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頻譜分析儀的電流模式一般有自10Hz低頻起始的頻率響應。當與1Hz或帶寬更窄的 FET 軟件結合使用時(shí)，現代頻譜分析儀就具備了擴展的低頻性能，使之成為設計與調試高性能模擬電路不可或缺的工具。不幸的是，主要面向RF應用的頻譜分析儀典型輸入阻抗為50Ω，當用于許多高阻抗模擬電路時(shí)，這是一個(gè)重負載。與 50Ω輸入串接一個(gè) 953Ω電阻器可以改善阻抗顯得略高的探頭，但這種方法也只能提供1kΩ的輸入阻抗，而測試的信號則會(huì )降低26 dB。 此外，大多數 RF 頻譜分析儀都缺少交流耦合功能，因此，任何直流輸入元件都與內部端結電阻器或前端混頻器直接相通。如果要保持10 Hz的低頻響應，必須在953Ω輸入探頭中串接一個(gè)至少2mF的耦合電容器。盡管示波器輸入電路可以耐受探頭的偶然接觸和容性瞬變過(guò)載，但在頻譜分析儀上采用一個(gè)低阻抗、交流耦合的探頭仍然可能會(huì )毀壞分析儀昂貴而難以更換的前端混頻器。 盡管現在有商用的高阻抗探頭，但它們的購買(mǎi)價(jià)格與維修價(jià)格都很高。本設計實(shí)例提供一種替代方案：一種廉價(jià)而有良好保護作用的單位增益探頭，它的輸入阻抗與一臺普通臺式示波器一樣，可以驅動(dòng)頻譜分析儀5 0Ω的輸入阻抗。該探頭在100 kHz時(shí)的增益為0±0.2 dB。輸入阻抗為1 MΩ、15 pF，最大輸入為 0.8V p-p。負載阻抗為 50Ω，頻率響應范圍在-3 dB時(shí)為10 Hz至200MHz。通帶紋波小于1dB p-p。1 MHz時(shí)的輸入噪聲低于10 nV/√Hz。10 MHz時(shí)0.5V p-p輸入的二階失真低于-75 dBc，三階失真低于-85 dBc。電源需求為±5V、16 mA。 只需一個(gè)下午的時(shí)間就可以用買(mǎi)得到的廉價(jià)元器件組裝好圖1所示電路。電路的輸入端表示為與一臺臺式示波器相同的特性，即1MΩ電阻并聯(lián)15 pF電容。還可以用這個(gè)有源探頭替代標準的 1:1 或 10:1 的示波器探頭，進(jìn)一步擴展了本設計的可用性。D1中背靠背的硅二極管將輸入信號箝位至略高或略低于一個(gè)正向壓降，限制了施加在頻譜分析儀前端的信號強度，因而保護輸入混頻器免遭過(guò)載和 ESD 的損壞。由于大多數用戶(hù)使用探頭和頻譜分析儀測量小幅度信號和噪聲，受限制的大信號響應特性不會(huì )對多數應用造成影響。 高性能 FET 輸入運算放大器 IC1采用德州儀器公司的一片OPA656，它提供的電壓增益為2。這一結構產(chǎn)生的帶寬約為 200 MHz（圖 2）。OPA656可以針對100Ω總負載而驅動(dòng)50Ω 后向匹配的負載，在單位凈增益的IC1兩個(gè)比較器上產(chǎn)生6 dB的增益損失。較之大多數基于有源 FET 的商用探頭，OPA656引起的噪聲和失真要低得多。 圖 3 中的探頭裝在一個(gè)自制的小銅管內。輸入連接器包括一個(gè)小型 SMA邊緣展開(kāi)連接器，可以方便地適應其它連接器，如 BNC 及它的許多附件。探頭需要5V和-5V電壓，每種電壓下的電流約18 mA，它們可以從儀器的探頭電源插頭得到，或者用為交流墻式變壓器設計的外接線(xiàn)性電源供電。最好用78L05和79L05穩壓器穩定供電電壓。 
標準的小型 50Ω 同軸電纜將探頭連接至測量?jì)x器上。為了達到最平坦的頻率響應與單位增益，探頭輸出端采用 50Ω 端接；電路無(wú)需隔直流輸出的電容器。 |
