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。要回答这个问题云顶国际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 云顶国际科技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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云顶国际硬件设计与测试智库（简称云顶国际硬件智库）由深圳市云顶国际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。
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云顶国际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。
云顶国际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。
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云顶国际科技（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年来云顶国际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，云顶国际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，云顶国际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，云顶国际发展成为中国销量领先的数字示波器制造商。2014年，云顶国际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，云顶国际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。要回答这个问题云顶国际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 云顶国际科技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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