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為什么面包板不適合高頻電路

發(fā)布時間:2020-06-22 來源:卓晴 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】面包板是進行一些電子線路實驗構(gòu)建電路方便的平臺。多用于普通數(shù)字電路和模擬電路。一旦涉及到高頻電路,面包板就有很多方面不太適合了。那么到底哪方面不適合?對于高頻信號在面包板上的表現(xiàn)形式到底如何?下面通過一些簡單的測試來回答這個問題。
 
01為什么在面包板上玩射頻?
 
方便,當(dāng)然還是方便。面包板是進行一些電子線路實驗構(gòu)建電路方便的平臺。多用于普通數(shù)字電路和模擬電路。一旦涉及到高頻電路,面包板就有很多方面不太適合了。
 
那么到底哪方面不適合?對于高頻信號在面包板上的表現(xiàn)形式到底如何?下面通過一些簡單的測試來回答這個問題。
 
02實驗器材
 
實驗器材包括有以下幾個方面:
 
1.頻譜儀
 
這里使用了一臺DSA815頻譜儀,它具有“Trace”功能,可以用于測量一些系統(tǒng)的頻率特性。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ DSA815頻譜儀
 
DSA815還有具有聯(lián)網(wǎng)功能,可以通過網(wǎng)絡(luò)讀取它的數(shù)據(jù),這樣便于分析。比如下面就是從DSA815讀取的數(shù)據(jù)通過Python繪制的頻譜圖。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ DSA815讀取的數(shù)據(jù)
 
2.面包板
 
測試的面包板就是下面這種普通的使用所使用的面包板。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 小型面包板
 
03初步信號測試
 
1.DSA815輸出信號
 
設(shè)置DSA815 TG輸出0dbm信號。在它的TG輸出端口增加50Ω的電阻負載。使用示波器測量50Ω上的波形。此時設(shè)置頻率范圍是:10~150MHz。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ TG輸出信號施加在51Ω負載電阻,使用示波器測量輸出信號波形
 
輸出波形的峰峰值(指的是中間高頻部分,不包括非常低頻的那部分的突出峰值)為532mV。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 測量TG輸出電壓波形
 
根據(jù)信號的峰峰值Vpp=0.532V,可以算出此時的其他參數(shù):
 
●  信號的峰峰值 Vpp = 0.532V;
●  信號的有效值 Vrsm = Vpp/2/sqrt(2) = 0.188V
●  信號在50Ω上的功率 P50=0.708mW
●  輸出功率的dBm:PdDm = log10(P50*1000)*10 = -1.5
 
2.頻譜儀TG輸出與輸入在面包板上相連
 
將DSA815的TG輸出如輸入端口通過直插線在面包板上相連,看一下他們之間的耦合信號的情況。
 
(1)通過同軸電纜連接器直接相連
 
這種情況反映了DSA815本身在TG輸出信號的頻譜。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 直接相連所得到頻譜圖
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 輸出與輸出通過同軸電纜連接器直接相連的頻譜
 
(2)通過面包板直接相連
 
通過連接線將射頻信號在面包板上相連。兩個插針相距200mil(即兩排插孔)。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 通過面包板直接連接
 
此時對應(yīng)的DSA815測量的頻譜特性為:
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 直接相連下,頻譜圖
 
下面將兩個曲線對比,會發(fā)現(xiàn)他們有區(qū)別但相差不超過2.5dBm.
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 對比直接相連與在面包板上相連對應(yīng)的頻譜曲線
 
(3)在面包邊上錯位不相連
 
A. 底線相連
 
兩個接頭僅僅是底線相連,信號線左右分開。
 
下面的曲線表明,面包板上對于輸入信號線在僅僅底線相連情況下,仍然有近-37dBm的功率耦合。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 底線信號對應(yīng)的輸出頻譜曲線
 
B.信號線相連
 
僅僅將同軸電纜中的相連,底線分開。對應(yīng)的信號功率頻譜如下:
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 信號線相連,底線分開使得頻譜
 
C.信號線相距不同位置
 
將輸入信號與輸出信號在面包板上相距一定位置,測量他們之間的耦合關(guān)系。
 
下圖是DSA815的輸出與輸出在面包板上相距21格是對應(yīng)的位置。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 兩個信號線在面包板上相距21格的位置
 
測量輸入輸出之間的耦合關(guān)系如下圖所示??梢钥闯?。面包板在不同的頻率范圍內(nèi)對具有不同的耦合關(guān)系。在40MHz, 115MHz左右出現(xiàn)了兩個峰值。而對于20MHz以內(nèi), 65MHz~90MHz,大于135MHz的頻譜耦合強度就弱了。
 
由此可見,對于普通低于20MHz之內(nèi)的電路實驗,面包板還是可以提供非常優(yōu)良的隔離絕緣環(huán)境的。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 在相距21格的位置,輸入輸出之間的頻譜特性
 
下面是測量輸入輸出之間相距的距離(100mil為單位),每相差一格測量所對應(yīng)的頻譜曲線。從1到21 。距離越遠,面包板的的信號耦合強度月底。
 
為什么面包板不適合高頻電路
▲ 相距不同距離輸入輸出之間的耦合頻譜
 
04結(jié)論
 
對于在面包上所做的高頻電路實驗,需要克服的是面板版內(nèi)的信號耦合問題。對于低于20MHzy以下的信號。在相距一格之內(nèi)的射頻耦合強度小于40dB。這對于大多數(shù)的數(shù)字和模擬線路實驗都是允許的。
 
對于處在40MHz,110MHz左右的高頻信號,班內(nèi)的耦合強度很高。特別是在相距1格的情況下,對于40MHz左右的信號,相互之間耦合損耗只有10多個dB,這就有可能使得很多數(shù)字信號和模擬信號產(chǎn)生較大的干擾。
 
 
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