有源rc电压放大器实验报告_为什么将放大器装在示波器探头前端?
示波器探头将示波器的输入连接到要测量的电压节点。传统上,常用的探头分为三种类型:高阻抗无源探头、低容抗传输线探头和有源探头。
最常见的探头类型是高阻抗无源探头。图1是其简化示意图,该探头使用经补偿的分压器(电阻和电容匹配的分压器)以驱动探头线缆和示波器输入电容。这些探头的额定带宽为500MHz,但你应考虑输入电容带来的限制。
图1:采用匹配电容和电阻分压器的高阻无源探头
示波器的输入电容在15~25pF之间,同轴电缆每英尺的电容约在10pF~30pF,所以其总电容约为80pF。因此,简单地用屏蔽线缆将示波器连接到DUT(被测设备)将会把此电容加载到待测电路,在10MHz时,阻抗约为200Ω,这就可能显著降低你试图测量的电压幅值。
我们可通过使用电容性补偿分压器将被测信号衰减10倍的方式来增加此输入阻抗,这种补偿分压器将使探头前尖具有最小9pF的电容,带来10倍衰减,使探头输入阻抗增加了约10倍。增加探头衰减倍数,可进一步降低输入电容,但这样做将降低进入示波器的信号幅值,并使小信号测量变得困难或不可能。在实践中,10倍衰减是在信号幅度和加载阻抗之间的良好平衡。
但在更高频率,即使是这样低的探头电容也还是太大了,在500MHz,9pF探头电容的等效阻抗约35Ω,除非常低的阻抗电路外,这都将拉低被测电压。
若将同轴线缆视为传输线,则可大幅降低输入电容。如果示波器的终端电阻为50Ω,则电缆探头端的阻抗将是恒定的50Ω,与频率无关。可使用分压器加大这一非常低的负载阻抗;一个450Ω串联电阻将把被测电压幅值减小10倍,并得到500Ω相对恒定的负载阻抗。采用带端接电阻的低电容传输线探头如图2。
图2:传输线探头大幅降低输入电容,但它也降低了输入电阻,从而降低了整体阻抗
端接传输线探头的输入电容相当低,典型值最高零点几个pF。这种探头的限制因素是低输入电阻,对10倍衰减探头来说,500Ω的输入电阻,将会对被测电路造成很大影响。
这就使我们自然想到有源探头(图3),有源探头采用补偿分压器驱动放大器,该放大器的缓冲输出再驱动以其特性阻抗端接(terminated)的同轴电缆,就像传输线探头。该放大器还将探头与电缆的电容性负载和示波器的输入电路隔离开来。
图3:带缓冲输入驱动50Ω传输线的有源探头
有源探头仍需要低输入电容,在探头前端的小几何形状内,可以容易做到。可以设计出输入电容约为4pF的高阻抗缓冲放大器。约10倍衰减的补偿分压器将进一步降低输入电容,以及允许更大的输入电压摆幅,其输入电容约为0.4pF。实际上,放大器需要输入保护装置,此举将加大探头前端金属的杂散电容,所以0.5pF到4pF的输入电容是比较现实的。
图4显示出上述讨论的三种探头其作为频率函数的输入阻抗(根据特定的输入电阻和电容),在无源探头500MHz的频率上限,其输入阻抗仅为34Ω,在相同频率,传输线探头的输入阻抗为359Ω;有源探头的为530Ω。该容性阻抗将会加载到被测信号上。
图4:与无源和传输线探头比,有源探头可在最宽的带宽内使输入阻抗最大化探头影响的案例图5是一个25Ω系统(50Ω源和负载阻抗)的阶跃波形示例,即使在这样的低阻抗环境下,无源探头容性负载的影响也显而易见。
图5:比较无源探头(PP008)和有源探头(ZS4000)的电容性负载的影响。
图5中,在无源探头接触被测信号前,输入阶跃信号的上升时间约为500ps,当PP008(输入C=9.5pF)接触被测阶跃信号时,上升时间增加至1.8ns,且在前沿造成明显失真。使用ZS4000有源探头(输入C=0.6pF)时,则没对被测信号造成明显失真。
低电容设计的关键是要使探针前端附近的所有导体保持较小的几何形状,这也与使前端保持较小以使其可以与拥挤的电路板上的组件进行物理连接相一致。
探头前端的电容性负载除了DUT带来负载之外,还有另一个影响,单端探头需要一个接地连接,该地线有与其长度相关的电感。该电感,与探头的输入电容相组合,将在LC电路(图6)的谐振频率上引起振铃效应。
图6:示波器的地线增加了被测电路的感抗接地线电感可使用经验规则估算,其值约为20nH/in,进而算出谐振频率。该电感的谐振频率(fr)为:
为使测量不失真,谐振频率应比拟测量信号的频率高得多,可通过使用更短的地线或使用更低输入电容的探头或两者兼而用之的方式来提高谐振频率。
作为示例,我们使用PP008探头(输入C=9.5Pf)、6英寸地线(~120nH)进行阶跃信号电压的测量。在这些参数下,其谐振频率约为150MHz,可容易地在所测波形上看到。若将同样的接地线与输入电容仅为0.6pF的ZS4000探头一起使用,这时其谐振频率约为600MHz且平复要快得多,如图7中所示。
图7.对比不同输入电容对由接地线引入的振铃产生的影响,输入电容更低的有源探头(ZS4000),不仅回复要快得多,且具有更高频率。
更高带宽的探头配有短的、固定长度的接地导线,用最短的地线配以上述介绍的有源探头使你在测量阶跃电压时几乎没有振铃现象和上升时间失真。使用中的重要注意事项是:不要试图延长这些地线,因其会增加电感和电容并将显著影响探头性能。
再回到我们开始的问题:“为什么有源探头的放大器做在探头尖端,而不在示波器内?”答案是:示波器厂家通过将放大器做在探头前端附近,可在探头前端内采用补偿分压器以增加探头的输入阻抗和输入电压范围。同时,有源探头可以缓冲连接电缆对探头的影响。不使用放大器,使用传输线探头,可得到类似结果,但你必须要能忍受低输入阻抗带来的影响。
力科RP4030有源电源完整性探头
有源rc电压放大器实验报告_为什么将放大器装在示波器探头前端?相关推荐
- 有源rc电压放大器实验报告_我们一起来认识一下RC反馈回路
关于运算放大器的使用,相信大家已经很熟悉了.现在我针对运算放大器中常见的RC电路反馈做深入的分析. 在积分电路的反馈电容C并联一电阻,则该积分电路就变形为带有增益的低通滤波器如图1: 依据电路,可以很 ...
- 有源rc电压放大器实验报告_【指月专栏】有源滤波柜的实物讲解,进来了解一下...
点击箭头处"蓝色字",关注我们哦!! 一.有源滤波器简述 有源电力滤波器.是一种用于动态抑制谐波.补偿无功的新型电力电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿. ...
- 有源rc电压放大器实验报告_常见的有源器件和无源器件
简单地讲就是需能(电)源的器件叫有源器件,无需能(电)源的器件就是无源器件.有源器件一般用来信号放大.变换等,无源器件用来进行信号传输,或者通过方向性进行"信号放大".容.阻.感都 ...
- 有源rc电压放大器实验报告_什么是有源器件?有源器件和无源器件怎么区分?...
有源器件.无源器件的"源"指"驱动源"或者说是"策动源",只是这个"源"对电子器件而言往往来自"电源" ...
- 有源rc电压放大器实验报告_射频工程师需要掌握的射频电路设计中的射频有源器件知识...
LNA,PA,混频器. . . .本文帮助您了解RF(射频)系统中使用的有源组件. 与无源组件一样,RF(射频)电路中使用的有源元件与通常在低频模拟系统中发现的有源元件具有许多类似的特性.但是,某些有 ...
- 有源rc电压放大器实验报告_有源元件和无源元件的区别
简单地讲就是需能(电)源的器件叫有源器件,无需能(电)源的器件就是无源器件.有源器件一般用来信号放大.变换等,无源器件用来进行信号传输,或者通过方向性进行"信号放大".容.阻.感都 ...
- c语言编程流水灯与交通灯实验,C51单片机实验报告_流水灯_交通灯_定时器_双机交互_时钟.doc...
C51单片机实验报告_流水灯_交通灯_定时器_双机交互_时钟 学 号: 班 级: 自动化10班 姓 名: 张 指导老师: 胡 2012.12 单片机核心板实验要求 流水灯实验 实验目的: 简单I/O引 ...
- java文件加密解密实验报告_《网络信息安全技术》_实验报告_破译vigenamp#232;re_密码加密的密文...
<<网络信息安全技术>_实验报告_破译vigen&#232;re_密码加密的密文>由会员分享,可在线阅读,更多相关<<网络信息安全技术>_实验报 ...
- 计算机组成原理寄存器的实验原理,计算机组成原理实验报告_寄存器的原理及操作课案.docx...
<计算机组成原理实验报告_寄存器的原理及操作课案.docx>由会员分享,提供在线免费全文阅读可下载,此文档格式为docx,更多相关<计算机组成原理实验报告_寄存器的原理及操作课案.d ...
最新文章
- 无参数的lambda匿名函数
- puppet 工作原理
- Linux 日志 klogd,菜鸟学Linux 第038篇笔记 日志系统 syslogd,klogd
- 拓展视野学习前端,我推荐这些
- Zdal分库分表中间件介绍
- 中移M5311-NBIOT-低功耗OPENCPU开发-MQTT
- python为什么需要编辑器_Python是个什么鬼?为什么设计大牛都在学它?!
- uva-10341-二分法
- 【iOS开发】关于Xcode8后产生的viewForHeaderInSection、viewForFooterInSection设置不产生效果的问题
- Bootstrap+Angularjs自制弹框
- 分享JTooltips 0.2beta版Demo
- C语言dos游戏编程,◣电脑游戏编程入门 (DOS)◥
- swift 打包sdk_Swift.融云SDK接入
- LoadRunner执行压力测试
- 【转载】「微信小程序」有哪些冲击与机会?
- 宽带噪声干扰 matlab,噪声干扰信号及Matlab仿真.doc
- 安规电容与普通电容的区别
- s3c6410 开发板Linux系统支持 K9GAG08U0E的方法(第一篇)
- 阿里云服务器价格计算器有什么用
- 安卓手机 wifi 探针