示波器测量值与信号源输出值形成2倍之问题解答
信号源的输出电压读数是数字示波器的2倍？问题出在哪里？
我做实验时需要用信号发生器发出信号给示波器观察，二者的幅值会相差一倍，就是之前你说的阻抗匹配造成的问题，但是跟同事解释起来，真的极少有人懂我。可能是我理解的不够透彻讲的不清楚，同事不明白。所以想看看你是怎么阐述的?还有，如果用50欧姆阻抗档测量高频信号，是不是意味着实际信号的大小都应该是示波器读数的两倍呢？
答：
其实，有时候数字示波器测量的结果是信号源设置的电压读数的1/2，不一定是2倍。要回答这个问题我们需要先了解信号源的电路模型。信号源电路模型由一个电压源Vs和内阻Rs组成，连接外部负载RL，组成回路，如图1所示。其中，信号源内阻Rs为50Ω；Vo为信号源加在负载两端的电压。
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图1 信号源电路模型及与外围电路连接
当信号源通过同轴电缆直接连接到示波器时，如图2所示，图1的负载电阻RL就是示波器的输入耦合电阻，一般为50Ω和1MΩ，图1中的 Vo即为示波器观察到的波形的电压。其具体数值大小依据下面分压原理的公式获得；
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图2 信号源通过同轴电缆直接连接到数字示波器
当信号源通过同轴电缆连接到被测电路时，如图3所示，用普通的无源探头连接到RL的两端，这时示波器两端的电压是多少？ 对于10:1无源探头，探头本身的直流电阻是9 MΩ，示波器设置为1 MΩ时的等效电路模型如图4所示，
图中的示波器测量到的电压，在RL远小于10MΩ时接近于RL两端电压。
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图 3 信号源通过同轴电缆连接到被测电路
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图 4 无源探头接入电路时的等效电路
问题： 当用数字示波器探头直接连接到信号源的输出端，会发生什么呢？
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图5 鼎阳科技SDG2000X信号源设置菜单
也许，这是引起人们疑惑之所在：信号源本身的内阻是确定的50Ω,信号源的负载电阻是信号源本身并无法控制的。设置信号源的负载电阻应该是和实际的负载一致，但如果设置得不一致，就会出现测量的结果为信号源面板设置的输出电压读数值的2倍或1/2。
根本原因是：当设置信号源的负载电阻为50Ω时，信号源实际输出的电压Vs为设置的输出电压值的2倍，譬如信号源设置为输出1V电压，实际上信号源的物理层发出的电压Vs是2V。
那么：
1、当实际负载为50Ω时：
1-1
Vo=1/2*Vs；
1.1设置信号源的负载电阻也为50Ω，假设信号源面板上设置为1V，信号源实际输出的电压Vs为2V，这时候示波器测量值为1V；
1.2设置信号源的负载电阻为HiZ，假设信号源面板设置为1V，信号源实际输出的电压Vs也为1V，但是这时候由于实际负载是50Ω，分压作用导致示波器测量值为0.5V；
2、当实际负载HiZ为1MΩ时：
2-1
2.1 设置信号源的负载电阻为50Ω，假设信号源面板设置为1V，信号源实际输出的电压Vs为2V，这时候示波器测量值为2V；
2.2 设置信号源的负载电阻为HiZ，假设信号源面板设置为1V，信号源实际输出的电压Vs为1V，这时候示波器测量值为1V。
上面这样看似很绕的解释，总结起来无非要记住两点：
1，信号源的面板上设置负载电阻为50Ω时，信号源的物理层输出电压Vs为面板读数电压的2倍。
2，不要乱设置信号源的负载电阻，将其设置为与真实的负载电阻一致，那么测量结果就和信号源面板上设置的输出电压读数一致。
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鼎阳硬件设计与测试智库（简称鼎阳硬件智库）由深圳市鼎阳科技有限公司领衔创办，是中国第一家“智力众筹”模式的硬件智库。
鼎阳硬件智库顺时顺势，倡导“连接-分享-协作-创造”的理念，高举志愿者服务的大旗，相信互联网是“爱”的大本营，相信人们都有发自内心分享的愿望。
鼎阳硬件智库选择硬件领域最普遍的七类问题：电源，时钟，DDR，低速总线，高速总线，EMC，测试测量进行聚焦。寻找“最针尖”的问题进行研讨，针对“最针尖”的问题组织专家答疑，将硬件大师积累的宝贵知识和经验变成公众财富，惠及更多硬件人。
鼎阳硬件智库的运作载体包括“线上”的微信公众号分享，微信群，网站，网络社区论坛，博客，邮件群等多种互联网工具和“线下”的专家论坛和专家把脉。“线上”的分享坚持原创，坚持干货，保持专注和深耕。“线下”专家论坛邀请硬件相关的一线实战派专家分享“最干货”的硬件设计与测试知识与经验，面对面相互研讨；“线下”的专家把脉，通过大数据连接，促使具体问题和最熟悉这个具体问题的专家“精准匹配”，远程问诊和现场解决问题相结合。
鼎阳硬件智库，群策群力，连接所有硬件人。
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关于鼎阳
鼎阳科技（SIGLENT）是一家专注于通用电子测试测量仪器及相关解决方案的公司。
从2005推出第一款数字示波器产品至今，10年来鼎阳科技一直是全球发展速度最快的数字示波器制造商。历经多年发展，鼎阳产品已扩展到数字示波器、手持示波表、函数/任意波形发生器、频谱分析仪、台式万用表、直流电源等通用测试测量仪器产品。2007年，鼎阳与高端示波器领导者美国力科建立了全球战略合作伙伴关系。2011年，鼎阳发展成为中国销量领先的数字示波器制造商。2014年，鼎阳发布了中国首款智能示波器SDS3000系列，引领“人手一台”型实验室使用示波器由功能示波器向智能示波器过渡的趋势。目前，鼎阳已经在美国克利夫兰和德国汉堡成立分公司，产品远销全球70多个国家，SIGLENT正逐步成为全球知名的测试测量仪器品牌。
我做实验时需要用信号发生器发出信号给示波器观察，二者的幅值会相差一倍，就是之前你说的阻抗匹配造成的问题，但是跟同事解释起来，真的极少有人懂我。可能是我理解的不够透彻讲的不清楚，同事不明白。所以想看看你是怎么阐述的?还有，如果用50欧姆阻抗档测量高频信号，是不是意味着实际信号的大小都应该是示波器读数的两倍呢？
答：
其实，有时候数字示波器测量的结果是信号源设置的电压读数的1/2，不一定是2倍。要回答这个问题我们需要先了解信号源的电路模型。信号源电路模型由一个电压源Vs和内阻Rs组成，连接外部负载RL，组成回路，如图1所示。其中，信号源内阻Rs为50Ω；Vo为信号源加在负载两端的电压。
图1 信号源电路模型及与外围电路连接
当信号源通过同轴电缆直接连接到示波器时，如图2所示，图1的负载电阻RL就是示波器的输入耦合电阻，一般为50Ω和1MΩ，图1中的 Vo即为示波器观察到的波形的电压。其具体数值大小依据下面分压原理的公式获得；
图2 信号源通过同轴电缆直接连接到数字示波器
当信号源通过同轴电缆连接到被测电路时，如图3所示，用普通的无源探头连接到RL的两端，这时示波器两端的电压是多少？ 对于10:1无源探头，探头本身的直流电阻是9 MΩ，示波器设置为1 MΩ时的等效电路模型如图4所示，
图中的示波器测量到的电压，在RL远小于10MΩ时接近于RL两端电压。
图 3 信号源通过同轴电缆连接到被测电路
图 4 无源探头接入电路时的等效电路
问题： 当用数字示波器探头直接连接到信号源的输出端，会发生什么呢？
图5 鼎阳科技SDG2000X信号源设置菜单
也许，这是引起人们疑惑之所在：信号源本身的内阻是确定的50Ω,信号源的负载电阻是信号源本身并无法控制的。设置信号源的负载电阻应该是和实际的负载一致，但如果设置得不一致，就会出现测量的结果为信号源面板设置的输出电压读数值的2倍或1/2。
根本原因是：当设置信号源的负载电阻为50Ω时，信号源实际输出的电压Vs为设置的输出电压值的2倍，譬如信号源设置为输出1V电压，实际上信号源的物理层发出的电压Vs是2V。
那么：
1、当实际负载为50Ω时：
1-1
Vo=1/2*Vs；
1.1设置信号源的负载电阻也为50Ω，假设信号源面板上设置为1V，信号源实际输出的电压Vs为2V，这时候示波器测量值为1V；
1.2设置信号源的负载电阻为HiZ，假设信号源面板设置为1V，信号源实际输出的电压Vs也为1V，但是这时候由于实际负载是50Ω，分压作用导致示波器测量值为0.5V；
2、当实际负载HiZ为1MΩ时：
2-1
2.1 设置信号源的负载电阻为50Ω，假设信号源面板设置为1V，信号源实际输出的电压Vs为2V，这时候示波器测量值为2V；
2.2 设置信号源的负载电阻为HiZ，假设信号源面板设置为1V，信号源实际输出的电压Vs为1V，这时候示波器测量值为1V。
上面这样看似很绕的解释，总结起来无非要记住两点：
1，信号源的面板上设置负载电阻为50Ω时，信号源的物理层输出电压Vs为面板读数电压的2倍。
2，不要乱设置信号源的负载电阻，将其设置为与真实的负载电阻一致，那么测量结果就和信号源面板上设置的输出电压读数一致。
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从2005推出第一款数字示波器产品至今，10年来鼎阳科技一直是全球发展速度最快的数字示波器制造商。历经多年发展，鼎阳产品已扩展到数字示波器、手持示波表、函数/任意波形发生器、频谱分析仪、台式万用表、直流电源等通用测试测量仪器产品。2007年，鼎阳与高端示波器领导者美国力科建立了全球战略合作伙伴关系。2011年，鼎阳发展成为中国销量领先的数字示波器制造商。2014年，鼎阳发布了中国首款智能示波器SDS3000系列，引领“人手一台”型实验室使用示波器由功能示波器向智能示波器过渡的趋势。目前，鼎阳已经在美国克利夫兰和德国汉堡成立分公司，产品远销全球70多个国家，SIGLENT正逐步成为全球知名的测试测量仪器品牌。
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