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示波器知识百问三示波器是如何工作的

时间：2020-08-04 来源：仪多多仪器网作者：仪多多商城

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学运算完成的，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较为重要的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。
95．开关电源总会有电磁辐射，同时越有可能受到其他电器设备的干扰。怎样做才能达到期即不受其他电器的干扰，又有效地方志器向外辐射呢？

答：开关电源因工作在高电压大电流的开关状态下，其引起的电磁兼容性问题是相当复杂的。从整机的电磁兼容性讲，主要有共阻抗耦合、线间耦合、电场耦合、磁场耦合和电磁波耦合几种。电磁兼容产生的三个要素为：干扰源、传播途径及受干扰体。共阻抗耦合主要是干扰源与受干扰体在电气上存在共同阻抗，通过该阻抗使干扰信号进入受干扰对象。线间耦合主要是产生干扰电压及干扰电流的导线或PCB线，因并行布线而产生的相互耦合。电场耦合主要是由于电位差的存在，产生的感应电场对受干扰体产生的耦合。

磁场耦合主要是大电流的脉冲电源线附近产生的低频磁场对干扰对象产生的耦合。而电磁波耦合，主要是由于脉动的电压或电流产生的高频电磁波，通过空间向外辐射，对相应的受干扰体产生的耦合。实际上，每一种耦合方式是不能严格区分的，只是侧重点不同而已。从电磁兼容性的三要素讲，要解决开关电源的电磁兼容性，可从三个方面入手。

1）减小干扰源产生的干扰信号；
2）切断干扰信号的传播途径；
3）增强受干扰体的抗干扰能力。

在解决开关电源内部的电磁兼容性时，可以综合运用上述三个方法，

以成本效益比及实施的难易性为前提。对开关电源产生的对外干扰，如电源线谐波电流、电源线传导干扰、电磁场辐射干扰等，只能用减小干扰源的方法来解决。

一方面，可以增强输入输出滤波电路的设计，改善有源功率因数校正（APFC）电路的性能减少开关管及整流续流二极管的电压电流变化率，采用各种软开关电路拓扑及控制方式等。

另一方面，加强机壳的屏蔽效果，改善机壳的缝隙泄漏，并进行良好的接地处理。而对外部的抗干扰能力，如浪涌、雷击应优化交流输入及直流输出端口的防雷能力。通常，对1.2/50μs开路电压及8/20μs短路电流的组合雷击波形，因能量较小，可采用氧化锌压敏电阻与气体放电管等的组合方法来解决。

减小开关电源的内部干扰，实现其自身的电磁兼容性，提高开关电源的稳定性及可靠性，应从以下几个方面入手：

注意数字电路与模拟电路PCB布线的正确区分、数字电路与模拟电路电源的正确去耦；

注意数字电路与模拟电路单点接地、大电流电路与小电流特别是电流电压取样电路的单点接地以减小共阻干扰、减小地环的影响；

布线时注意相邻线间的间距及信号性质，避免产生串扰；减小地线阻抗；减小高压大电流线路特别是变压器原边与开关管、电源滤波电容电路所包围的面积；

减小输出整流电路及续流二极管电路与直流滤波电路所包围的面积；减小变压器的漏电感、滤波电感的分布电容；采用谐振频率高的滤波电容器等。

TEK推出的功率测试方案就可以对电流谐波按EN61000-3-2标准进行预先一致性测试，

96． SOA测试是通过什么数据得到的，可以通过示波器的什么测量方法得到该数据？

答：SOA就是安全工作区域测量，它是用来判断功率器件的可靠性的,当出现短路或启动加电等时，超过安全工作区域的可能是仅有的几个周期，而且这也是不易被察觉的，但器件受到的影响不至于损坏,但对器件来说也是一种积累，器件的裕量可能不够了。

97．用示波器如何测试抖动分量？

答：确定性抖动可以用示波器测量出来，在示波器上可以读出上升/下降沿的时间宽度，根据信号周期可以换算成UIp-p即是抖动的峰值幅度，如下图。更详细的内容可以参考示波器厂家如泰克的相关资料。

选合适的示波器必参考的因素

　　1、带宽

　　所有示波器都有一个在较高频率上滚降的低通频响。示波器带宽是指正弦曲线输入信号衰减到信号真实幅度70.7%的频率，也就是-3dB点。您的示波器必须有足够的带宽，以便捕获信号的所有相关频率成分。如果您定期处理数字信号，那么通过比较信号和示波器的上升时间指标，可以比较容易考察带宽。使用的示波器的上升时间指标应该比信号上升时间快五倍，以使误码保持在2%以下。

　　2、采样率

　　示波器采样速度越快，分辨率就越高，显示的波形细节也就越好，关键信息或事件丢失的可能性也越小。推荐最低5倍过采样，以保证捕获信号细节，避免出现假信号。

　　准则：采样率>5x(最高的频率成分)

　　3、记录长度

　　记录长度是示波器在一次采集中可以数字化和存储的样点数量。由于示波器只能存储数量有限的样点，所以波形时长或捕获的“时间”长度与示波器的采样率成反比。记录长度越长，以高分辨率捕获的时间窗口越长。

　　准则：捕获的时间=(记录长度)/(采样率)

　　4、数字通道和频谱分析仪输入

　　当今示波器为在系统级调试复杂设计不仅仅提供了模拟通道。如果您需要分析一条并行总线或多条串行总线，MSO系列混合信号示波器为一次分析多个信号提供了16条数字通道及较多4条模拟通道。

　　如果您正在处理RF信号，MDO系列混合域示波器提供了内置频谱分析仪，能够以时间相关的方式分析模拟信号、数字信号和RF信号。

　　5、特性和分析功能

　　示波器提供了广泛的特性和分析功能。在选择示波器时，应考察提供的触发功能、波形搜索工具、自动测量功能及分析软件包，如串行总线分析、抖动和电源分析，确保满足您的需求。

标签: 示波器