文章目錄
- 前言
- 一、問題引入
- 二、問題重制
- 三、問題分析
前言
今天在做19年國賽題《簡易電路特性測試儀》的時候，發現一個很“神奇”的現象，就是信号源輸出的交流信号僅經過一個串聯的電阻後，示波器測量出的輸出電壓會随輸入頻率增大而減小。
一、問題引入
為了測量待測的三極管共射放大電路（以下簡稱為“待測電路”）的輸入電阻，我們在待測電路前串入一個大小為6.8k的采樣電阻，進而通過采樣電阻的分壓，計算出待測電路的輸入電阻。
這個題目有一個名額要求就是測量待測電路的幅頻特性。單獨測量待測電路時，測出其上限頻率即信号幅度衰減至-3dB點時頻率為143kHz，然而接入前級電路後，發現其-3dB點頻率直接下降到61kHz。顯然，此時在待測電路前級出現了問題。前級電路如圖。
此時單測前級電路，發現其輸出幅度會随輸入頻率增大而減小，通過逐漸檢測，分壓和跟随器輸出都很理想，排除了分壓和跟随器産生錯誤的可能性，故産生這種現象的原因隻可能在這個6.8k電阻上。
二、問題重制
于是，我們開始測試單個電阻，驚奇的發現不論是通過鳄魚夾直接夾直插電阻兩端，亦或是用SMA轉BNC直接接一個貼片電阻，示波器測出的信号幅度都會随輸入頻率增大而減小。這裡擺出圖檔。
設定信号源為掃頻模式，起始頻率1kHz，終止頻率200kHz，掃描時間5s：
頻率較小時，可以看到波形上下限大概在我打的這2個光标處。
然而當頻率增大到一定值，可以發現，其波形幅度已經顯著降低。
同樣，我們用貼片電阻及SMA轉BNC線搭配，測試的結果也類似，這裡不再贅述。
三、問題分析
當信号沿傳輸線傳輸時，傳輸線上的分布電容互相并聯，每個分布電容大小大概為2pF，當傳輸線達到一定長度，其電容容值就會到百pF級甚至nF級。此時電阻和到地的電容便構成了一個無源RC低通濾波器，假設此時傳輸線電容為100pF，Rs=6.8k，其截止頻率fo=1/2πRC≈230kHz，顯然截止頻率的數量級與我們設定的終止頻率相同，均是105Hz。
除此之外，用萬用表去測量示波器到地的電容，發現其電容容值為0.6nF，那麼和傳輸線的電容加起來就會有0.7nF的電容，截止頻率此時大概為33kHz。
那麼問題到這裡，結果就不言而喻，一定長度傳輸線具有的分布電容與示波器的電容并聯，容值相加，與6.8k的電阻構成了低通濾波器，是以輸出顯示出異常的幅頻特性就不足為奇了。