引言
我以前听过这样的评论："观察交流信号时应该使用交流耦合"，它大错特错。遵循这个错误的交流耦合“格言”很容易做出一些非常错误的测量。那什么时候应该使用交流耦合呢？
01、示波器使用交流耦合的原因
交流耦合适用于具有较大直流偏移的交流信号。例如，如果想查看 12V 电源轨上的纹波怎么办？其实您并不关心12V直流分量，真正关心的是 12V 附近的交流分量。问题就在这里。要看到这种纹波，需要灵敏的垂直档位设置和较大的偏移量。示波器的偏移范围由垂直档位设置决定，因此在直流耦合模式下通常无法看到纹波。这就是交流耦合的用武之地。
02、打开交流耦合桩
在示波器的通道菜单中，您可以打开/关闭几个不同的设置。通常有 20 MHz 带宽滤波器、探头设置、输入阻抗设置和耦合设置。在 "耦合菜单 "中，您可以在直流耦合和交流耦合之间切换。直流耦合允许您看到从 0 Hz 到示波器最大带宽的所有信号。交流耦合可以滤除直流成分。当您在示波器通道上启用交流耦合时，就等于在通道的输入信号路径上切换了一个高通滤波器。这将滤除所有直流成分。
图1：一个常见的低通滤波器
交流耦合滤波器的 -3dB 点通常在示波器的数据表中可以查到。例如，是德科技1000 X 系列示波器具有 10 Hz 高通滤波器。泰克TDS1000B 和 TDS2000B示波器也有一个 10 Hz 的滤波器，普源精电 1000Z 示波器则是一个 5 Hz 滤波器。
图2: 是德科技1000X系列示波器的交流耦合滤波器频率
这看似简单明了，但却有一个问题。交流耦合滤波器是一个实际的硬件滤波器。这意味着它不会有砖墙式的响应，而是会有一些滚降。因此，10 赫兹的频率成分仍会显示在屏幕上，但会有所衰减。
注意：与大多数硬件滤波器一样，它的频率响应通常并不平滑。有时会出现过冲或不一致的情况，尤其是在 -3dB 点附近。这是正常现象，但意味着你应该谨慎使用交流耦合。
让我们来看看交流耦合滤波器的 "滚降"。图 3 和图 4 显示了开启和关闭交流耦合时的 10 Hz 信号。请注意，信号仍然显示在屏幕上，只是幅度有所衰减。它从 1.03 Vpp 降至 0.68 Vpp！
图3：一个1V 10Hz的正弦波在交流耦合模式下仅显示为683mVpp
图4：同样的1V正弦波在直流耦合下显示为接近1Vpp
为什么会出现这种情况？因为带宽并不像我们有时想的那样简单。100 Hz 的示波器仍然可以看到 150 Hz 的正弦波，只是会根据示波器的滚降特性而衰减。考虑到这一点，有时您应该使用交流耦合，有时则不应该。
03、何时使用交流耦合
如果有直流偏移的高频信号，请使用交流耦合。它可能是电源轨或具有极低频漂的信号。交流耦合的目的是去除直流。它的目的并不是去除非零的低频成分。
我见过这样一种情况，工程师需要观察电源轨的开启情况，然后立即看到电源轨上的纹波。问题是他们无法放大纹波并观察导轨的开启情况。因此，他们进行了双重探测。他们使用直流耦合模式下放大的一个通道来观察导轨的导通情况，并使用交流耦合模式下灵敏度更高的垂直档位设置下的第二个通道来观察纹波。
例如，这是一个 1 kHz、峰峰值为 50 mV 的正弦波，位于 5 V 直流偏置上。这可能是 5 V 电源轨，我们要观察纹波（图 5）：
图5：在直流耦合模式下，我们无法放大纹波(50 mVpp 正弦波偏置 5 V）
要看到波纹，我们必须将示波器偏移到屏幕下方（图 6）：
图6：直流耦合模式下的最佳情况，我们需要交流耦合
由于波形太小，这种视图仍然不是很有用，因此我们希望进一步放大。当我们从 500 mV/div 放大到 200 mV/div 时，示波器的偏置能力将耗尽（图 7）。纹波在屏幕上方，但我们无法将波形移得更低。图 6 是我们在直流耦合模式下所能得到的最佳结果。
图7：如果进一步放大波形，可能会超出示波器输入的偏置范围
由于直流耦合模式效果不佳，我们可以尝试使用交流耦合。打开交流耦合后，如图 8 所示，我们可以随意放大！交流耦合滤波器滤除了5V的直流偏置。
图8: 交流耦合为我们提供了所需的视图
因此，在这种情况下，您需要使用交流耦合。不能因为是交流信号就使用交流耦合。尤其是像 50 赫兹或 60 赫兹的市电电源，更不应该使用交流耦合。
04、何时不应使用交流耦合
不能因为要测量交流信号就默认使用交流耦合。
在错误的情况下打开交流耦合模式可能会隐藏您需要了解的直流成分。更糟糕的是，它会将低频成分衰减为扭曲的、不正确的信号版本。例如，下面是直流耦合模式（图 9）和交流耦合模式（图 10）下的 100 Hz、1 V 方波：
图9：在直流耦合中，一切看起来都很正常
图10：在交流耦合中，波形会发生翘曲。
这两者之间存在巨大差异！我们在直流耦合模式下看到的方波就是实际信号，而切换到交流模式后，信号就会变得截然不同。
示波器设计的目的是在整个带宽范围内具有平坦、一致的频率响应，可能需要一点偏移或缩放，但在直流耦合模式下，示波器可以轻松测量交流信号，这就是它们的用途。
更具体地说，不应该使用交流耦合模式来查看滤波器截止频率附近的信号。我们建议您只使用交流耦合测量 100 赫兹以上的正弦波和 200 赫兹以上的方波。如果试图测量低于此范围的信号，则会出现信号衰减或过冲。
值得注意的是，可以使滤波器响应更陡峭，但更陡峭的截止点会导致更低的频率响应。任何使用过硬件滤波器的人都经历过这种设计折衷。因此，较慢的滚降意味着整体频率响应更平滑、更一致。
了解您的测试设备
交流和直流耦合模式是一个很好的例子，说明了为什么必须对测试设备有一个扎实的了解。如上文所述，在错误的情况下使用交流耦合会给您带来错误的信号信息，并可能导致您走上错误的调试道路！
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