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頻譜儀的幅度

2021.9.23

簡單一點的回答如下:
在示波器上觀察到的是頻率為1kHz,幅度為12.65V峰峰值的正弦波(示波器輸入阻抗為1Mohm時)。

如果要了解得更透徹一點,
那么這個問題和好幾個關(guān)鍵的細(xì)節(jié)有關(guān),測量的結(jié)果取決于信號發(fā)生器和頻譜儀的類型、輸入阻抗以及示波器的設(shè)置有關(guān)。

先說頻譜儀,
一般常見的射頻頻譜儀都是50ohm輸入阻抗(也有75ohm的),而音頻頻譜儀(FFT分析儀)則多為高輸入阻抗,比如1Mohm;而這個阻抗的不同會直接影響到你這邊的計算結(jié)果。
射頻頻譜儀上的功率一般是信號的均方根功率,也就是RMS功率,而非信號的瞬時功率。
不過,既然你用到dBm這個單位,可以認(rèn)為你說的是射頻頻譜儀,因為這個單位在射頻領(lǐng)域用得比較多,而音頻領(lǐng)域則很少用。

再說信號發(fā)生器,
稍微嚴(yán)謹(jǐn)一些的通用信號發(fā)生器,都會有輸出阻抗的選擇,比如至少會提供高阻或者50ohm兩種阻抗;
實際使用時,應(yīng)當(dāng)根據(jù)負(fù)載的類型進(jìn)行選擇;(很多人忽略了這一點,然后經(jīng)常會奇怪信號發(fā)生器的輸出幅度為什么總是莫名其妙地比設(shè)置值大一倍)

最后說示波器,
一般大家最容易見到的示波器的輸入阻抗是1Mohm的(忽略并聯(lián)的容性),
然而也有很多中高端示波器是有50ohm輸入阻抗的,甚至部分高端示波器只支持50ohm。

根據(jù)你的描述,可以認(rèn)為你的信號發(fā)生器是50ohm輸出阻抗的,因為只有這種情況下,當(dāng)接上50ohm輸入阻抗的頻譜儀以后,頻譜儀上顯示的幅值才正好是信號發(fā)生器上設(shè)置的值。
如果信號發(fā)生器的設(shè)置不變,將連接到頻譜儀的連線斷開,轉(zhuǎn)而接到示波器上,
那么,如果此時示波器是1Mohm輸入阻抗,就會發(fā)現(xiàn)示波器上信號的幅度是12.65V峰峰值。
如果此時示波器是50ohm輸入阻抗,則信號的幅度為6.325V峰峰值。

具體的計算其實只要最基本的歐姆定律即可:
關(guān)鍵是要搞清楚源和負(fù)載的阻抗之間的配置關(guān)系。

20dBm=0.1W
P=U(RMS)^2/R
U(pk-pk)=U(RMS)*2*2^0.5

由于信號發(fā)生器的輸出阻抗為50ohm,所以此時信號發(fā)生器設(shè)置輸出幅值時會認(rèn)為接的也是50ohm的負(fù)載;換句話說,這個時候設(shè)置的輸出信號幅值,只有在接上50ohm的負(fù)載時才會準(zhǔn)確。

信號發(fā)生器在設(shè)置為50ohm輸出阻抗后,可以把它理解為一個理想信號源串聯(lián)一個50ohm的電阻,
如果再接上一個50ohm的負(fù)載,則相當(dāng)于一個理想信號源后面依次串聯(lián)兩個50ohm的電阻。
那么根據(jù)上面所述,設(shè)置20dBm,就相當(dāng)于負(fù)載的50ohm上應(yīng)該是0.1W,
根據(jù)歐姆定律,很容易算出來理想信號源上應(yīng)該是12.65V峰峰值。

接下來的情況就比較簡單了:

如果信號發(fā)生器的輸出端接示波器,且示波器輸入阻抗為1Mohm,那么接近于開路,所以示波器量到的值就等于理想信號源上的電壓。

如果信號發(fā)生器的輸出端接示波器,且示波器輸入阻抗為50ohm,那么可以根據(jù)歐姆定律計算得到示波器上應(yīng)該為6.325V峰峰值,或者也可以簡單理解為兩個50ohm電阻對理想信號源的分壓。

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