原创示波器带宽和上升时间--定义及原理

 2008-7-3 21:20  3867 5 5 分类: 测试测量

示波器最生根的技术指标就是带宽。示波器的带宽表明了该示波器垂直系统的频率响应。示波器的带宽定义为示波器在屏幕上能以不低于真实信号3dB的幅度来显示信号的最高频率。
　　—3dB点的频率就是示波器所显示的信号幅度“Vdisp”为示波器输入端真实信号值“Vinput”的71％时的信号频率，如下式所示：设：
　　dB(伏)＝20log(电压比)
　　—3Db=20log(Vdisp/Vinput)
　　—0.15＝log(Vdisp/Vinput)
　　10^-0.15=Vdisp/Vinput
　　Vdisp=0.7Vinput

　　图表示出一个100MHz示波器的典型频率响应曲线。

出于现实的理由，通常把带宽想象成为叔响曲线一直平坦延伸至其截止频率，然后从该频率以－20dB/+倍频程的斜率下降。当然，这是一种简化的考虑。实际上，放大器的灵敏度从较低的频率就开始下降，百在其截止频率达到－3dB。图5中中同时给出了简化的频率响应曲线和实际的频率响应曲线。

上升时间

　　上升时间直接和带宽有关。上升时间通常规定为信号从其稳态最大值的10％到90％所用的时间。
　　上升时间是一个示波器从理论上来说能够显示的最快的瞬变的时间。示波器的高频响应曲线是经过认真安排的。这就保证了具有高谐波含量的信号，如方波，能够在屏幕上精确的再现。如果频响曲线下降太快，则在信号的快速上升沿上就会发生振铃现象。如果频响曲线下降太慢，即在频响曲线上下降开始得过早，则示波器总的高频响应就受到影响，使得方波失去“方形”特性。
　　对于各种通用示波器来说，其高频响应曲线是类似的。从该曲线我们可以得到一个示波器带宽和上升时间的简单关系公式。此公式为：
　　tr(s)=0.35/BW(Hz)
　　对于高频示波器来说，这个公式可以表示为：
　　tr(ns)=350/BW(MHz)
　　对于一个100MHz的示波器来说，上升时间为3.5（ns=纳秒10－9秒）
　　在示波器的标尺上刻有标明0％和100％的专门的线，用来进行上升时间的测量。测量时我们先用VAR灵敏度控制机构将被测认号的顶部和底部分别和标有0％和100％的线对齐。
　　然后找出信号和标尺上标有10％和90％的两条线的交点。这样，上升时间就可以从这两个交点沿X轴方向的时间间隔读出来。
　　要想测量一台示波器的上升时间，我们使用与上述相同的方法，只是要求测试信号的上升时间应当比该示波器的上升时间短得多。为获得2％的测量误差，测试信号的上升时间至少应小于示波器上升时间的五分之一。示波器上显示的上升时间应当是示波器上升时间和信号上升时间和组合函数。其关系为