示波器的使用方法不同會導致不同的測試結果,有時,數值竟會差異很大。雖然,示波器號稱工程師的眼睛,但使用不當,這雙眼睛反而會欺騙你。所以,關於示波器的使用,初學者還是老老實實地學好基本功,對於不同的測試項目,一定要掌握正確的測試方法。


下麵就以最常見的電源紋波以及MOSFET的尖峰電壓測試為例,說明不同測試方法帶來的不同結果。


測試電壓紋波


紋波對於電源是個重要參數,但如果由於自己的操作問題而導致測試不通過,又浪費大量的人力和成本去整改是很不值得的。


如下圖1和圖2,是對同一個產品同一個測試點的測試結果,由於測試方法的差異,導致測試結果的差異很大。


下麵是對測試紋波的圖解和分析:

  

圖1

  

圖2

 

圖1的測試紋波的結果值3.9921V比圖2的0.126V大很多,問題出在哪了?是產品自身有問題嗎?事實上,圖1的測試值是不真實的,其實產品沒有問題,隻是測試方法有問題而已,這其中主要存在以下四點錯誤:

第一個錯誤是使用了長的接地線。

第二個錯誤是將探頭形成的環路和接地線均置於電源變壓器和開關元件附近。

第三個錯誤是示波器探頭和輸出電容之間存在多餘電感。


由於這些不注意,導致拾取了很多高頻信號,變壓器的磁場、開關的電場,以至於示波器抓出來的波形有高頻雜訊摻雜在裏麵顯示出來。


第四個錯誤是量程太大。


通過以上的分析,要想準確地測試紋波需要做到:

使用帶寬限製來測量紋波,以防止拾取並非真正存在的高頻雜訊,示波器帶寬設置為20M即可。去掉探頭“帽子”和地線夾,以防止長地線形成的天線效應。用近地線纏繞在探頭和地之間。有些示波器供應商會提供配套的短地線,例如羅德與施瓦茨公司就有專門提供。可以考慮在信號與地之間並聯一個0.1uf和一個10uf電容做去耦,電容的PIN腳的長短也會影響測試的值。


測量功率MOSFET的VDS、VGS電壓

如上文所言,測量開關電源輸出紋波的時候,通常要去除示波器探頭的探頭帽,直接將探頭的信號尖端和地線接觸輸出端。同樣的,在測量功率MOSFET的VDS、VGS電壓的時候,也要去除示波器探頭的探頭帽,直接將探頭的信號尖端和地線接觸被測量位置的兩端,減小地線的環路,從而減小空間耦合的幹擾信號,如圖3所示。

  

(a):去除探頭帽  (b):不去除探頭帽


圖3 測量時探頭帽設置


帶寬參數在1GHz及以下的示波器通常表現為高斯響應,具有約從-3dB頻率的1/3處開始緩慢滾降的特性。-3dB頻率處幅值約為低頻幅值70%(1.414/2),此頻率點為示波器帶寬fBW,對應的測量誤差約為30%;0.3fBW的頻率點處,對應測量誤差約為10%。


示波器具有最小的上升時間,高斯頻響的示波器,測量波形按幅值的10%到90%的標準,設定為上升時間tr,根據Howard W.Johnson原理,示波器上升時間小於測量信號上升時間的1/3時,測量結果的誤差小於5%。為了準確測量上升沿的波形,所測量的上升時間和示波器的帶寬滿足以下條件:tr=0.35/fBW。


測量電源輸出電壓的紋波通常使用20MHz的帶寬,以去除幹擾信號和噪聲,提高測量的精度。但是,測量MOSFET的VDS、VGS電壓的時候,為了準備測量前沿振蕩波形的上衝電壓尖峰、後沿振蕩波形的下衝電壓尖峰,就必須使用全帶寬來測量,才能保證測量結果的準確。

使用不同的方法和帶寬測量的波形如下:

 

(a):去除探頭帽,全帶寬

 

(b):去除探頭帽,20M帶寬

 

(c):帶探頭帽,全帶寬

 

(d):帶探頭帽,20M帶寬

圖4 不同設置測量的波形


從測量的結果可以看到,不同的條件下測量的結果相差較大,隻有正確的設置,才能保證測量結果的準確性,減小測量的誤差。

文章來源北京凡實測控技術有限公司   文章鏈接:https://www.hxy-elec.com/YGXDSDCWXCSB


2018年11月21日

示波器基礎--數字示波器的類型
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一個小的設定錯誤,竟讓示波器的測試值相差數倍

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