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如何用示波器做环路分析及工作原理

时间:2020-04-12    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

如何用示波器做环路分析

  一、如何三句话讲清楚环路分析在做什么?
  1、稳定可靠的系统必须是闭环系统(带反馈)。控制器根据系统的实际输出与理想输出的偏差来设计算法,使输出值逼近设定值;
  2、系统稳定性需要依靠环路中的增益相位裕量来量化,这个指标可以通过扫频来测量;
  3、环路分析就是在控制系统中注入频率变化的干扰信号,从而得出系统的频率响应曲线。
  总结来说,通过环路分析就能知道当负载端变化时控制系统的表现是否稳定,就这么简单!
  二、环路分析的结果是什么?
  示波器根据输出信号、输入信号的幅度、相位随频率变化的关系,可得到环路系统的伯德图(幅频特性、相频特性)。想要对产品的稳定性有所了解,靠品牌、经验、还有研发人员拍胸脯都是不够的,有了伯德图协助定量分析,一测便知!
  三、有了环路分析,电源性能会有哪些提升?
  通过环路分析可以量化电源的频率响应特性,从而将电源朝着更稳定的方向优化。工程师再也不用通过盲目的反复尝试去积累经验,器件选型也不用过分考虑裕量,从而更好的控制电源成本。
  四、环路分析的关键测试步骤及参数设定
  1、寻找干扰信号注入点
  在电压反馈型的开关电源电路中,测试信号注入点为反馈回路的取样点与输出电压点之间。要辨别采样点比较简单,只需观察反馈电压由输出电压的哪条支路分压得到即可。
  注入电阻可选择10——100欧的电阻,这种电阻在反馈电路中影响不大,推荐在系统设计时就提前预留此电阻。
  2、注入信号幅度调节
  注入信号的幅度经验值可设为输出电压的5%。如果幅度不能过小,示波器可能无法识别;过大则可能使系统出现非线性导致测量失真。
  3、扫描频率范围设定
  环路系统的截止频率推荐设为开关频率的1/20——1/6,在这个范围内,一般可以找到环路的穿越频率点。此处留意环路系统穿越频率不能过低,否则环路无法响应高频的负载波动,从而引起输出电压的噪声。
  五、环路分析测量系统的搭建
  在ZDS4000环路分析开关电源的应用中,除了示波器之外,还需要信号发生器模块、高压隔离变压器配合。信号发生器模块用于注入信号的产生(普通信号发生器也可代替),高压隔离变压器用于隔离注入电路对环路电路工作的影响。
  Tip:由于注入信号幅度微弱,推荐选用1X衰减的探头测试。若使用10X,则信号衰减后很容易被噪声淹没。在接地时也尽量使用接地弹簧,而不是接地夹子。
  六、环路分析样例数据解读
  由于开关电源闭环系统的反馈较为简单,可以根据环路分析所得的波特图进行简约分析:
  在闭环增益为0dB时,即穿越频率时,相位裕度一般需要大于45度;在相位接近0度时,此时闭环增益应小于-20dB。
  若符合上述条件,则此闭环为稳定系统。
  如下图所示,屏幕右上角显示系统的相位裕度为135.5度,增益裕度为30db。

图片.jpg

标签: 示波器
示波器 如何用示波器做环路分析_示波器

示波器的应用原理如何?

    示波器是利用电子示波管的特性,将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像,显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器


    它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。


    示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。


    1.1示波管


    阴极射线管(CRT)简称示波管,是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内,构成了一个完整的示波管。


    1.荧光屏


    现在的示波管屏面通常是矩形平面,内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜,撞击荧光粉而发光形成亮点。


    铝膜具有内反射作用,有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。


    当电子停止轰击后,亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10%所经过的时间叫做“余辉时间”。


    余辉时间短于10μs为极短余辉,10μs—1ms为短余辉,1ms—0.1s为中余辉,0.1s-1s为长余辉,大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管,高频示波器选用短余辉,低频示波器选用长余辉。


    由于所用磷光材料不同,荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管,以保护人的眼睛。


    2.示波管的电源


    为使示波管正常工作,对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近,偏转板的平均电位为零或接近为零。


    阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴极为负电位(—30V~—100V),而且可调,以实现辉度调节。


    阳极为正电位(约+100V~+600V),也应可调,用作聚焦调节。


    第二阳极与前加速极相连,对阴极为正高压(约+1000V),相对于地电位的可调范围为±50V。由于示波管各电极电流很小,可以用公共高压经电阻分压器供电。


    3.偏转系统


    偏转系统控制电子射线方向,使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。


    Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在前,X轴偏转板在后,因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y轴)。


    两对偏转板分别加上电压,使两对偏转板间各自形成电场,分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。


    4.电子枪及聚焦


    电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极,阴极受热发射电子。


    栅极是一个顶部有小孔的金属园筒,套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低,对阴极发射的电子起控制作用,一般只有运动初速度大的少量电子,在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔,奔向荧光屏。


    初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低,则全部电子返回阴极,即管子截止。


    调节电路中的W1电位器,可以改变栅极电位,控制射向荧光屏的电子流密度,从而达到调节亮点的辉度。


    阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连,所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。


    电子束从阴极奔向荧光屏的过程中,经过两次聚焦过程。次聚焦由K、G1、G2完成,K、K、G1、G2叫做示波管的电子透镜。


    第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域,调节第二阳极A2的电位,能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点,这是第二次聚焦。


    A1上的电压叫做聚焦电压,A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦,需微调第二阳极A2的电压,A2又叫做辅助聚焦极。


    1.2示波器的基本组成


    从上一小节可以看出,只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压,就能控制示波管显示的图形形状。


    我们知道,一个电子信号是时间的函数f(t),它随时间的变化而变化。


    因此,只要在示波管的X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压,在y轴加上被测信号(经过比例放大或者缩小),示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。


    电信号中,在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。


    它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。


    被测信号①接到“Y"输入端,经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器(前置放大),推挽输出信号②和③。


    经延迟级延迟Г1时间,到Y2放大器。放大后产生足够大的信号④和⑤,加到示波管的Y轴偏转板上。


    为了在屏幕上显示出完整的稳定波形,将Y轴的被测信号③引入X轴系统的触发电路;


    在引入信号的正(或者负)极性的某一电平值产生触发脉冲⑥,启动锯齿波扫描电路(时基发生器),产生扫描电压⑦。


    由于从触发到启动扫描有一时间延迟Г2,为保证Y轴信号到达荧光屏之前X轴开始扫描,Y轴的延迟时间Г1应稍大于X轴的延迟时间Г2。


    扫描电压⑦经X轴放大器放大,产生推挽输出⑨和⑩,加到示波管的X轴偏转板上。


    z轴系统用于放大扫描电压正程,并且变成正向矩形波,送到示波管栅极。这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度,而在扫描回程进行抹迹。

 

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示波器 示波器的应用原理如何?_示波器

如何让示波器长久保持良好的性能状态

  示波器是电子测量领域必不可少的设备之一,其使用日益广泛,已经成为日常工作生产中的利器。那么如何维护您的示波器,使其拥有更长的寿命,长久保持良好的性能状态呢?

  一)使用前的检测

  示波器的电源线有无破损;

  电源线的插头和电源插线板内的接线必须紧固、可靠、避免使用中发生触电或短路事故;

  仔细阅读使用说明,测试前的设置,注意探头和阻抗的匹配,接入探头的电压不能超过示波器最大允许输入电压。

  二)检查接地

  接地不仅可以保证操作人员的安全,使仪器在安全范围内正常工作,还可以保证测试波形的稳定可靠性,降低外界的干扰。

  三)防静电

  使用操作仪器时,必须佩带防静电手环,遵循防静电流程。

  四)日常维护(以TDS3014B为例)

  信号路径补偿。

  (可修正由温度变化或长期漂移引起的直流误差,平均每三周需要补偿一次,应该在示波器预热后使用)

  当示波器关机后,不能马上开机,需要过十几秒。测试结束后探头要妥善存放,通道需要盖帽,避免灰尘进去。

  仪器使用时要注意通风散热,避免环境过于潮湿,保持洁净少尘,并定期给仪器除尘。

  五)故障判断

  在使用过程中发现示波器出现问题时,可以进行以下几个方面检测辅助判断仪器是否真的故障,因为外部干扰或连接等问题都可以引起故障:

  1. 验证方波是否正常

  2. 检查输入阻抗:分别测量50欧和1M欧

  3. 自检:

  通过 UTILITY”,选“辅助功能页面”,找到自检诊断。

标签: 示波器
示波器 如何让示波器长久保持良好的性能状态_示波器

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