供电,可以为低通RC电路持续供电,大约5RC时间后,V达到0.99Vi;

如果供电部分是有一定频率F的交流供电信号呢?是否还能持续为低通RC电路持续供电?

很明显,当F的频率达到截止频率后,多余的能量将被RC电路旁路到地GND上,V不再上升。

解释一个-3dB的概念:

dB就是信号的增益,其实就是信号的衰减程度。值等于=20log(AU/AUP)。

其中AU为交流信号的放大倍数;

AUP是个定值,它是信号在通带频率下的放大倍数,一般在RC电路中是1;

那么-3dB的增益,对应的信号放大倍数是多少呢?(就是求AU)

-3dB=20log(AU/AUP),AUP=1,

所以-3dB=20log(AU),log(AU)=-3/20;两边同时取以10为底的对数;则AU=0.707;

则-3dB的增益时,信号幅值70.7%Vi;

继续分析截止频率,当F的频率达到截止频率后,V输出幅值不再增加;

那么信号的截止频率就是-3dB频率,此时输出V只有输入的70.7%;

所以,在幅值方向分析,当频率是F的,幅值是1V的输入信号,在-3dB频率截止点的量测到的幅值只有0.707V的输出。

那么我如何保证输出可以达到1V呢?(也就是说可以实际量出1V的实际信号,而不失真)

引入一个传递函数的概念:

对于一阶低通滤波器,其传递函数是

传递函数表示的就是AU,信号的放大倍数的概念;其中ωc对应的就是示波器的带宽;

假设正弦信号的幅度是1V,当测试精度不低于98%时,需要满足

Hw≥0.98;

化简,计算:

ωc≥4.92ω;

这就是5倍带宽的来历。

Vprobe/Vscope = (9MΩ + 1MΩ) / 1MΩ = 10 : 1

在示波器测量人体纹波的时候出现50V的电压波形,频率是50HZ;

通过万用表量测 人体阻抗 大约是40M欧;

示波器无源探头是10M欧的阻抗;

通过人体耦合的220VAC频率50Hz,在示波器上量测的电压是220*1.414*10/(40+10)=62.2V;

实际测试的是55V;大致一样。

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