一种能扩展示波器带宽的实用电路

袁　良　赵　珊

[摘要]通过仿真分析，说明在高频放大电路测试中，由于示波器探头的分布电容及输入阻抗的影响，使得示波器的实际带宽远小于技术参数中给出的带宽，如何用普通示波器对大内阻高频电路进行准确测量，给出简单实用的解决方案。

[关键词]示波器探头 分布电容 高频放大电路 示波器带宽 匹配衰减器

中图分类号：TN4文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0520028－01

一、问题的提出

在高频放大电路测量中，当被测电路的内阻较大（如1千欧至5千欧左右），其频率上了2MHZ以上时，由于示波器分布电容的影响，此时既使是用带宽为20MHZ的普通示波器也很难对这种高频放大电路的幅频特性进行准确的定量测量。

以模拟示波器CA8020技术参数为例

垂直系统：

带宽(-3dB)DC：0-10MHz，AC：10Hz-20MHz

输入阻抗（1：1） 1MΩ±3% 25pF±5pF

经10：1探头：10MΩ±5%，15pF±5pF

将以上参数中的输入阻抗1：1（1MΩ，25pF）和经10：1探头（10MΩ，15pF）分别画出等效电路，如图1、图2所示，并分别用OrCAD Capture软件做仿真幅频分析（设定Ri=1K，Us=1V,f=1MHZ～100MHZ），如图3、图4所示。

图3中，屏幕正中的提示框内：A2表示1V的信号源幅度信号，A1表示下降3db处的带宽。频率从1HZ至100MHZ。信号幅度降至0.707V，此时的频率是6.35MHZ。即当用1：1探头测量频率超过6.35MHZ的被测电路，误差将大大增加。

图4中：A1表示下降3db处的带宽，A2表示1V的信号源幅度信号，频率从1HZ至100MHZ；信号幅度降至0.707V，此时的频率是10.59MHZ。也就是说当用10：1探头测量频率超过10.59MHZ的被测电路，误差将大大增加。

那么按照CA8020模拟示波器技术参数，要求被测电路的内阻不小于多少才是准确的呢？

经仿真软件幅频功能分析，得出的结论是：

用探头×1档时，被测电路的等效阻抗值是315欧，小于或等于此值，它的可测频率才达到示波器说明书中20MHZ的带宽；

用探头×10档时，被测电路的等效内阻边缘值是530欧，小于或等于此值，它的可测频率才达到示波器说明书中20MHZ的带宽。

以上的仿真分析，在实验室的实际电路测试中也得到了证实。

二、解决方案

在普通示波器实际测量中，经常遇到上述问题，即被测电路阻抗较高且频率也很高的放大电路，而示波器的实际带宽又达不到要求，采用以下简单的解决方案可使示波器的实际带宽得到扩展。即在被测电路与示波器之间加一个L形阻抗匹配衰减器，见图5。这样测量时，既操作方便，又经济实用。

1．衰减器电路的设计与计算

如图5所示，衰减器电路的匹配条件是：被测电路等效内阻= R1+R0=R1

+300Ω，其中R1是由一个可变电位器与固定电阻10Ω串联组合。当电位器调好后，用万用表电阻档测出R1的值，通过计算可知L形匹配衰减器的衰减系数：

2．效果

假设被测的高频放大电路其阻抗为1KΩ，加上L形匹配衰减器，示波器用探头1：1档，形成图6电路，根据衰减器电路的匹配条件公式可知R1应为700Ω。

图7中显示：A2表示1V的信号源幅度信号，A1表示下降3db处的带宽，频率从1HZ至100MHZ；信号幅度降至0.707V，此处的频率是24.54MHZ。经实验室实际测量，其结果与仿真效果相符。

三、小结

在高频放大电路幅频特性测量中，应注意被测电路的频率，当示波器的实际带宽因分布电容的影响而达不到要求时，加一个简单的L形匹配衰减器与示波器配合进行测量，可减少测量中的误差。

参考文献：

[1]张大彪，《电子测量技术与仪器》，电子工业出版社.

[2]魏乾、韩洁，《阻抗对测量的影响》，[M].国外电子测量技术.

[3]孙灯亮，《数字示波器的信号保真度探析》，广电电器网.

作者简介：

袁良（1959-），男，汉族，湖南湘潭人，张家界航空工业职业技术学院，工程师，从事电类实验实训教学；赵珊（1960-），女，汉族，安徽寿县人，张家界航空工业职业技术学院，工程师，从事电类实验实训教学。