【题目编号】MC1-1306
【题目】用示波器的交流耦合档测得电路中某个等幅音频信号的电压波形是正负对称的。现将输入耦合切换到直流档位,所得波形在垂直方向上发生了显著偏移。正确的推论是:
【答案】A
[A]音频信号上叠加有直流成分
[B]音频信号被示波器施加了直流偏置
[C]示波器的频率响应太差
[D]探头与地线间的分布电容影响了测量
考点速览
这道单选考示波器(oscilloscope)两种输入耦合方式的区别。用交流耦合(AC coupling)看等幅音频信号,波形正负对称、上下都贴着屏幕中线;把开关拨到直流耦合(DC coupling),整段波形在垂直方向明显挪了位置。这个位移说明信号本身带着直流分量。关键要把「示波器内部加的隔直电容」和「信号自身携带的直流偏置」这两件事分清楚,本题四个选项就是在这一点上设的埋伏。
耦合开关在电路里做了什么
交流耦合在输入端串了一只隔直电容。电容的容抗与频率成反比,频率越低容抗越大,直流相当于频率为零,容抗趋于无穷,于是直流分量被挡在门外,只有交流成分能进入后面的放大与偏转电路。直流耦合则是一条直通的电阻通路,信号里有什么就原样送进去,包括那个恒定的直流台阶。示波器画面上的垂直位置由输入的瞬时电压决定,交流耦合时纵轴显示的是去掉直流之后的浮动波形,直流耦合时纵轴显示的是包含直流台阶的真实电平。切换开关前后波形形状不变、只是上下平移,正是隔直电容被旁路或接入造成的差别,与示波器增益、时基都没有关系。
从垂直偏移能读出什么
等幅音频信号在交流耦合下正负对称,说明它的交流部分围绕自身平均值上下摆动,波峰与波谷到中线的距离相等。切成直流耦合后,波形整体偏离中线,说明这个平均电平并不等于零,也就是信号里压着一个直流成分。这个直流成分可能来自前级放大器的静态工作点,可能来自单电源供电电路的中点偏置,也可能来自信号源与示波器接地参考点之间存在的电位差。偏移的方向告诉你直流是正还是负,偏移的格数乘上垂直灵敏度就是直流电压的大小。测量时先用交流耦合看清交流部分,再切到直流耦合量出总电平和直流台阶,是检修音频电路的常规次序。
逐项辨析
选项 A 说音频信号上叠加有直流成分,这正是耦合方式切换后波形整体平移的直接原因。交流耦合靠电容挡住了这个恒定的电平,屏幕上只剩下对称的交流部分;直流耦合把通路打开,恒定电平就把波形整体抬起或压下。因果对应清楚,是本题答案。
选项 B 说音频信号被示波器施加了直流偏置。示波器不会给被测电路注入直流,它的输入是高阻的测量通道,交流耦合只是往里串了一只电容。图上那个台阶是信号自带并被如实显示的,不是仪器灌进去的。把「仪器挡住直流」说成「仪器加上直流」,主客颠倒,错误。
选项 C 说示波器的频率响应太差。频率响应差表现为幅度随频率变化、方波边沿变圆、高频细节丢失,或者低频方波的平顶下垂。本题观察到的是一段等幅音频的波形整体平移,形状并没有走样,也没有随频率变化的迹象。即便示波器的垂直放大器有低频下限,那属于交流耦合的固有高通特性,是正常功能而不是故障,与选项所述的「频率响应太差」不是一回事。错误。
选项 D 说探头与地线间的分布电容影响了测量。分布电容的作用是把高频旁路掉、让被测点的高频幅度看起来偏小,还会在快速边沿处造成过冲或振铃,症状是波形变形而不是单纯平移。要做这种判断,得先排除耦合开关这个更直接的原因:同一路信号在直流档下平移、形状完好,就说明问题出在直流分量上,而不是探头的寄生参数。错误。
测量时容易踩的坑
第一,交流耦合不是万能的挡箭牌。它挡掉的只是低于某个频率的成分,示波器标称的低频下限常常在几赫兹,若被测信号频率本身就低到与这个下限接近,波形会出现平顶下垂的假象,看起来像信号失真,其实是耦合电容在作祟。第二,输入耦合开关与触发耦合开关是两回事,前者管垂直通道,后者管时基与触发电路,调错了会误判成信号不稳。第三,地线夹位置要固定。把地线夹挪到另一个接地点,等于改变了参考点,直流档下量到的直流电平随之变化,不先固定参考点就量偏置,数字没有意义。第四,直流量程要留够。切到直流档后波形整体位移,若垂直灵敏度仍设在交流档的小档位上,波形可能顶到屏幕边缘甚至跑出显示区,先把垂直灵敏度放粗一档再逐步调细。
应试要点
记一句判据:交流耦合靠电容隔掉直流,直流耦合把信号连同直流一起显示。交流档下对称、直流档下平移,平移量就是原信号里的直流分量,说明题只要看到这个现象就选「信号叠加有直流成分」。反向的干扰项各有一条破法:仪器不会给被测电路加偏置;频率响应差表现为波形变形而非平移;分布电容影响的是高频幅度与边沿,不是整段波形的上下位置。