示波器的帶寬選擇

導言：

200M帶寬的示波器，理論是是可以測到200M的正弦信號。也就是說輸出200M的正弦信號，信號幅值才會降到實際的0.707倍（此處可以參見信號與系統(tǒng)相關知識）；

但如果是方波或者三角波信號，就不能如此推算了，具體需要按照傅里葉變換的方式進行頻譜分析，看你關注多少次內諧波，比如40M的方波信號，按照頻譜分析的原理，最多只能看到200M的5次諧波，5次以上的諧波就看不到了，可能就會看到方波變成了有一定弧度的曲線。
當然，信號超過帶寬之后衰減的只是幅值，并沒有衰減頻率，如果僅僅關注頻率參數(shù)，就沒有上面的那么顧慮了，200M的方波測量頻率依然是200M。
下面是關于帶寬的一些概念定義：

帶寬是示波器的首要指標，和放大器的帶寬一樣，是所謂的-3dB點，即：
在示波器的輸入端加正弦波，幅度衰減為實際幅度的3dB(70.7%)時的頻率點稱為帶寬。

如果我們用100MHz帶寬的示波器測量：幅值為1V ，頻率為100MHz 的正弦波時，實際得到的幅值會不小于0.707V。

那么作為示波器的首要參數(shù)指標，“帶寬不足”對波形測量有哪些影響呢 ？我們用20M、60M、100M帶寬的示波器分別觀察20M的方波信號

20M示波器

60M示波器

100M示波器

由上面三張圖可以看出:
20M示波器基本無法觀察到方波形狀，另外100M示波器的觀察效果比60M示波器要好，下面我們來一起分析原因:


方波信號有限次諧波合成波形圖

20M方波頻譜

上圖中，我們可以看到方波是由基波以及3、5、7、9……次諧波分量遞加而成。所以20M的方波包含20M基波、60M三次諧波，100M五次諧波，140M七次諧波……
如果要對波形進行準確測量，應該讓示波器的帶寬大于波形的主要諧波分量。因此對于正弦波可以要求示波器的帶寬大于波形的頻率，但是對與非正弦波則要求示波器的帶寬大于波形的最大主要諧波頻率。

帶寬不足具體的影響表現(xiàn)在以下兩個方面：
1、由低帶寬導致主要諧波分量消失，使原本規(guī)則的波形呈圓弧狀接近正弦波；
2、低帶寬給波形的上升時間和幅度的測量帶來較大的誤差。

所以示波器的帶寬越高，實際測量也就越精確，當然價格和成本也會更高，那么我們需要多大帶寬的示波器才合適呢？
一般所測信號最大頻率的5倍，就是最合適的帶寬，即帶寬的五倍法則。