示波器在使用時,常常會忽視一些細(xì)節(jié),從而導(dǎo)致測量上的誤差。下面主要介紹一下,在使用示波器的過程中,
應(yīng)該要注意的問題:
1、探頭
為具體的測量任務(wù)選用合適的探頭總會得到可以的測量結(jié)果。通常,對于通用測量,10:1探頭就足夠了;但對于低幅度信號測量,您可能要考慮使用1:1探頭。在進(jìn)行高速測量時,應(yīng)該著重考慮探頭電容。具有大電容值的探頭會減緩上升和下降沿,而且在檢測某些器件(例如高速運放)的輸入或輸出端時,甚至?xí)疬@些器件產(chǎn)生振蕩。因此,測量高速電路的另外一點考慮是使用有源FET探頭。有源探頭通常具有較低的觸點電容(通常為幾個pF)和極高的阻抗,因此有源探頭對任何被測節(jié)點都呈現(xiàn)極小的負(fù)載。
2、探頭接地
在進(jìn)行高速測量時,可能犯的最大錯誤是使用探頭接地夾,造成示波器探頭問題。使用接地夾相當(dāng)于在接地路徑中加入了一個串聯(lián)電感。這個串聯(lián)電感和探頭電容共同作用,就會引入振蕩和過沖??梢缘慕拥剡B接方法是使用探頭內(nèi)部的接地屏蔽網(wǎng),只是您得拆開探頭。不過,這不難做到。首先,從探頭探針上松開塑料外皮,把它從探頭上褪下。這時探頭的金屬接地屏蔽網(wǎng)就露出來了。然后,把接地夾從探頭上取下,就完成了?,F(xiàn)在可以進(jìn)行測量了,簡單地測一個節(jié)點,將探頭的金屬接地屏蔽網(wǎng)接到最接近的被測電路接地點。這種方法可以排除任何串聯(lián)電感,幾乎消除了所有的振蕩和過沖。如果您找不到最接近的接地點,就將一段總線在示波器探頭的金屬接地屏蔽網(wǎng)上繞幾圈,然后再接地。您可以使用幾乎所有的小金屬物件來做接地連接,我使用過改錐、紙夾和鑷子。我最喜歡用的是鑷子,因為鑷子的尖端可以戳到接地平面上,也能插到PCB板的元件密集區(qū)域內(nèi)。
3、校準(zhǔn)
在使用示波器進(jìn)行測量時最容易忽視的步驟之一是校準(zhǔn)。校準(zhǔn)是一種簡單易行的方法,可以確保您的每次測量都是從頭開始,不受上次測量的影響。在開始測量前應(yīng)該進(jìn)行手動校準(zhǔn),如果示波器帶有自校準(zhǔn)功能,您在測量前應(yīng)該運行這個功能。欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償?shù)奶筋^會引入幅度、上升時間和被測信號波形失真測量的嚴(yán)重誤差。
4、兼容性
有一種情況非常普遍,人們使用X公司生產(chǎn)的示波器卻配Y公司生產(chǎn)的探頭進(jìn)行測量。事實上,示波器和探頭并不總是可互換或可兼容的??梢缘淖龇ㄊ鞘褂猛患夜旧a(chǎn)的示波器和探頭,從而排除任何潛在的沖突問題。
5、帶寬
為了精確地測量頻率響應(yīng)和快速上升沿,示波器和探頭必須具有足夠的帶寬。一個好的經(jīng)驗規(guī)則是示波器和探頭(探頭也有帶寬限制)的帶寬應(yīng)該是被測信號最高頻率的3~5倍。-3dB帶寬衰減會引入30%的幅度測量誤差,因此示波器和探頭的帶寬越寬越好。
6、差分測量
在進(jìn)行時差或傳輸延遲的測量時,請確保使用的是同樣長度的兩個探頭。電纜的傳輸延遲大約為1.5ns/ft。電纜長度不一樣會給你帶來麻煩。例如,使用一根3英尺和一根6英尺長的電纜示波器探頭測量傳輸延遲,電纜長度差會造成大約4.5納秒(ns)的誤差,當(dāng)要分辨以1ns為單位的測量時,這是相當(dāng)大的誤差。
盡管以上這些提示和技巧單個看上去并不值得注意,但合在一起就能顯著提高測量的精確度。即使您在測量中只用了其中幾個方法但它們?nèi)阅艽_保您每次進(jìn)入實驗室都能得到快速而可靠的測量結(jié)果。
示波器的主要部分有示波管、帶衰減器的Y軸放大器、帶衰減器的X軸放大器、掃描發(fā)生器(鋸齒波發(fā)生器)、觸發(fā)同步和電源等,其結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。為了適應(yīng)各種測量的要求,示波器的電路組成是多樣而復(fù)雜的,這里僅就主要部分加以介紹:
一、示波管 如上圖所示,示波管主要包括電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分,全都密封在玻璃外殼內(nèi),里面抽成高真空。下面分別說明各部分的作用?! ?、熒光屏:它是示波器的顯示部分,當(dāng)加速聚焦后的電子打到熒光上時,屏上所涂的熒光物質(zhì)就會發(fā)光,從而顯示出電子束的位置。當(dāng)電子停止作用后,熒光劑的發(fā)光需經(jīng)一定時間才會停止,稱為余輝效應(yīng)?! ?、電子槍:由燈絲H、陰極K、控制柵極G、第一陽極A1、第二陽極A2五部分組成。燈絲通電后加熱陰極。陰極是一個表面涂有氧化物的金屬筒,被加熱后發(fā)射電子??刂茤艠O是一個頂端有小孔的圓筒,套在陰極外面。它的電位比陰極低,對陰極發(fā)射出來的電子起控制作用,只有初速度較大的電子才能穿過柵極頂端的小孔然后在陽極加速下奔向熒光屏。示波器面板上的“亮度”調(diào)整就是通過調(diào)節(jié)電位以控制射向熒光屏的電子流密度,從而改變了屏上的光斑亮度。陽極電位比陰極電位高很多,電子被它們之間的電場加速形成射線。當(dāng)控制柵極、第一陽極、第二陽極之間的電位調(diào)節(jié)合適時,電子槍內(nèi)的電場對電子射線有聚焦作用,所以第一陽極也稱聚焦陽極。第二陽極電位更高,又稱加速陽極。面板上的“聚焦”調(diào)節(jié),就是調(diào)第一陽極電位,使熒光屏上的光斑成為明亮、清晰的小圓點。有的示波器還有“輔助聚焦”,實際是調(diào)節(jié)第二陽極電位?! ?、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng):它由兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成,一對垂直偏轉(zhuǎn)板Y,一對水平偏轉(zhuǎn)板X。在偏轉(zhuǎn)板上加以適當(dāng)電壓,電子束通過時,其運動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),從而使電子束在熒光屏上的光斑位置也發(fā)生改變?! ∪菀鬃C明,光點在熒光屏上偏移的距離與偏轉(zhuǎn)板上所加的電壓成正比,因而可將電壓的測量轉(zhuǎn)化為屏上光點偏移距離的測量,這就是示波器測量電壓的原理。 二、信號放大器和衰減器 示波管本身相當(dāng)于一個多量程電壓表,這一作用是靠信號放大器和衰減器實現(xiàn)的。由于示波管本身的X及Y軸偏轉(zhuǎn)板的靈敏度不高(約0.1—1mm/V),當(dāng)加在偏轉(zhuǎn)板的信號過小時,要預(yù)先將小的信號電壓加以放大后再加到偏轉(zhuǎn)板上。為此設(shè)置X軸及Y軸電壓放大器。衰減器的作用是使過大的輸入信號電壓變小以適應(yīng)放大器的要求,否則放大器不能正常工作,使輸入信號發(fā)生畸變,甚至使儀器受損。對一般示波器來說,X軸和Y軸都設(shè)置有衰減器,以滿足各種測量的需要?!?i> 三、掃描系統(tǒng) 掃描系統(tǒng)也稱時基電路,用來產(chǎn)生一個隨時間作線性變化的掃描電壓,這種掃描電壓隨時間變化的關(guān)系如同鋸齒,故稱鋸齒波電壓,這個電壓經(jīng)X軸放大器放大后加到示波管的水平偏轉(zhuǎn)板上,使電子束產(chǎn)生水平掃描。這樣,屏上的水平坐標(biāo)變成時間坐標(biāo),Y軸輸入的被測信號波形就可以在時間軸上展開。掃描系統(tǒng)是示波器顯示被測電壓波形必需的重要組成部分。
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