作者：鼎陽科技 蔣宇辰

在示波器通道中，交流耦合與直流偏移都是設計來抵消輸入信號的直流成分。需要注意雖然這兩種手段都是用來抵消輸入信號的直流成分，但效果并不完全相同。在實際使用中我們往往使用交流耦合來抵消直流成分，而把直流偏移功能僅僅用于調(diào)整波形在屏幕中的位置。本文將討論兩種手段的實現(xiàn)方法和使用限制，并提供典型案例進行分析，方便使用者選擇最合適的手段進行測試。

01 交流耦合

1.1    實現(xiàn)方法

示波器的交流耦合是在示波器通道的放大器前加入耦合電容實現(xiàn)的，本質(zhì)上是一個高通濾波器。

圖 1 示波器直流耦合等效電路

圖 2 示波器交流耦合等效電路

1.2    使用限制

示波器交流耦合的響應為一階響應，這意味著截止頻率附近很寬的頻帶內(nèi)幅頻和相頻響應會受到影響，觀察頻率成分較為復雜的信號時可能帶來失真。

典型的示波器交流耦合截止頻率在10 Hz以內(nèi)，一般設計在5 Hz左右。下圖是理想一階RC的幅頻和相頻響應圖，可以看到即使將截止頻率設置到5 Hz，仍需要到100 Hz才能保證響應幅度接近0 dB，而要到接近1 kHz時響應相位才接近0°。

圖 3 理想一階響應幅頻特性

圖 4 理想一階響應相頻特性

對于復雜信號來說，如果所包含的最低頻率分量落在1 kHz以內(nèi)，使用交流耦合很可能帶來較為明顯的失真。如下圖是100 Hz方波使用直流耦合和交流耦合時所采集到的波形，可以看到交流耦合下波形已經(jīng)嚴重失真，這往往是不可接受的。

圖 5 直流耦合

圖 6 交流耦合

以直流耦合下方波幅值為基準，交流耦合時各頻率方波幅值測量誤差如下表?？梢钥闯鲇捎谙囝l響應導致的波形失真，對示波器幅值測量影響非常大，而有效值測量誤差則接近理論值。

對于復雜頻率成分的信號，如果僅關注波形的能量而不是幅度值，使用交流耦合導致波形失真時，有效值（交流均方根值）測量可以獲得更高的精度。

對于需要精準測量波形幅度的情形，需要盡量避免使用交流耦合，或者詳細驗證后再使用。

02 直流偏移

2.1    實現(xiàn)方法

不同于交流耦合采用耦合電容去除輸入信號的直流分量，直流偏移通過加法電路實現(xiàn)對輸入直流成分的抵消。

圖 7 示波器直流偏移等效電路

因為直流偏移是輸入信號與內(nèi)部偏移電壓的疊加，所以不會影響輸入信號通路的頻率響應，不存在交流耦合中出現(xiàn)的問題。

2.2    使用限制