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示波器基础知识100问(上)

日期:2019-03-22 04:24
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摘要: 1. 对一个已设计完成的产品,如何用示波器经行检测分析其可靠性? 答:示波器早已成为检测电子线路*有效的工具之一,通过观察线路关键节点的电压电流波 形可以直观地检查线路工作是否正常,验证设计是否恰当。这对提高可靠性极有帮助。当然 对波形的正确分析判断有赖于工程师自身的经验。 2. 决定示波器探头价格的主要因素是什么? 答:示波器的探头有非常多的种类,不同的性能,比如高压,差分,有源高速探头等等,价 格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器 接触...

1. 对一个已设计完成的产品,如何用示波器经行检测分析其可靠性?

答:示波器早已成为检测电子线路*有效的工具之一,通过观察线路关键节点的电压电流波 形可以直观地检查线路工作是否正常,验证设计是否恰当。这对提高可靠性极有帮助。当然 对波形的正确分析判断有赖于工程师自身的经验。

2. 决定示波器探头价格的主要因素是什么?

答:示波器的探头有非常多的种类,不同的性能,比如高压,差分,有源高速探头等等,价 格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器 接触电路的部分,好的探头可以提供测试需要的保真度。为做到这一点,即使无源探头,内 部也必须有非常多的无源器件补偿电路(RC 网络)。

3. 一般的示波器探头的使用寿命有多长时间?探头需不需要定期的标定?

答:示波器的探头寿命不好说,取决于使用环境和方法。 标准对于探头没有明确的计量规定,但是对于无源探头,至少在更换探头,探头交换通 道的时候,必须进行探头补偿调整。所有有源探头在使用前应该有至少 20 分钟的预热,有 的有源探头和电流探头需要进行零点漂移调整。

4. 什么是示波器的实时采样率?

答:实时采样率是指示波器一次采集(一次触发)采样间隔的倒数。据了解,目前业界的*高 水平是四个通道同时使用。

5. 什么是示波器的等效时间采样?

答:等效时间采样指的是示波器把多次采集(多次触发)采集到的波形拼凑成一个波形,每次 采样速率可能很慢,两次采集触发点有一定的偏移,*后形成的两个点间的*小采样间隔的 倒数称为等效采样速率。其指标可以达到很高,如 1ps。

6. 什么是功率因数?如何如何测量?

答:功率因数:在直流电路里,电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里,电压乘电流是 视在功率,而能起到作功的一部分功率(即有功功率)将小于视在功率。有功功率与视在功 率之比叫做功率因数,以 COSΦ表示,其实*简单的测量方式就是测量电压与电流之间的 相位差,得出的结果就是功率因数。

7. 如何表达和测试功率密度?

答:功率密度就是单位体积里的功率,一般电源里用 W/in3。

8. 有无办法利用示波器测出高频变压器或电感磁芯的工作情况?

答:TEK 推出的功率测试方案里就有一项功能--B-H 曲线的分析,它能反应磁芯的工作 状态,还能测出动态电感值,并得出磁芯损耗。

9. 开关电源的噪声有多种如布线不合理引起的交叉干扰、电感漏磁、二极管反向尖峰。..等 引起噪声,如何用示波器鉴别?

答:TEK 的 TDS5000 示波器上有频域分析、分析噪声的频率段就能分析出噪声的种类,才 好用相应的处理方法。示波器只能提供数据分析和波段形显示。

10. 用示波器怎样可以测试到开头电源的幅射?

答:开关电源存在幅射干扰,一般做法是设法探出干扰源,然后再去屏蔽它。用示波器可以 傅立叶变换的功能分析其频率成份构成,根据频率范围,从而判断干扰的种类。

11. 在反激式电源设计过程当中,经常会因为变压器漏感大,而使变压器的转换效率降 低,绕制时采用初级中间夹绕次级的方式仍然不大理想。变压器绕制有什么技巧吗?

答:将大功率的输出绕组绕在里面,尽量靠近原边,加强偶合。

12. 有没有能分析开关损耗的示波器?

答:泰克的电源测试系统即 TDS5000 系列数字荧光示波器加上 TDSPWR2 功率分析软件就 可以轻松的分析开关损耗以及每周期的功率损耗甚至包括 RDS ON。

13. 示波器能否进行傅立叶分解?

答:现代数字示波器大多具有 FFT 功能,其中上述系统甚至可以按 EN61000-3-2 标准对 电流谐波进行预测试。


14. 示波器能否进行滤波处理?如对PWM 波进行低通滤波?

答:TDS5000 可以进行 20MHz,150MHz 低通滤波,还可以进行一种称之为高分辨率采集 的数字低通滤波,在此种模式中采样点的垂直分辨率可从 8bits 提高到 12bits,上述系统可 以输出像比如 PWM 这样的信号按照脉宽变化的趋势的类似正弦波波形。

15. 使用数字示波器时,对B 触发和触发电平的设置与被测信号有什么原则?

答:泰克的示波器支持 A,B trigger 功能,简单说就是可以双事件序列触发,当选择 A-B seq 时,A 事件作为主触发,配合 B 事件捕获复杂的波形。触发方法为 A 事件 arm 触发系统, 当定义的 B 事件出现时在 B 事件处触发。具体详细的触发说明,请参考示波器的手册。

16. 如何用TDS3052B 测量载波频率为几十K,调制波频率为电源频率的已调波的*大值?

答:工频输入可能为低频的 50Hz/60Hz,同时载波为几十 K,一个工频周期为 20ms 左右, 如果示波器需要观测 20ms 信号,即示波器的 duration 采集窗口至少为 2ms/div ×10 格, 同时根据几十 k 的载波信号,确定示波器的采样率。*后可以估算出需要的采集内存长度, 判断是否能够满足测试要求。

17. 使用一台标称100MHz 的DSO 示波器,测量一个高频开关幅值400V,f=50M,示波器如何描绘出它的波形和上升时间?

答:① 示波器的带宽是以正弦波幅度衰减-3dB 点为带宽定义的。

② 数字示波器中对于波形和上升时间的描绘都是通过实时采样电路和高速 A/D 变换器 获得波形数据,再通过插值运算得到的。

③ 在泰克的示波器中,有实时的处理电路完成所谓的正弦内插功能,在信号采集电路 部分完成。当然,很多示波器也是通过示波器的主处理器进行数**算完成的,这个时候会 花比较多的时间。

④ 对于您测量的信号,恐怕使用 100MHz 的示波器是无法进行。50MHz 的方波,理论 上应该使用 450MHz 以上的示波器才能将信号中*重要的 9 次以下谐波准确重新,从而保 证波形不失真。更何况,您恐怕还要考虑信号上升时间的问题,理论上,示波器的上升时间 应该比信号快 5 倍以上。

⑤ 探头也一样,由于普通探头在测量高压的时候会产生高频失真的效应,您应该采用 特别的差分探头或者高压探头比如,泰克的 P5205,P5100 进行测量。

18. 如何在模拟电路用好数字示波器,比如测音频放大器的小信号,电源的杂波等?

答:要注意的问题有:

① 示波器的接地问题,示波器的机壳和探头的参考地线都是连接地线的,因此良好的 接地是测量干扰的首要条件。

② 示波器参考地线引入的干扰问题,由于普通探头通常都有一段接地线,会与待测点 构成一个类似环形天线的干扰路径,引入 比较大的干扰,因此要尽量减少这一干扰,可以采用的方法是将探头帽拿掉,不使用探头上 引出的地线,而直接使用探头尖端和 探头内的地点接触待测点进行测量。

③ 使用差分测量的方法,消除共模噪声。泰克提供一系列的差分探头,比如专门针对 小信号的 ADA400A 可以测量到几百微伏,用于高速 信号测量的 P7350 提供高达 5GHz 的带宽。

④ 在泰克的很多示波器里提供高分辨率采集(Hi-Res)的信号捕获模式,可以过滤信 号上叠加的随机噪声。

19. 在测量离板信号线的传导骚扰时,发现在两个特定频点(一个是 659K 另一个是 1.977K)上由两个很大的噪声信号。初步分析是由于板上的开关电源芯片引起的,如何使用示波器测量这样的噪声信号?

答:示波器可以测试噪声信号有几个考虑的因素: ① 被测信号的幅度,是否为小信号, 示波器配合探头可以测试 uA 级的信号 ② 被测信号的频率。 ③ 探头的连接方式不当会产生噪声,影响测试结果。

20. 在用泰克的示波器时,如何理解Holdoff 这个参数?

答:Holdoff(触发释抑)的含义是暂时将示波器的触发电路封闭一段时间(即释抑时间), 在这段时间内,即使有满足触发条件的信号波形点示波器也不会触发。在数字示波器中也会 用百分比来表示,意义是整个记录长度或者整个屏幕的百分比。

示波器的触发部分的作用就是稳定的显示波形,触发释抑也是为了稳定显示波形而设置的功 能。主要针对大周期重复而在大周期内有很多满足触发条件的不重复的波形点而专门设置 的。比如图中所示,图中红色的点都可以满足触发条件,如果不用释抑功能,触发点将不固 定,造成显示不稳定,使用触发释抑后,每次都在同一个点触发,因此可以稳定显示。 此外,对于调幅信号等也一样要使用触发释抑。

21. 关于holdoff,所谓触发与非触发,示波器对采集信号的处理有什么区别?

答:对于数字示波器,不论是否触发,示波器实际上都是在不断地采集波形,但是如果只有 稳定的触发才能有稳定的显示。也会出现这种状况,示波器触发电路的模式出于“自动”模 式,即不论是否满足触发条件都进行波形显示。如果使用“通常”Normal 模式,不满足触 发条件就不会显示波形。

22. 关于holdoff,如果在水平时间分辨率不变的前提下,是否百分比设置越大(对应 信号显示逐渐稳定)那么就意味着信号的周期越长?

答:是的,百分比越大,释抑时间越长。

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