示波器的使用方法不同会导致不同的测试结果,有时,数值竟会差异很大。虽然,示波器号称工程师的眼睛,但使用不当,这双眼睛反而会欺骗你。所以,关于示波器的使用,初学者还是老老实实地学好基本功,对于不同的测试项目,一定要掌握正确的测试方法。


下面就以最常见的电源纹波以及MOSFET的尖峰电压测试为例,说明不同测试方法带来的不同结果。


测试电压纹波


纹波对于电源是个重要参数,但如果由于自己的操作问题而导致测试不通过,又浪费大量的人力和成本去整改是很不值得的。


如下图1和图2,是对同一个产品同一个测试点的测试结果,由于测试方法的差异,导致测试结果的差异很大。


下面是对测试纹波的图解和分析:

  

图1

  

图2

 

图1的测试纹波的结果值3.9921V比图2的0.126V大很多,问题出在哪了?是产品自身有问题吗?事实上,图1的测试值是不真实的,其实产品没有问题,只是测试方法有问题而已,这其中主要存在以下四点错误:

第一个错误是使用了长的接地线。

第二个错误是将探头形成的环路和接地线均置于电源变压器和开关元件附近。

第三个错误是示波器探头和输出电容之间存在多余电感。


由于这些不注意,导致拾取了很多高频信号,变压器的磁场、开关的电场,以至于示波器抓出来的波形有高频杂讯掺杂在里面显示出来。


第四个错误是量程太大。


通过以上的分析,要想准确地测试纹波需要做到:

使用带宽限制来测量纹波,以防止拾取并非真正存在的高频杂讯,示波器带宽设置为20M即可。去掉探头“帽子”和地线夹,以防止长地线形成的天线效应。用近地线缠绕在探头和地之间。有些示波器供应商会提供配套的短地线,例如罗德与施瓦茨公司就有专门提供。可以考虑在信号与地之间并联一个0.1uf和一个10uf电容做去耦,电容的PIN脚的长短也会影响测试的值。


测量功率MOSFET的VDS、VGS电压

如上文所言,测量开关电源输出纹波的时候,通常要去除示波器探头的探头帽,直接将探头的信号尖端和地线接触输出端。同样的,在测量功率MOSFET的VDS、VGS电压的时候,也要去除示波器探头的探头帽,直接将探头的信号尖端和地线接触被测量位置的两端,减小地线的环路,从而减小空间耦合的干扰信号,如图3所示。

  

(a):去除探头帽  (b):不去除探头帽


图3 测量时探头帽设置


带宽参数在1GHz及以下的示波器通常表现为高斯响应,具有约从-3dB频率的1/3处开始缓慢滚降的特性。-3dB频率处幅值约为低频幅值70%(1.414/2),此频率点为示波器带宽fBW,对应的测量误差约为30%;0.3fBW的频率点处,对应测量误差约为10%。


示波器具有最小的上升时间,高斯频响的示波器,测量波形按幅值的10%到90%的标准,设定为上升时间tr,根据Howard W.Johnson原理,示波器上升时间小于测量信号上升时间的1/3时,测量结果的误差小于5%。为了准确测量上升沿的波形,所测量的上升时间和示波器的带宽满足以下条件:tr=0.35/fBW。


测量电源输出电压的纹波通常使用20MHz的带宽,以去除干扰信号和噪声,提高测量的精度。但是,测量MOSFET的VDS、VGS电压的时候,为了准备测量前沿振荡波形的上冲电压尖峰、后沿振荡波形的下冲电压尖峰,就必须使用全带宽来测量,才能保证测量结果的准确。

使用不同的方法和带宽测量的波形如下:

 

(a):去除探头帽,全带宽

 

(b):去除探头帽,20M带宽

 

(c):带探头帽,全带宽

 

(d):带探头帽,20M带宽

图4 不同设置测量的波形


从测量的结果可以看到,不同的条件下测量的结果相差较大,只有正确的设置,才能保证测量结果的准确性,减小测量的误差。

文章来源北京凡实测控技术有限公司   文章链接:http://www.beijingfanshi.com/YGXDSDCWXCSB


2018年11月21日

示波器基础--数字示波器的类型
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一个小的设定错误,竟让示波器的测试值相差数倍

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