示波器校准中阻抗失配问题的探讨

加入 50 负载阻抗 CH 1 频带宽度 122MH z CH 2 121MH z
不加入 50 负载阻抗 CH 1 96MH z CH 2 ( % ) 93MH z
从实验结果我们可以看到, 阻抗失配条件下校准示 波器的测量误差相对较大 , 特别是在示波器的整体性能 不是很好的情况下, 这种影响对示波器的检定结果很可 能是质的跨越 , 即将合格的示波器判断为不合格。所以 在阻抗匹配的条件下进行示波器脉冲和频率响应校准、 时基校准是非常必要的。 (下转第 55 页 )
摘 要 : 采用 FLUK E 5500A 多功能校准仪校准示波器时 , FLUK E 5500A 的输出阻抗是 50 , 而示波器 的输入阻抗是 1M , 这就使得 示波器测
试系统处于阻抗失配的工作状态下 , 本文将就示波器校准中的阻抗失配问题展开探讨。 关键词 : 阻抗失配 ; 阻抗匹配 ; 负载阻抗
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计量与测试技术 20Байду номын сангаас7 年第 34 卷第 11 期
示波器校准中阻抗失配问题的探讨
D iscussing on I mpedance M ismatch P roblem in Calibration of D igitizing O scilloscopes 韩淑杰
( 73686 部队计量中心 , 江苏 南京 210014)
C H 1 误差 ( % ) CH 2 误差 ( % ) CH 1 误差 ( % ) CH 2 误差 ( % ) - 1. 22 - 0. 70 - 1. 50 - 1. 80 - 1. 40 - 2. 35 - 2. 74 - 2. 40 - 1. 75 - 2. 20 - 1. 30 0 0 - 0. 40 - 0. 60 - 0. 68 - 1. 90 - 1. 80 - 1. 78 - 1. 60 - 1. 40 - 1. 18 - 1. 22 - 1. 16 - 0. 70 - 1. 80 - 1. 30 - 2. 35 - 2. 64 - 2. 30 - 1. 80 - 2. 10 - 1. 20 0 0 - 0. 40 - 0. 85 - 0. 56 - 2. 00 - 2. 00 - 1. 74 - 1. 70 - 2. 00 - 1. 40 0. 10 - 0. 80 - 0. 80 - 0. 72 - 2. 00 - 2. 50 - 1. 88 - 2. 00 - 1. 60 - 1. 40 - 2. 30 - 1. 50 - 1. 95 - 2. 28 - 1. 90 - 3. 00 - 3. 10 - 2. 60 - 2. 15 - 2. 28 - 1. 80 0 - 1. 98 - 1. 00 - 1. 75 - 2. 20 - 1. 90 - 2. 70 - 2. 90 - 2. 80 - 2. 30 - 2. 50 - 2. 00 0 0 - 0. 60 - 1. 25 - 0. 68 - 2. 00 - 1. 70 - 1. 82 - 2. 00 - 1. 90 - 1. 78
1 概述 采用 FLUKE 5500A 多功能校准仪校准示波器的 水平偏转系数、 频带宽度、 上升时间时 , FLUKE 5500A 的输出阻抗是 50 , 而且是不可变更的, 而示波器的 输入阻抗是 1M , 输入与输出阻抗不相等, 使得示波 器测试系统处于阻抗失配的工作状态。 测试系统处于阻抗失配的工作状态 下进行示波 器的检定, 除了示波器显示的幅值是 FLUKE 5500A 多 功能校准仪设定幅值的两倍外 , 仅凭肉眼观察, 看不 出阻抗失配对示波器的检定有更明显的影响 , 这也就 使得有的计量检定员误认 为阻抗匹配不匹配对示波 器的检定结果没有影响 , 就在输入与输出阻抗不匹配 的状况下对示波器进行检定, 然而事实上阻抗不匹配 是测量结果不确定度的重要来源之一。 2 阻抗失配对示波器校准结果的影响 选择被校件的型号为 YB4365 100 MH z示波器 , 测 量装置采用 FLUKE 5500A 多功能校准仪, 在相同的检 定条件下, 对示波器端加入 50 负载阻抗和不加入负 载阻抗两种情况 , 分别进行示波器脉冲和频率响应校 准、 时基校准。 阻抗匹配与否关系到示波器上观察 到的信号质 量 , 最为直观的是 , 在阻抗失配状态下, 示波器显示的 幅值是 FLUKE 5500A 多功能校准仪设定幅值的两倍, 这是因为两端匹配的信号源驱动电路 , 等效为一个 2X 信号电压的理想电压源串联一个匹配阻抗 , 如果开路 测量, 又用高阻抗探头 , 等于直接测量理想电压源的 2X 信号电压。 在水平方向上, 我们可以通过具体的实验数据看 出 , 在阻抗匹配与不匹配的条件下, 示波器的校准结 果有着显著区别 , 检定示波器的水平偏转系数和频带 宽度的实验数据如表 1 所示。 上升时间的观察由于受模拟示波器的性能限制, 加与不加 50 负载阻抗 , 检测到的示波器的上升时间 观察不到有明显区别。另外, 不加 50 负载阻抗进行
生再次反射。选 择串联终端匹配电阻值的原则很简 单, 就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与 传输线的特征阻抗相等。负载端反射信号向源端传 播, 到达源端后被匹配电阻吸收 ; 反射信号到达源端 后, 源端驱动电流降为 0 , 直到下一次信号传输。 由于串联匹配电阻的作用 , 驱动信号传播时以其 幅度的 50 % 向负载端传播; 信号在负载端的反射系数 接近 + 1 , 因 此反射信号的幅度接近原始信号幅度的 50 % 。反射信号与源端传播的信号叠加, 使负载端接 受到的信号与原始信号的幅度近似相同。
够满足测量要求的信号源。 ( 2)测量中 , 要消除机壳电位对测量电路的影响 , 应首先将测 量仪器和被测电路的各连接地可靠地连 接, 使系统有一个统一的参考零电位 , 然后再连接信 号线。这样, 各个测量仪器的机壳电位都不会对被测 电路造成影响。
参考文献 [ 1] 诸邦田 10 [ 2] 将换文 , 孙续 电子测量 计量技术出版社 , 1983 电子电路 实用抗干 扰技术 人民邮电 出版社 , 2004 .
参考文献 [ 1] FLUK E 5500A 多功能校准仪操作手册 [ 2] JJG 262 - 96模拟示波器检定规程 作者简介 : 韩淑杰 , 女 , 工程师。 工作单位 : 73686部 队计量中 心。通信 地址 : 210014 江苏省南京市孝陵卫 1 号。 收稿时间 : 2007- 06 - 11
阻抗匹配时 , 示波器上显示的波形杂波相对较多, 不 利于波形的观测。
表 1 时基 50n s 0. 1 s 0. 2 s 0. 5 s 1 s 2 s 5 s 10 s 20 s 50 s 0. 1m s 0. 2m s 0. 5m s 1m s 2m s 5m s 10m s 20m s 50m s 0. 1 s 0. 2 s 0. 5 s 加入 50 负载阻抗 不加入 50 负载阻抗
作者简介 : 唐金元 , 男 , 教授。工作单位 : 海军航空工程学院青 岛分院航 空电子系电子信息基础研究室。通讯 地址 : 266041 山 东省青岛 市海军 航空工程学院青岛分院 401 室。 王翠珍 , 青岛市海军航空工程学院青岛分院 (青岛 266041) 。 收稿时间 : 2007- 06 - 01
要消除通过空间分布电容或人体感 应对测试电 路的干扰, 信号线要尽量采用屏蔽线, 且使不屏蔽的 接线头部分尽量的短; 在测试或调试时, 要将暂时不 用的测试仪器 ( 指机壳带电的 ) 的电源插头从电源插 座中拔出。 2 2 3 避免机壳电位对被测电路输入晶体管的损坏
图 3
机壳电位若加到高频或超高频小功 率晶体管的 发射结上, 可能导致管子的损 坏。测试时 , 接线的顺 序应是先接地, 再接信号线。若先将信号源的信号线 与被测电路的输入端连接起来 , 如图 3 所示, 在二者的 地线未接好之前 , 由于信号源对地分布电容 C 0、 被测 电路输入耦合电容 C 和射极旁路电容 C e 上的电压不 能突变 , 信号源的机壳电位 e0 通过较低的信号源输出 阻抗 R 0 加到晶体管的发射结 , 对其形成冲击 , 冲击电 流很大 , 虽时间较短, 但破坏力较强, 晶体管损坏的可 能性很大。如果被测电路的输入级采用场效应管, 由 于其输入阻抗很高, 过载能力很差, 损坏的可能性比 普通的高频管还要大得多。 因此, 测量高频电路时或场 效应管电路时 , 尤其 是场效应管电路时, 一定要特别警惕机壳电位的破坏 ( 上接第 52页 ) 3 实现阻抗匹配的原理及方法 阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内 部阻抗互相 适配, 得到最大功率输出的一种工作状态。阻抗匹配 的技术可以说是丰富多样, 但是在具体的系统中怎样 才能比较合理的应用, 需要衡量多个方面的因素。根 据 FLUKE 5500A 多功能校准仪的操作手册, 采用的是 串连匹配, 也就是选择 50 负载阻抗或者在示波器的 输入端直接使用一个的 50 外部终端器。 串联匹配是最常用的终 端匹配方法。它的优点 是功耗小, 不会给驱动器带来额外的直流负载, 也不 会在信号和地之间引入额外的阻抗 ; 而且只需要一个 电阻元件。 串联终端匹配的理论出发点是在信 号源端阻抗 低于传输线特征阻抗的条件下, 在信号的源端和传输 线之间串接一个电阻 R, 使源端的输出阻抗与传输线 的特征阻抗相匹配, 抑制从负载端反射回来的信号发
唐金元等 : 减少电子测量仪器测量误差的方法
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作用。测试仪器要尽量的采用三线电源线, 使机壳不 带电 , 或虽采用两线电源线, 测试连线时, 一定要先接 好地线 , 再接信号线 , 避免机壳电位对被测电路的冲 击。这一点在场 效应管电路时焊接和调试过程也应 当引起充分的重视, 在焊接和调试场效应管电路过程 中, 损坏场效应管 是很常见的。焊接时 , 尽量使用有 地线的电络铁 , 若使用二线电络铁的话 , 应在电络铁 烧热后 , 将其从电源插座中拔出 , 利用电络铁的余热 进行焊接 , 这一点务必注意。 3 结束语 ( 1)在电子技术实验、 检测和调试过程中, 要得到 准确的测量结果, 一定要充分注意仪器的输入、 输出 阻抗对被测电路的影响, 并尽量选择输出功率较大能