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示波器知识百问十六 示波器是如何工作的

时间:2020-08-05    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
83. 在高频端,如何判断示波器探头本身的阻抗对信号的影响? 

答:示波器的探头都有特定的指标,可以参照探头的等效阻抗-频率图确定探头在频率点的等效阻抗。关于探头,泰克有专门的文章叫做《探头ABC》。 

84. 为什么用泰克示波器测试30MHz时钟的波形振铃要比安杰仑的大的多(示波器探头是250MHz的)? 

答:测量状态转换时,只需采用示波器的自动触发方式,将电压和电流的波形设置为比较理想的显示方式。如果使用TDS5000,还可调节resolution旋钮将采样率调至合适档位(一般为信号频率的10倍左右)。然后利用PWR2软件对被测数据进行自动计算。对于MOSFET我们选择Vds和Ids作为被测信号IGBT选择Vce和Ice作为被测信号。 

当用数字示波器测试开关电源时, 可否预先设置限制参数(如测试时间,每次采样数)如何用泰克示波器实现对开关电源状态变换的测试。 连接方式(可举例),示波器按键的设置,必要的注意事项。 

85. 在设计软开关PWM变换器时(如PWM半桥开关变换器),怎样用示波器观察MOSFET Vt/It 轨迹? 

答:首先示波器要有通道间的时延校正功能,这样进行相关数学运算时才能保证基本的准确性。使用高压差分电压探头及电流探头测量。TEK推出的功率测试方案中就可以动态的观察MOSFET的整个工作过程。 

86. 输出电容和输出电感的选择应该根据负载的供电需求确定,那对于L和C值都应该按照datasheet上的确定的公式套用吗?如果按照公式推算出来的值在实际应用中出现了问题,那么我们应该根据什么来更换呢? 

答:不同拓朴的输出扼流圈及输出滤波电容的计算公式是不同的,应该按自己所选的电路结构选择合适的计算公式。输出电容的大小主要由输出纹波电压要抑制为几毫伏决定。这就要计算出ESR,然后可按厂家提供的DATASHEET选择。但选电容时还要考虑负载的变化、电流变化范围、输出电感感量等等,因为它们会使电容特性改变。 

87. 目前,HID疝气灯已经广泛用在一些高档轿车大灯上,但在HID灯安定器的高压电路设计中,发现由于高压回收速度不够快,造成有时点灯不畅。如何解决? 

答:HID疝气灯一般都有一个二次击穿的过程,然后大灯趋于稳定的工作状态;首先要对二次击穿进行有效的控制方可保证其稳定工作,量测二次击穿只需使用TDS5000的长记录长度,进行单次触发捕获其波形,然后分别测量一次击穿和二次击穿的峰值电压以及其脉冲宽度,再测量两次击穿脉冲间的时间即可,根据实际状况看看以上参数是否满足设计要求。 

88. 如果使用探头和虚拟仪器,可以在PC机上显示出波形。同时,各种各样的计算都可以轻松实现。TEK5000系列和虚拟仪器有何本质区别? 

答:DS5000虽然是一台基于Windows 2000的示波器,但实际上它是分成两个重要部分的,首先他具有一个真正意义上的示波器采集和处理的部分,这部分的数据处理是通过示波器本身的一个专业处理器进行的,而Windows2000的计算机平台只是对示波器采集下来的数据(内部通过PCI总线通讯)进行一些后台分析计算处理,这部分与示波器本身的显示并无联系。 

而所谓的虚拟仪器(大多为PC插卡式的),它通过一个数据采集卡(一般速度很慢)将外界的信号采入计算机内部,通过计算机自身的CPU对数据进行处理,它是一种廉价的解决方案,它的致命弱点是没有任何溯源性(它受计算机主机的影响太大,不同主机导致的测试结果有较大的误差),我们知道测试仪器的一致性是决定测试结果成败的关键。 
示波器的触发模式有哪些?

  对于数字示波器来说,整机都是在触路的控制下工作的。触发电路决定了示波器什么时候采集信号,什么时候停下来显示波形。而触发模式就是指示波器在触发条件满足前和触发条件满足后的工作状态。示波器常用的触发模式有以下几种:

  1、自动触发:

  这是绝大多数示波器的缺省触发模式。在自动触发模式下,示波器会优先检测设定好的触发条件是否满足。如果触发条件满足,示波器就按当前的触发条件进行触发;如果触发条件不满足且持续超过一定时间(一般是几十ms),示波器内部会自动产生一个触发并捕获波形显示。如果示波器发生了自动触发,这时捕获到的波形可能是不满足触发条件的,但是这避免了用户由于触发条件设置错误而完全看不到信号波形的情况,用户可以根据示波器自动触发捕获到的波形进一步改变或优化触发条件的设置。自动触发模式可以适用于绝大多数的测试场合,但是也有一定的制约条件。如果用户感兴趣的信号跳变或设置的触发条件发生的频率很低,比如1秒钟才会发生一次,这时如果示波器工作在自动触发模式下,可能会由于来不及等待到满足触发条件的信号示波器就自动触发了,从而造成捕获的信号不是期望的信号的情况。在自动触发模式下,无论是满足条件的触发还是示波器自动产生的触发,一旦触发后示波器就会把捕获的波形处理显示,然后再等待下一个触发的到来,因此无论触发条件是否满足,示波器上的波形都是“动”起来的。

  2、正常触发:

  如果用户要捕获的信号出现间隔较长,而且触发条件设置无误,就可以把示波器设置为正常触发模式。在正常触发模式下,示波器会严格按照设定好的触发条件触发。如果触发条件不满足,示波器会一直等待满足触发条件的信号到来,而不会自动进行触发。在正常触发模式下,也是一旦触发后示波器就会把捕获的波形处理显示,然后再等待下一个触发的到来。因此如果持续有触发条件的波形到来,示波器上的波形就是“动”起来的;单如果满足触发信号的波形一直没有到来,示波器上的波形是不动也没有更新的,

  3、单次触发:

  在正常触发条件下,当有新的满足触发条件的波形到来时,会把前面的波形更新掉,而有时需要捕获一些单次或瞬态的情况(比如要捕获系统上电时的波形、开关打开瞬间的波形、时钟刚起振时的波形等),我们关心的是第一个满足触发条件的信号的波形,这时就可以把示波器设置成单次触发模式。在单次触发模式下,一旦触发条件满足,示波器就把捕获的波形处理显示,并且不再进行后续的触发和采集。

  数字示波器虽然有比较大的死区时间,但是由于采用数字技术,所以可以设置非常丰富的触发条件。如果使用者能够大概估计出可能要捕获的信号特征,就可以根据信号特征去设置相应的触发条件进行捕获。可以说,是否能够根据信号特征设置触发条件去捕获信号反映了使用者操作示波器的的熟练程度。下面章节我们就具体介绍示波器里常用的触发条件的含义,以及如何设置触发条件去捕获信号。

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示波器带宽选择方法

  示波器是测量电源纹波和电源噪声的必备工具,但在实际的测量中,如何选择合适的带宽呢,下面就给大家说说。

  带宽是示波器的较为重要的一个指标,理论上来说,只要带宽覆盖被测信号能量的99.9%,测量的误差可以小于3%,即是合适的带宽。因此,业界也存在着多个带宽选择法则,例如:5倍法则、三倍正弦波频率、 1.8倍法则 、1/3法则。针对不同的测量信号和测量要求适用不同的法则。  根据上升时间和带宽的关系,似乎可以得出结论,带宽越高,测量的误差越小。  但实际上,具体的应用中并非如此。因为,示波器毕竟不是一个理想的仪器,测量系统本身有噪声。这些噪声包括放大器的噪声, ADC的噪声,有源探头的噪声,探头地线感应的空间辐射噪声及地环路耦合的传导噪声从信噪比的角度理解,只有当被测信号的能量 远大于示波器测量系统本身带来的噪声能量的 时候即信噪比足够大的时候,选择的带宽才是 合适的。  电源纹波测量的带宽选择取决于电源开关管的上升时间,测量纹波的带宽等于测量开关管的带宽 。一般功率小的电源开关频率可以达到1MHz甚至更大,对应的开关管的上升时间越小。功率大的电源开关管开关频率小,只有100KHz甚至更小,上升时间大。但是多数开关管MOSFET上升时间达100ns。即使开关管上升时间只有30ns,1/3的上升时间也有10ns,而100MHz的示波器的上升时间只有3.5ns。因此,用100MHz带宽示波器测量开关电源的开关管是足够的。事实上,很少有开关管上升时间只有30ns的,限制带宽到20MHz就足够了。这也是很多人所说的“在测量电源纹波时需要将示波器带宽限制为20MHz”的道理。

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