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测验线材的滤波器效应和负载效应

在平时测试硬件电路的时候,经常会遇到一些容易忽视又不容易觉察的问题,但是我们又必须正视这些问题的存在,并想方设法减弱或者消除这些问…

在平常测验硬件电路的时分,经常会遇到一些简单忽视又不简单察觉的问题,但是咱们又有必要正视这些问题的存在,并想方设法削弱或许消除这些问题,这儿称之为硬件电路丈量中的圈套。

  测验仪器和外表的负载效应滤波器效应

在用万用表丈量电压或许电流的时分,万用表都是作为一个负载和丈量目标并联或许串联在一同。假如丈量目标的负载巨细和万用表的等效负载的巨细比较,假如归于相同数量级巨细,那么万用表负载就必定会对丈量目标发生影响。比方丈量电压,被测负载的巨细假如是10K,那么假如所选用万用表的等效负载也是这个这个数量级的,那么测验的成果必定会有很大的差错。依据并联电路中的分流理论,假如要减小这种差错,就有必要挑选等效负载大的万用表,并且是越大越好。一般来说,指针万用表在丈量电压的时分,其等效负载依据量程的不同散布在几十千欧到几百千欧数量级,数字万用表在丈量电压的时分,因其选用了有源电路做为等效负载,所以其值一般依据量程不同散布在兆欧数量级到十几兆欧数量级,相对而言,其对被测目标的影响就小许多,测验的成果可信度也比较高。但是,假如将数字万用表看做一个电压传感器的话,其高阻值的等效负载,又会简单拾取一些噪声电压,所以也会引入一些测验上的差错,假如要减小这个高阻的探头效应,就有必要在丈量的时分,表笔和表体尽可能远离一些潜在的噪声搅扰源。矛盾论的又一次表现在这儿。

再用联络的观念来看,丈量仪器作为等效负载实践上也参加了所丈量的电路的作业,假如要考虑其影响的话,一旦丈量仪器介入了测验电路,整个电路的作业状况就发生了改动,假如丈量仪器对电路的影响比较小,那么这个丈量仪器的影响便是一个微扰,能够疏忽,假如丈量仪器对电路的影响比较大,那么这个丈量仪器的影响便是对这个电路体系的一个冲击。这便是为什么,有时分咱们做测验的时分,表笔一旦放在测验目标上,却看到了测验目标自激了,或许不作业了,或许有不可思议的噪声呈现的原因,这个时分,咱们需求做的便是替换负载效应小的仪器或许表笔探头。

在用万用表丈量沟通信号的时分,还需求留意丈量目标的作业频率,万用表作为负载参加丈量的时分,假如单纯从丈量表笔向万用表看进去,能够以为万用表是一个滤波器,因为其丈量电路无非是由一些电阻,电容,晶体管组成的丈量电路,那么这个电路必定存在一个作业频率规模(带宽),假如在这个频率规模内丈量,那么测验成果有用,假如在这个频率规模之外丈量,测验成果就不精确了。所以有必要重视测验仪器的频率规模。这个便是万用表的滤波器效应。

相同,在运用示波器,沟通毫伏表,超高频微伏表和频谱仪时,也有必要留意相应的负载效应和滤波器效应,应该依据所测验目标的负载和作业频率去挑选相应的仪器。在仪器的阐明书上,一般都有等效负载的巨细阐明,以及作业频率的阐明,这个比较常见,十分简单了解。

一般来说,丈量低频沟通信号时,假如单纯想丈量信号的巨细,能够挑选数字万用表,假如还想看到信号的时域波形,那么挑选示波器。假如信号很弱小,能够挑选毫伏表和示波器调配运用。丈量音频信号时,依据信号的巨细,能够挑选示波器或许毫伏表,mV数量级的沟通信号,能够用示波器和毫伏表调配运用。高频信号时,可挑选超高频毫伏表或许频谱仪。在运用这些仪器的时分,有必要留意负载效应和滤波器效应。尤其是在丈量高频小信号(uV数量级)电路的时分,假如高频放大器的负载为并联谐振电路,这个时分假如用频谱仪(50ohm负载效应)进行丈量,必定导致50ohm的频谱仪和并联谐振电路一同作为高频放大器的负载,这样必定导致放大器的增益下降,所测验的成果必定是不精确的,这个时分能够选用差分高阻探头合作频谱仪进行丈量,能够很大程度上减小负载效应的影响。

别的,在测验晶体的时分,一般常见的是用示波器进行时序的丈量,还有的是测验晶体是否振动。这个时分,必定要留意示波器探头的负载效应,因为探头上会存在寄生电容,比较小,一般是pF量级,但是晶体的负载电容一般也是pF量级,所以探头的介入,会引起晶体振动电路的频率的偏移,然后影响晶体振动电路的作业,严峻的,会导致晶体电路无法起振。这个时分,就有必要挑选差分高阻探头进行丈量。

  测验线材的滤波器效应和负载效应

一般在丈量高频电路的时分,咱们一般选用RF同轴线,比方常见的RG-58C,从直觉来看,50ohm的RF同轴线不会对丈量引起太大的影响,但是假如从实践来考虑,传输线能够看做是一系列LCRG组成的网络,因为CL的存在,这个网络必定存在一个作业频率规模,因为RG的存在,这个网络必定存在损耗,所以传输线会对测验体系发生滤波器效应,也便是说传输线也有一个作业频率规模的问题,假如咱们用网络分析仪去测验一根RF同轴线比方RG-58C,在很宽的频率规模来扫描其S21,咱们会发现这个同轴线是一个低通滤波器,从RF线材的非抱负性来看,这个丈量成果应该是意料之中的。能够想象,假如咱们单纯让这根同轴线作业在远离其低通滤波器corner-frequency很远的当地,那么从RF匹配的视点来看,这个同轴线就不是一个50ohm或许75ohm匹配的同轴线,假如运用这根线,必定引起很大的反射损耗,此刻就有必要从头挑选其他RF线材。下面的表格便是一个RF同轴线的参数表格,能够看到每个feet长度时,其等效的电容大约是20~30pF,关于高频而言,这个是比较大的电容,这便是为什么咱们在进行RF丈量时,有必要挑选尽可能短的同轴线的原因。
  
相应地,在丈量高频信号(或许高频数字信号)的时分,示波器探头的地线的的等效负载效应也有必要考虑,探头地线的介入,改动了测验体系的特性,探头地线作为一个理性负载元件必定引起测验目标的传输特性的改动,然后引起测验成果的改动,严峻的会引起体系振动和自激。

以上便是测验线材的滤波器效应和负载效应。

假如从根本电路理论和信号与体系的视点去了解上述这些测验体系中的圈套,咱们会很简单了解,并在挑选仪器或许测验时,知道怎么减小和消除这些问题的影响。

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