关于信号源设置输出与实际输出问题

发表于 2010-4-14 15:01

各位大侠最近刚接触信号源（泰克 AFG3022B）,有个迷惑。
比如我设置信号源界面：方波、频率10k、幅度设置：高电平5v，低电平0v，设置好后，加到我的电路，但用示波器测量我的电路输入时，信号实际输入幅度大于5v。
有点迷惑。我觉得是阻抗匹配的原因，但是还是理解不了。
希望明白的前辈给点既简单有容易接受的解释。

发表于 2010-4-15 07:50

自己顶顶先

发表于 2010-4-15 08:12

输出阻抗，其为50欧。
另有负载相关的设置。

发表于 2010-4-15 09:06

输出阻抗，其为50欧。
另有负载相关的设置。
HWM 发表于 2010-4-15 08:12

我的理解是这样的，不知道对不对。
信号源也就是个电源，内阻为50欧姆，我们在其界面设置的参数是内部电源的参数，而不是最终加到负载上面的。当负载输入阻抗为50欧姆时，加到负载上的各参数才与我们设置的内部电流源的参数一致（最大功率匹配）。
当负载输入阻抗远大于信号源内部阻抗50欧姆时，内部电流源加到负载上的幅度翻倍，我解释不了。
不知道理解正确与否，明白者给解解疑惑。

发表于 2010-4-16 15:10

我们先从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源，总是有内阻的（请参看输出阻抗一问），我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为r，那么我们可以计算出流过电阻R的电流为：I=U/(R+r)，可以看出，负载电阻R越小，则输出电流越大。负载R上的电压为：Uo=IR=U/[1+(r/R)]，可以看出，负载电阻R越大，则输出电压Uo越高
但是Uo最大等于U，但是我实际测量怎么UO=2U的情况呢？所以很迷惑

发表于 2010-4-16 18:06

这跟信号源的内电路设计有关，通常而言，信号源可以等效为一个电压源串一个电阻的模型，但这是有条件的，即所谓在信号源输出电路的线性区内该模型成立，出了线性区就不是这样了，电压源和内阻都会发生变化。

发表于 2010-4-17 11:44

这跟信号源的内电路设计有关，通常而言，信号源可以等效为一个电压源串一个电阻的模型，但这是有条件的，即所谓在信号源输出电路的线性区内该模型成立，出了线性区就不是这样了，电压源和内阻都会发生变化。 ...
chunyang 发表于 2010-4-16 18:06

那是不是从信号源出来的信号，在接入电路前都要用示波器校准一下？
举个例子，我的电路需要信号为：方波信号，低电平0v高电平5v，频率20hz。
而我的电路的输入阻抗可能远大于信号源的输出阻抗50欧姆，在我接入电路前，用高阻输入的示波器，测量信号源的输出，根据输出情况设置信号源的参数为：方波信号，低电平0v，高电平2.6v，频率20hz
我的这个过程对吗？

发表于 2010-4-17 11:47

一般情况下无需校准电平，除非你的系统要求特定的输入幅值，比如一些线性系统等，但你却用的是方波，数字系统只要输入电平在逻辑电平的噪声容限内即可，无特别要求。

发表于 2010-4-17 11:50

但有一点不确定：我设定信号源的界面，是不是设定的各参数值就是设置的等效电压源的参数？
比如我设置信号源界面：方波高电平2.5v 低电平0v 频率20hz，是不是就是设定里面电压源的参数？还是设定的是负载为50欧姆时的标称输出？
我觉得确定这点很关键，不知道那个对。希望得到解答

发表于 2010-4-17 12:06

各位，大家好！我是个新手，对电子电路比较感兴趣，所以加入了这个论坛，希望我们可以共同学习。
我对5楼的说法方式比较赞同，其他的我都有些看不明白，希望大家用通俗的话帮忙解释一下那些看的不太明白的语句进行解释一下，谢谢各位了

发表于 2010-4-17 14:18

所有源（至少我见到的）的输出幅度都是按照50ohm匹配时定义的。你的示波器应该被打到了高阻输入档，你可以选择50ohm输入档，应该看到的就是实际情况。而高阻的时候会增加近似的一倍。解释这个现象可以自己画个等效电路，源的等效电路就是一个电压源串联一个50ohm电阻，50ohm的负载得到电压就是仪器的标称输出，如果电压源是V，负载会得到V/2,这个V/2就是标称输出，如果接一个大负载，近似开路的话，就会得到近似的V，这也就是为什么用高阻输入的示波器会得到近似2倍电压的缘故。

其实简单说说，我们在信号源界面设定的各参数值，是负载在50ohm时的输出值。只有当负载等于信号源的输出阻抗50ohm时，界面设定值与负载得到的值一样。设定的值不是内部电压源的值。区分好这点就清楚了。

谢谢参与的朋友们

发表于 2010-4-17 16:57

明明知道，还绕这么大的一弯

发表于 2010-4-19 12:53

我是后来知道的，发帖的同时又搜资料请教别人
把了解的情况跟大家分享

发表于 2011-9-5 23:51

总结帖：

一、输入阻抗

输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗R=U/I。可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。
输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样，它反映了对电流阻碍作用的大小。对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，则对电压源的负载就越轻，因而就越容易驱动，也不会对信号源有影响；而对于电流驱动型的电路，输入阻抗越小，则对电流源的负载就越轻。因此，我们可以这样认为：如果是用电压源来驱动的，则输入阻抗越大越好；如果是用电流源来驱动的，则阻抗越小越好（注：只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻抗匹配问题。另外如果要获取最大输出功率时，也要考虑阻抗匹配问题。

二、输出阻抗

无论信号源或放大器还有电源，都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是一个信号源的内阻。本来，对于一个理想的电压源（包括电源），内阻应该为0，或理想电流源的阻抗应当为无穷大。输出阻抗在电路设计最特别需要注意。
但现实中的电压源，则不能做到这一点。我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源。这个跟理想电压源串联的电阻r，就是（信号源/放大器输出/电源）的内阻了。当这个电压源给负载供电时，就会有电流I从这个负载上流过，并在这个电阻上产生I×r的电压降。这将导致电源输出电压的下降，从而限制了最大输出功率。同样的，一个理想的电流源，输出阻抗应该是无穷大，但实际的电路是不可能的.

三、阻抗匹配

阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。阻抗匹配分为低频和高频两种情况讨论。

我们先从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源，总是有内阻的，可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。假设负载电阻为R，电源电动势为U，内阻为，那么我们可以计算出：

①流过电阻R的电流为： I=U/(R+r)

可以看出，负载电阻R越小，则输出电流越大；

②负载R上的电压为： U0=IR=U/(1+r/R)

可以看出，负载电阻R越大，则输出电压Uo越高。

③电阻R消耗的功率为：P=I2R=U2/[(R-r)2/R+4r](推导略）

对于一个给定的信号源，其内阻r是固定的，而负载电阻R则是由我们来选择的。上式当R=r时，分母可取得最小值0，这时负载电阻R上可获得最大输出功率。也就是说，当负载电阻跟信号源内阻相等时，负载可获得最大输出功率，这就是我们常说的阻抗匹配问题。对于纯电阻电路，此结论同样适用于低频电路及高频电路。
当交流电路中含有容性或感性阻抗时，结论有所改变，就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等，虚部互为相反数，这叫做共扼匹配。在低频电路中，我们一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源和负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，传输线可以看成是“短线”，反射可以不考虑。
从以上分析我们可以得出结论：

l如果我们需要输出电流大，则选择小的负载R；

l如果我们需要输出电压大，则选择大的负载R；

l如果我们需要输出功率最大，则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。

有时阻抗不匹配还有另外一层意思，例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的，如果负载条件改变了，则可能达不到原来的性能，这时我们也会叫做阻抗失配。

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