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示波器知識百問三 示波器是如何工作的

時(shí)間:2020-08-04    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
17. 使用一臺標(biāo)稱100MHz的DSO示波器,測量一個(gè)高頻開關(guān)幅值400V,f=50M,示波器如何描繪出它的波形和上升時(shí)間? 

答:① 示波器的帶寬是以正弦波幅度衰減-3dB點(diǎn)為帶寬定義的。 

② 數(shù)字示波器中對于波形和上升時(shí)間的描繪都是通過實(shí)時(shí)采樣電路和高速A/D變換器獲得波形數(shù)據(jù),再通過插值運(yùn)算得到的。 

③ 在泰克的示波器中,有實(shí)時(shí)的處理電路完成所謂的正弦內(nèi)插功能,在信號采集電路部分完成。當(dāng)然,很多示波器也是通過示波器的主處理器進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算完成的,這個(gè)時(shí)候會(huì)花比較多的時(shí)間。 

④ 對于您測量的信號,恐怕使用100MHz的示波器是無法進(jìn)行。50MHz的方波,理論上應(yīng)該使用450MHz以上的示波器才能將信號中較為重要的9次以下諧波準(zhǔn)確重新,從而保證波形不失真。更何況,您恐怕還要考慮信號上升時(shí)間的問題,理論上,示波器的上升時(shí)間應(yīng)該比信號快5倍以上。 

⑤ 探頭也一樣,由于普通探頭在測量高壓的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生高頻失真的效應(yīng),您應(yīng)該采用特別的差分探頭或者高壓探頭比如,泰克的P5205,P5100進(jìn)行測量。 

18. 如何在模擬電路用好數(shù)字示波器,比如測音頻放大器的小信號,電源的雜波等? 

答:要注意的問題有: 

① 示波器的接地問題,示波器的機(jī)殼和探頭的參考地線都是連接地線的,因此良好的接地是測量干擾的首要條件。 

② 示波器參考地線引入的干擾問題,由于普通探頭通常都有一段接地線,會(huì)與待測點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)類似環(huán)形天線的干擾路徑,引入比較大的干擾,因此要盡量減少這一干擾,可以采用的方法是將探頭帽拿掉,不使用探頭上引出的地線,而直接使用探頭尖端和探頭內(nèi)的地點(diǎn)接觸待測點(diǎn)進(jìn)行測量。 

③ 使用差分測量的方法,消除共模噪聲。泰克提供一系列的差分探頭,比如專門針對小信號的ADA400A可以測量到幾百微伏,用于高速信號測量的P7350提供高達(dá)5GHz的帶寬 

④ 在泰克的很多示波器里提供高分辨率采集(Hi-Res)的信號捕獲模式,可以過濾信號上疊加的隨機(jī)噪聲。 

19. 在測量離板信號線的傳導(dǎo)騷擾時(shí),發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)特定頻點(diǎn)(一個(gè)是659K另一個(gè)是1.977K)上由兩個(gè)很大的噪聲信號。初步分析是由于板上的開關(guān)電源芯片引起的,如何使用示波器測量這樣的噪聲信號? 

答:示波器可以測試噪聲信號有幾個(gè)考慮的因素: 

① 被測信號的幅度,是否為小信號, 示波器配合探頭可以測試uA級的信號 
② 被測信號的頻率。 
③ 探頭的連接方式不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生噪聲,影響測試結(jié)果。 
95. 開關(guān)電源總會(huì)有電磁輻射,同時(shí)越有可能受到其他電器設(shè)備的干擾。怎樣做才能達(dá)到期即不受其他電器的干擾,又有效地方志器向外輻射呢? 

答:開關(guān)電源因工作在高電壓大電流的開關(guān)狀態(tài)下,其引起的電磁兼容性問題是相當(dāng)復(fù)雜的。從整機(jī)的電磁兼容性講,主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場耦合、磁場耦合和電磁波耦合幾種。電磁兼容產(chǎn)生的三個(gè)要素為:干擾源、傳播途徑及受干擾體。共阻抗耦合主要是干擾源與受干擾體在電氣上存在共同阻抗,通過該阻抗使干擾信號進(jìn)入受干擾對象。線間耦合主要是產(chǎn)生干擾電壓及干擾電流的導(dǎo)線或PCB線,因并行布線而產(chǎn)生的相互耦合。電場耦合主要是由于電位差的存在,產(chǎn)生的感應(yīng)電場對受干擾體產(chǎn)生的耦合。 

磁場耦合主要是大電流的脈沖電源線附近產(chǎn)生的低頻磁場對干擾對象產(chǎn)生的耦合。而電磁波耦合,主要是由于脈動(dòng)的電壓或電流產(chǎn)生的高頻電磁波,通過空間向外輻射,對相應(yīng)的受干擾體產(chǎn)生的耦合。實(shí)際上,每一種耦合方式是不能嚴(yán)格區(qū)分的,只是側(cè)重點(diǎn)不同而已。從電磁兼容性的三要素講,要解決開關(guān)電源的電磁兼容性,可從三個(gè)方面入手。 

1)減小干擾源產(chǎn)生的干擾信號; 
2)切斷干擾信號的傳播途徑; 
3)增強(qiáng)受干擾體的抗干擾能力。 

在解決開關(guān)電源內(nèi)部的電磁兼容性時(shí),可以綜合運(yùn)用上述三個(gè)方法, 

以成本效益比及實(shí)施的難易性為前提。對開關(guān)電源產(chǎn)生的對外干擾,如電源線諧波電流、電源線傳導(dǎo)干擾、電磁場輻射干擾等,只能用減小干擾源的方法來解決。 

一方面,可以增強(qiáng)輸入輸出濾波電路的設(shè)計(jì),改善有源功率因數(shù)校正(APFC)電路的性能減少開關(guān)管及整流續(xù)流二極管的電壓電流變化率,采用各種軟開關(guān)電路拓?fù)浼翱刂品绞降取?SPAN> 

另一方面,加強(qiáng)機(jī)殼的屏蔽效果,改善機(jī)殼的縫隙泄漏,并進(jìn)行良好的接地處理。而對外部的抗干擾能力,如浪涌、雷擊應(yīng)優(yōu)化交流輸入及直流輸出端口的防雷能力。通常,對1.2/50μs開路電壓及8/20μs短路電流的組合雷擊波形,因能量較小,可采用氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管等的組合方法來解決。 

減小開關(guān)電源的內(nèi)部干擾,實(shí)現(xiàn)其自身的電磁兼容性,提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性及可靠性,應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手: 

注意數(shù)字電路與模擬電路PCB布線的正確區(qū)分、數(shù)字電路與模擬電路電源的正確去耦; 

注意數(shù)字電路與模擬電路單點(diǎn)接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點(diǎn)接地以減小共阻干擾、減小地環(huán)的影響; 

布線時(shí)注意相鄰線間的間距及信號性質(zhì),避免產(chǎn)生串?dāng)_;減小地線阻抗;減小高壓大電流線路特別是變壓器原邊與開關(guān)管、電源濾波電容電路所包圍的面積; 

減小輸出整流電路及續(xù)流二極管電路與直流濾波電路所包圍的面積;減小變壓器的漏電感、濾波電感的分布電容;采用諧振頻率高的濾波電容器等。 

TEK推出的功率測試方案就可以對電流諧波按EN61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)先一致性測試, 

96. SOA測試是通過什么數(shù)據(jù)得到的,可以通過示波器的什么測量方法得到該數(shù)據(jù)? 

答:SOA就是安全工作區(qū)域測量,它是用來判斷功率器件的可靠性的,當(dāng)出現(xiàn)短路或啟動(dòng)加電等時(shí),超過安全工作區(qū)域的可能是僅有的幾個(gè)周期,而且這也是不易被察覺的,但器件受到的影響不至于損壞,但對器件來說也是一種積累,器件的裕量可能不夠了。 

97. 用示波器如何測試抖動(dòng)分量? 

答:確定性抖動(dòng)可以用示波器測量出來,在示波器上可以讀出上升/下降沿的時(shí)間寬度,根據(jù)信號周期可以換算成UIp-p即是抖動(dòng)的峰值幅度,如下圖。更詳細(xì)的內(nèi)容可以參考示波器廠家如泰克的相關(guān)資料。 
選合適的示波器必參考的因素

  1、帶寬

  所有示波器都有一個(gè)在較高頻率上滾降的低通頻響。示波器帶寬是指正弦曲線輸入信號衰減到信號真實(shí)幅度70.7%的頻率,也就是-3dB點(diǎn)。您的示波器必須有足夠的帶寬,以便捕獲信號的所有相關(guān)頻率成分。如果您定期處理數(shù)字信號,那么通過比較信號和示波器的上升時(shí)間指標(biāo),可以比較容易考察帶寬。使用的示波器的上升時(shí)間指標(biāo)應(yīng)該比信號上升時(shí)間快五倍,以使誤碼保持在2%以下。

  2、采樣率

  示波器采樣速度越快,分辨率就越高,顯示的波形細(xì)節(jié)也就越好,關(guān)鍵信息或事件丟失的可能性也越小。推薦最低5倍過采樣,以保證捕獲信號細(xì)節(jié),避免出現(xiàn)假信號。

  準(zhǔn)則:采樣率>5x(最高的頻率成分)

  3、記錄長度

  記錄長度是示波器在一次采集中可以數(shù)字化和存儲(chǔ)的樣點(diǎn)數(shù)量。由于示波器只能存儲(chǔ)數(shù)量有限的樣點(diǎn),所以波形時(shí)長或捕獲的“時(shí)間”長度與示波器的采樣率成反比。記錄長度越長,以高分辨率捕獲的時(shí)間窗口越長。

  準(zhǔn)則:捕獲的時(shí)間=(記錄長度)/(采樣率)

  4、數(shù)字通道和頻譜分析儀輸入

  當(dāng)今示波器為在系統(tǒng)級調(diào)試復(fù)雜設(shè)計(jì)不僅僅提供了模擬通道。如果您需要分析一條并行總線或多條串行總線,MSO系列混合信號示波器為一次分析多個(gè)信號提供了16條數(shù)字通道及較多4條模擬通道。

  如果您正在處理RF信號,MDO系列混合域示波器提供了內(nèi)置頻譜分析儀,能夠以時(shí)間相關(guān)的方式分析模擬信號、數(shù)字信號和RF信號。

  5、特性和分析功能

  示波器提供了廣泛的特性和分析功能。在選擇示波器時(shí),應(yīng)考察提供的觸發(fā)功能、波形搜索工具、自動(dòng)測量功能及分析軟件包,如串行總線分析、抖動(dòng)和電源分析,確保滿足您的需求。

標(biāo)簽: 示波器
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