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新年伊始，同學(xué)們是否已經(jīng)奔赴各自的工作崗位啦？小編這就要開(kāi)工啦！這兩天在倒弄信號(hào)發(fā)生器，在搭配示波器使用時(shí)碰巧遇到一個(gè)問(wèn)題，和大家一起分享下。
一道問(wèn)題
照例，先拋出一道問(wèn)題：將信號(hào)發(fā)生器的輸出通道直連到示波器的輸入通道。信號(hào)發(fā)生器輸出的是1kHz，峰峰值為2Vpp的正弦波。而在示波器上顯示的波形卻是1kHz，4Vpp的正弦波。
這是為什么？難道是信號(hào)發(fā)生器有問(wèn)題嗎？
這個(gè)拓?fù)淇梢宰冃螢橛檬静ㄆ魈筋^去測(cè)量PCBA板上的正弦波/方波/三角波/脈沖等其他信號(hào)，可以說(shuō)是很常見(jiàn)的場(chǎng)景。
哪里出問(wèn)題了呢？
信號(hào)發(fā)生器簡(jiǎn)易模型解析
要搞清楚這個(gè)問(wèn)題，首先需要先了解下信號(hào)發(fā)生器。
如上圖所示，即為信號(hào)發(fā)生器的簡(jiǎn)易等效模型，我們來(lái)逐個(gè)模塊解析下。
①Vg：信號(hào)發(fā)生器內(nèi)部的信號(hào)源；
②Vd：信號(hào)發(fā)生器液晶屏上顯示的電壓，即為設(shè)置的輸出電壓；Vd是小編自己定義的，d是display的簡(jiǎn)寫(xiě)。注意：Vd并不等于Vg；
③R1：信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗，通常為50歐姆。這是由信號(hào)發(fā)生器內(nèi)部電路所決定，就是信號(hào)發(fā)生器的“內(nèi)阻”。該數(shù)值在規(guī)格書(shū)都會(huì)標(biāo)注，如下圖所示。
④R2：信號(hào)發(fā)生器設(shè)置的負(fù)載阻抗，這個(gè)是假設(shè)的，需要認(rèn)為設(shè)定的，并不是實(shí)際的負(fù)載，所以用虛線(xiàn)來(lái)表示。通常有兩種模式可選：
1）50Ω模式：假設(shè)外部負(fù)載為50歐姆，并讓信號(hào)源依據(jù)此負(fù)載輸出；
2）高阻模式：假設(shè)外部負(fù)載為高阻，并讓信號(hào)源依據(jù)此負(fù)載輸出；
可以通過(guò)Utility--輸出設(shè)置--負(fù)載進(jìn)行設(shè)置，界面如下圖所示。
揭秘信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)在邏輯關(guān)系
僅僅理解信號(hào)發(fā)生器的等效模型還不夠，我們還需要了解其內(nèi)在的關(guān)聯(lián)。
在此之前，我們首先需要強(qiáng)調(diào)下：信號(hào)發(fā)生器并不智能，它不會(huì)預(yù)先知道外部實(shí)際接入的負(fù)載情況，它只會(huì)根據(jù)設(shè)置的負(fù)載阻抗進(jìn)行輸出。
不同的負(fù)載阻抗設(shè)置，再基于設(shè)定的輸出電壓Vd，會(huì)直接決定內(nèi)部信號(hào)源Vg和Vd的關(guān)系。
如上圖所示，當(dāng)R2設(shè)置為高阻（通常為1MΩ）時(shí)，若Vd=1Vpp，由于串聯(lián)分壓原理，Vg=Vd；而當(dāng)R2設(shè)置為50Ω時(shí)，則Vg=2xVd。
所以，需要重點(diǎn)理解負(fù)載阻抗R2和(內(nèi)部)信號(hào)源Vg的內(nèi)在邏輯關(guān)系。
示波器的輸入阻抗
信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗和負(fù)載阻抗暫且先聊到這里，我們?cè)僬f(shuō)一下示波器的輸入阻抗。如下圖所示，示波器輸入通道面板上通常會(huì)標(biāo)注通道的輸入阻抗。在規(guī)格書(shū)上也會(huì)有明確說(shuō)明。
小編手頭的示波器，只有高阻（1MΩ）一種狀態(tài)。高端的示波器還會(huì)有50Ω的輸入阻抗可供選擇。由于小編這里沒(méi)有這樣的示波器，不能展示。
信號(hào)發(fā)生器與示波器的阻抗匹配
說(shuō)完示波器的輸入阻抗，我們?cè)俳Y(jié)合信號(hào)發(fā)生器的負(fù)載阻抗設(shè)置一起看。
R2是假定的負(fù)載阻抗，用虛線(xiàn)連接。R3是實(shí)際的負(fù)載（如示波器的輸入通道），用實(shí)線(xiàn)連接。R2有兩種設(shè)置，R3有兩種設(shè)置，共計(jì)有如下4種情況。
前提：假定信號(hào)發(fā)生器顯示屏上的Vd=2Vpp，
當(dāng)負(fù)載阻抗R2設(shè)置為高阻時(shí)，根據(jù)前面小節(jié)的分析，可知，Vg=Vd；
①當(dāng)R3為高阻時(shí)，根據(jù)分壓定理，R3兩端電壓V3=Vg=2Vpp；
②當(dāng)R3為50Ω時(shí)，根據(jù)分壓定理，R3兩端電壓V3=Vg/2=1Vpp；
當(dāng)負(fù)載阻抗R2設(shè)置為50Ω時(shí)，如前所述，可知，Vg=2Vd；
③當(dāng)R3為高阻時(shí)，根據(jù)分壓定理，R3兩端電壓V3=Vg=4Vpp；
④當(dāng)R3為50Ω時(shí)，根據(jù)分壓定理，R3兩端電壓V3=Vg/2=2Vpp；
其中，②和③屬于阻抗失配，是一種不正常的連接；①和④屬于阻抗匹配，是正常的連接。
實(shí)際驗(yàn)證
上面的分析都是理論分析，下面我們基于現(xiàn)有環(huán)境，實(shí)際驗(yàn)證下。由于小編手上示波器的輸入阻抗只有高阻模式，沒(méi)有50Ω模式，所以我們只能驗(yàn)證上述4種情況中的2種。
信號(hào)發(fā)生器輸出的是1kHz，峰峰值為2Vpp的正弦波。將信號(hào)發(fā)生器的負(fù)載阻抗設(shè)置為高阻模式，我們可以看到示波器上顯示的波形Vpp為2V，對(duì)應(yīng)上面分析的情況①，阻抗匹配。
將信號(hào)發(fā)生器的負(fù)載阻抗設(shè)置為50Ω模式，我們可以看到示波器上顯示的波形Vpp為4V，對(duì)應(yīng)上面分析的情況③，阻抗失配。
總? 結(jié)
先聊到這里，梳理下今天討論的內(nèi)容：
①提出實(shí)際調(diào)試中遇到的信號(hào)源與示波器的匹配問(wèn)題；
②解析信號(hào)發(fā)生器的等效模型；
③揭秘信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)在邏輯關(guān)系；
④分析信號(hào)發(fā)生器與示波器的阻抗匹配；
⑤實(shí)際驗(yàn)證；
怎么樣？一個(gè)簡(jiǎn)短的問(wèn)題，給出的回答可淺可深，就看你對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解達(dá)到怎樣的程度。你學(xué)廢了么？
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