帶 寬 考 慮 因 素

帶寬是同時涉及探頭帶寬和示波器帶寬的測量系統問題。示波器的帶寬應超過要測量的信號的主要頻率，使用的探頭帶寬應等于或超過示波器的帶寬。

從測量系統角度看，實際問題是探頭頭部的帶寬。制造商通常對某些示波器/探頭組合指定探頭頭部帶寬。但情況并不是一直如此。結果，您應該知道示波器和探頭的主要帶寬問題，包括各個示波器和探頭的帶寬及綜合在一起的帶寬。

示 波 器 帶 寬

帶寬定義為幅度與頻率圖上測量系統比參考電平低 3dB 的點，如圖1所示，這說明了表明 3 dB 點的響應曲線。

必需指出，測量系統在額定帶寬上的幅度低 3 dB。這意味著您可以預計帶寬極限上的頻率，幅度測量會有30% 的誤差。

圖1. 帶寬定義為響應曲線中幅度下降 -3 dB 的頻率

圖2. 額定帶寬下降曲線。

通常情況下，用戶不會以全部帶寬極限使用示波器。但是，如果幅度精度至關重要，應準備相應地降低示 波器的額定帶寬。

例如，考慮一下圖2中所示的帶寬滾降的擴展圖。這個圖中的水平標度說明了獲得好于 30% 的幅度精度 所需的額定值下降系數。如果沒有額定值下降系數 ( 系 數為 1.0)，100 MHz 示波器在 100 MHz 的幅度誤差將 高達 30%。如果您希望幅度測量落在 3% 范圍內，這臺示波器的帶寬必須以 0.3 系數下降至 30 MHz。在頻 率超過 30 MHz 時，幅度誤差將超過 3%。

上面的實例指明了示波器選型的整體經驗法則。對3%以內的幅度測量，應選擇指定帶寬比測量的最高頻率 波形高 3-5 倍的示波器。

圖3. 對三種不同探頭的上升時間的影響：(a) 400 MHz, 10X 探頭;(b) 100 MHz, 10X 探頭;(c) 10 MHz, 1X 探頭。所有測量都使用同一臺 400 MHz 示波器完成。

在上升時間或下降時間是主要指標時，可以使用下述 公式把示波器的帶寬 (BW) 指標轉換成上升時間指標：

Tr ≈ 0.35/BW

或為方便起見：

Tr (ns) ≈ 350/BW (MHz)

與帶寬一樣，應該選擇上升時間比預計測量的最快上 升時間快 3-5 倍的示波器。( 應該指出，上面的帶寬 到上升時間轉換假設示波器的響應為高斯滾降。大多 數示波器是為高斯滾降的響應而設計的。)

探 頭 帶 寬

與其它電路一樣，所有示波器都有帶寬極限。此外，與示波器一樣，探頭的性能一般取決于帶寬。因此，帶寬為 100 MHz 的示波器在 100 MHz 點上的幅度響應低于 3 dB。

類似的，探頭帶寬也可以用示波器使用的同一公式表示 (Tr ≈ 0.35/BW)。此外，對有源探頭，可以使用下述公式組合示波器和探頭上升時間，獲得近似的探頭/ 示波器系統的上升時間：

Trsystem2 ≈ Trprobe2 + Trscope2

對無源探頭，這一關系比較復雜，不應使用上面的公式。

一般來說，探頭帶寬應一直等于或超過將使用的示波器的帶寬。如果使用的探頭帶寬太低，會限制示波器實現全部測量功能。圖3 進一步說明了這一點，其中顯示了使用三種不同帶寬的探頭測量的同一脈沖跳變。

如圖3a 所示，第一個測量是使用匹配的 400 MHz示波器和探頭組合進行。使用的探頭是 10 兆歐電阻和 14.1 pF 電容的 10X 探頭。注意，測得的脈沖上升時間是 4.63 ns。這很好地落在 400 MHz 示波器 / 探頭組合的 875 ps 上升時間范圍內。

如圖3a 所示，第一個測量是使用匹配的 400 MHz示波器和探頭組合進行。使用的探頭是 10 兆歐電阻和 14.1 pF 電容的 10X 探頭。注意，測得的脈沖上升時間是 4.63 ns。這很好地落在 400 MHz 示波器 / 探頭組合的 875 ps 上升時間范圍內。

根據預期，在使用帶寬較低的探頭時，觀察到的脈沖上升時間會變得更長。極端實例如圖3c 所示，其中在同一脈沖上使用 1X, 10 MHz 探頭。這里，上升時間已經從原來的 4.63 ns 下降到 27 ns。

圖3 得到的一個主要結論是：并不是任何探頭都能做到這一點!

為實現任何示波器的最大性能，也是花錢購買的性能，一定要使用制造商推薦的探頭。

圖4. 測試到探頭尖端的帶寬使用的等效電路。對 100 MHz 系統，顯示的上升時間應該為 3.5 ns 或更快。

到 探 頭 尖 端 的 帶 寬

一般來說，根據制造商的下述規范和建議應能夠解決探頭帶寬及得到的探頭 / 示波器系統帶寬。例如，泰克規定了探頭在規定極限內工作的帶寬。這些極限包括整體畸變、上升時間和掃描帶寬。

另外，在與兼容的示波器使用時，泰克探頭把示波器的帶寬擴展到探頭尖端。例如，在與兼容的 100 MHz示波器使用時，泰克 100 MHz 探頭在探頭尖端上提供了 100 MHz 的性能 (-3 dB)。

圖4 中的等效電路說明了為檢驗到探頭尖端的帶寬而使用的業內公認的測試設置。測試信號源指定的信號源阻抗為 50 歐姆，端接在 50 歐姆電阻中，導致等效的 25 歐姆源端子阻抗。此外，探頭必須使用探頭頭部到 BNC 適配器或同等設備連接到信號源上。探頭連接的后一種要求保證了最短的接地通路。

在使用上面介紹的測試設置時，100 MHz 示波器 / 探頭組合應導致觀察到的上升時間 <3.5 ns。根據前面討論的帶寬 / 上升時間關系 (Tr ≈ 0.35/BW)，這一 3.5ns 上升時間與 100 MHz 帶寬對應。對包括標準配套探頭的通用示波器，大多數制造商承諾、并在探頭尖端上提供了宣稱的示波器帶寬。

但是，要記住探頭尖端上的帶寬取決于圖4中的測試方法。由于實際環境信號很少是從 25 歐姆信號源發出的，因此在實際環境中預計響應和帶寬都要在一定程度上低于最優水平，在測量更高的阻抗電路尤其如此。

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審核編輯 黃宇