什么是示波器的系統(tǒng)帶寬，如何找到示波器和探頭的帶寬？

以前只要稍微有點(diǎn)常識就能回答這個(gè)問題，但現(xiàn)在我總是時(shí)不時(shí)聽到這類問題。那么，它可能就不應(yīng)再簡單地歸于常識范疇了，尤其是大多數(shù)示波器的技術(shù)資料中，不會對示波器結(jié)合特定探頭使用時(shí)的“系統(tǒng)帶寬”或有效帶寬加以說明。

示波器和探頭均有帶寬技術(shù)指標(biāo)，即輸入信號幅度衰減 3 dB 的頻率值。因此，如果您的技術(shù)資料中注明示波器帶寬為“100 MHz”，那么您就能確保以其帶寬頻率測量至少約 70% 的信號幅度。探頭同樣如此。然而，棘手之處是，當(dāng)您同時(shí)使用示波器和探頭時(shí)，您的示波器+探頭帶寬，即“系統(tǒng)帶寬”，可能不是 100 MHz。那么，在這種情況下系統(tǒng)帶寬是多少？

在了解系統(tǒng)帶寬之前，您需要知道示波器前端濾波器的響應(yīng)。技術(shù)資料中可能有這個(gè)信息，也可能沒有，如果沒有，請致電示波器支持熱線。如果您不想聯(lián)系支持熱線，我給您介紹一個(gè)小技巧，通過本文結(jié)尾處技術(shù)資料中計(jì)算出的上升時(shí)間技術(shù)指標(biāo)推導(dǎo)出濾波器響應(yīng)。但是，經(jīng)驗(yàn)告訴我們，如果您的示波器帶寬低于 1 GHz，那么可以認(rèn)為濾波器是“高斯型”的。如果示波器的帶寬為 1 GHz 或更高，那么其濾波器可能為“最大平坦響應(yīng)型（接近磚墻響應(yīng)）”。

如果是高斯濾波器，作為幾十年來一直在模擬和數(shù)字存儲示波器中使用的傳統(tǒng)前端濾波器類型，示波器和探頭的系統(tǒng)帶寬可采用下面的公式計(jì)算。

圖中文字中英對照

System Bandwidth

Scope bandwidth

Probe bandwidth

系統(tǒng)帶寬

示波器帶寬

探頭帶寬

我們用上面的例子來套用這個(gè)公式。由于示波器和探頭的帶寬均為 100 MHz，您的系統(tǒng)帶寬將為 70.7 MHz。換言之，您的信號幅度在 70.7 MHz 衰減了 3 dB。很顯然，您不會看到 90 MHz 正弦波的完整幅度！

在現(xiàn)實(shí)中，絕大多數(shù)示波器制造商在示波器和探頭的帶寬技術(shù)指標(biāo)上添加了一些裕量。因此，如果您看到技術(shù)指標(biāo)上寫的是“100 MHz”，那么極有可能它的帶寬稍大一些，比如 110 或 120 MHz。

現(xiàn)在，假設(shè)您使用的是具有“最 大平坦響應(yīng)”型濾波器響應(yīng)的示波器和探頭。在 100 MHz 示波器上，矩形濾波器極為罕見，此例中我們僅為假設(shè)。在這種情況下，不能使用“平方和均方根”公式。系統(tǒng)帶寬計(jì)算公式為：

系統(tǒng)帶寬=最小值{示波器帶寬，探頭帶寬}

如果我將原來的例子套用這個(gè)這個(gè)公式，您的系統(tǒng)帶寬現(xiàn)在是 100 MHz，那么，您應(yīng)該能夠看到 90 MHz 正弦波的幾乎整個(gè)幅度。

我不知道為什么大多數(shù)示波器的技術(shù)資料中不再有這個(gè)簡單的公式。也許如今的大多數(shù)示波器都具有足夠的帶寬，工程師無需按照其上限操作。也許這個(gè)內(nèi)容在學(xué)校已經(jīng)教過。然而，這是一個(gè)非常有用的技巧，特別是當(dāng)您看到意想不到的測量結(jié)果時(shí)。

順便說一句，判斷您的示波器使用的是“高斯型”還是“最大平坦響應(yīng)型”濾波器有一個(gè)快速簡單的方法。首先，找到示波器計(jì)算的上升時(shí)間信息。下面以 Keysight InfiniiVision 4000X示波器為例。

表格中文字中英對照

InfiniiVision 4000 X-Series scopes oscilloscopes

Bandwidth * (-3dB)

Calculated rise time (10-90%)

InfiniiVision 4000 X 系列示波器

帶寬 * (-3dB)

計(jì)算的上升時(shí)間（10-90%）

現(xiàn)在，用“0.35”除以計(jì)算的上升時(shí)間值。以 200 MHz示波器（4022A）為例，得出的結(jié)果是

0.35 / 1.75 ns = 200 MHz

那么，您證實(shí)用于計(jì)算上升時(shí)間的系數(shù)是“0.35”。0.35 是“高斯型”響應(yīng)濾波器的系數(shù)值，因此您知道這臺 200 MHz 示波器具有一個(gè)高斯濾波器前端。另外，如果在 1 GHz示波器（4104A）上套用同一公式，

0.35 / 450 ps = 778 MHz

得出的值為 778 MHz 而非 1 GHz。那么，您現(xiàn)在知道這臺示波器使用的系數(shù)不是 “0.35”，而是 “0.45”（0.45 / 450 ps = 1 GHz）。如果系數(shù)大于 0.35，比如說 0.4、0.45 或甚至是 0.5，那么示波器的前端的濾波器響應(yīng)近似于矩形濾波器。

希望這個(gè)小技巧能更好地幫助您了解示波器。下一篇博文再見！