示波器基础知识一百个问答.docx
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1、想要加快你的电机控制设计?想要加快你的电机控制设计?安森美半导体,免费下载资源!文章文章示波器基础知识一百个问答示波器基础知识一百个问答作者: 上网时间:2007 年 10 月 24 日编者注:编者注: 本文件为电子工程专辑网站编辑部原创,电子工程专辑享有本文章完全著作权, 如需转载该文章,必须经过电子工程专辑网站编辑部同意。联系电子工程专辑 网站编辑部,请发信至 示波器基础知识百问示波器基础知识百问1 1 对一个已设计完成的产品,如何用示波器经行检测分析其可靠性?对一个已设计完成的产品,如何用示波器经行检测分析其可靠性? 答:答: 示波器早已成为检测电子线路最有效的工具之一,通过观察线路关
2、键节点 的电压电流波形可以直观地检查线路工作是否正常,验证设计是否恰当。这对 提高可靠性极有帮助。当然对波形的正确分析判断有赖于工程师自身的经验。 2 2 决定示波器探头价格的主要因素是什么?决定示波器探头价格的主要因素是什么? 答:答:示 波器的探头有非常多的种类,不同的性能,比如高压,差分,有源高速 探头等等,价格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是 带宽和功能。探 头是示波器接触电路的部分,好的探头可以提供测试需要的保 真度。为做到这一点,即使无源探头,内部也必须有非常多的无源器件补偿电 路(RC 网络)。 3 3 一般的示波器探头的使用寿命有多长时间?探头需不需要定期
3、的标定?一般的示波器探头的使用寿命有多长时间?探头需不需要定期的标定? 答:答:示波器的探头寿命不好说,取决于使用环境和方法。 标准对于探头没有明确的计量规定,但是对于无源探头,至少在更换探头,探 头交换通道的时候,必须进行探头补偿调整。所有有源探头在使用前应该有至 少 20 分钟的预热,有的有源探头和电流探头需要进行零点漂移调整。 4 4 什么是示波器的实时采样率?什么是示波器的实时采样率? 答:答:实时采样率是指示波器一次采集(一次触发)采样间隔的倒数。据了解,目 前业界的最高水平是四个通道同时使用。 5 5 什么是示波器的等效时间采样?什么是示波器的等效时间采样? 答:答:等效时间采样指
4、的是示波器把多次采集(多次触发)采集到的波形拼凑成一 个波形,每次采样速率可能很慢,两次采集触发点有一定的偏移,最后形成的 两个点间的最小采样间隔的倒数称为等效采样速率。其指标可以达到很高,如 1ps。 6 6 什么是功率因数?如何如何测量?什么是功率因数?如何如何测量? 答:答: 功率因数:在直流电路里,电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里, 电压乘电流是视在功率,而能起到作功的一部分功率(即有功功率)将小于视 在功率。有功 功率与视在功率之比叫做功率因数,以 COS 表示,其实最简单 的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差,得出的结果就是功率因数。 7 7 如何表达和测试功率密度?如何
5、表达和测试功率密度? 答:答:功率密度就是单位体积里的功率,一般电源里用 W/in3。 8 8有无办法利用示波器测出高频变压器或电感磁芯的工作情况?有无办法利用示波器测出高频变压器或电感磁芯的工作情况? 答:答:TEK 推出的功率测试方案里就有一项功能B-H 曲线的分析,它能反应磁 芯的工作状态,还能测出动态电感值,并得出磁芯损耗。 9 9 开关电源的噪声有多种如布线不合理引起的交叉干扰、电感漏磁、二极管开关电源的噪声有多种如布线不合理引起的交叉干扰、电感漏磁、二极管 反向尖峰反向尖峰.等引起噪声,如何用示波器鉴别?等引起噪声,如何用示波器鉴别? 答:答:TEK 的 TDS5000 示波器上有
6、频域分析、分析噪声的频率段就能分析出噪声 的种类,才好用相应的处理方法。示波器只能提供数据分析和波段形显示。 1010 用示波器怎样可以测试到开头电源的幅射?用示波器怎样可以测试到开头电源的幅射? 答:答: 开关电源存在幅射干扰,一般做法是设法探出干扰源,然后再去屏蔽它。 用示波器可以傅立叶变换的功能分析其频率成份构成,根据频率范围,从而判 断干扰的种类。 1111 在反激式电源设计过程当中,经常会因为变压器漏感大,而使变压器的转在反激式电源设计过程当中,经常会因为变压器漏感大,而使变压器的转 换效率降低,绕制时采用初级中间夹绕次级的方式仍然不大理想。变压器绕制换效率降低,绕制时采用初级中间夹
7、绕次级的方式仍然不大理想。变压器绕制 有什么技巧吗?有什么技巧吗? 答:答:将大功率的输出绕组绕在里面,尽量靠近原边,加强偶合。 1212 有没有能分析开关损耗的示波器?有没有能分析开关损耗的示波器? 答:答:泰克的电源测试系统即 TDS5000 系列数字荧光示波器加上 TDSPWR2 功率分 析软件就可以轻松的分析开关损耗以及每周期的功率损耗甚至包括 RDS ON。 1313 示波器能否进行傅立叶分解?示波器能否进行傅立叶分解? 答:答: 现代数字示波器大多具有 FFT 功能,其中上述系统甚至可以按 EN6100032 标准对电流谐波进行预测试。 1414 示波器能否进行滤波处理?如对示波器
8、能否进行滤波处理?如对 PWMPWM 波进行低通滤波?波进行低通滤波? 答:答:TDS5000 可以进行 20MHz,150MHz 低通滤波,还可以进行一种称之为高分 辨率采集的数字低通滤波,在此种模式中采样点的垂直分辨率可从 8bits 提高 到 12bits,上述系统可以输出像比如 PWM 这样的信号按照脉宽变化的趋势的类 似正弦波波形。 1515 使用数字示波器时,对使用数字示波器时,对 B B 触发和触发电平的设置与被测信号有什么原则?触发和触发电平的设置与被测信号有什么原则? 答:答:泰克的示波器支持 A,B trigger 功能,简单说就是可以双事件序列触发, 当选择 A-B se
9、q 时,A 事件作为主触发,配合 B 事件捕获复杂的波形。触发方 法为 A 事件 arm 触发系统,当定义的 B 事件出现时在 B 事件处触发。具体详细 的触发说明,请参考示波器的手册。 1616 如何用如何用 TDS3052BTDS3052B 测量载波频率为几十测量载波频率为几十 K K,调制波频率为电源频率的已调,调制波频率为电源频率的已调 波的最大值?波的最大值? 答:答:工 频输入可能为低频的 50Hz/60Hz,同时载波为几十 K,一个工频周期为 20ms 左右,如果示波器需要观测 20ms 信号,即示波器的 duration 采 集窗口 至少为 2ms/div 10 格,同时根据几
10、十 k 的载波信号,确定示波器的采样率。 最后可以估算出需要的采集内存长度,判断是否能够满足测试要求。 1717 使用一台标称使用一台标称 100MHz100MHz 的的 DSODSO 示波器,测量一个高频开关幅值示波器,测量一个高频开关幅值 400V400V,f=50Mf=50M,示波器如何描绘出它的波形和上升时间?,示波器如何描绘出它的波形和上升时间? 答:答: 示波器的带宽是以正弦波幅度衰减3dB 点为带宽定义的。 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。 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,
11、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。 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最重要的 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。 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
12、测音频放大器的小信号,电源的杂 波等? 答:要注意的问题有: 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。 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。 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
13、 的带宽。 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。 1919 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 659K659K 另另 一个是一个是 1.977K1.977K)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)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?片引起的,如何使用示波器测量这样的噪声信号? 答:答:示波器可以测试噪声信号有几个考虑的因素: 被测信号的幅度,是否为小信号, 示波器配合探头
14、可以测试 uA?级的信号。 被测信号的频率。 探头的连接方式不当会产生噪声,影响测试结果。 2020 在用泰克的示波器时,如何理解在用泰克的示波器时,如何理解 HoldoffHoldoff 这个参数?这个参数? 答:答:Holdoff(触发释抑)的含义是暂时将示波器的触发电路封闭一段时间(即 释抑时间),在这段时间内,即使有满足触发条件的信号波形点示波器也不会 触发。在数字示波器中也会用百分比来表示,意义是整个记录长度或者整个屏 幕的百分比。 示 波器的触发部分的作用就是稳定的显示波形,触发释抑也是为了稳定显示波 形而设置的功能。主要针对大周期重复而在大周期内有很多满足触发条件的不 重复的波形
15、 点而专门设置的。比如图中所示,图中红色的点都可以满足触发条 件,如果不用释抑功能,触发点将不固定,造成显示不稳定,使用触发释抑后, 每次都在同一个点 触发,因此可以稳定显示。此外,对于调幅信号等也一样要使用触发释抑。详情请参见泰克文章示波器 XYZ。 2121 关于关于 holdoffholdoff,所谓触发与非触发,示波器对采集信号的处理有什么区别?,所谓触发与非触发,示波器对采集信号的处理有什么区别?答:答:对于数字示 波器,不论是否触发,示波器实际上都是在不断地采集波形, 但是如果只有稳定的触发才能有稳定的显示。也会出现这种状况,示波器触发 电路的模式出于“自动” 模式,即不论是否满足
16、触发条件都进行波形显示。如 果使用“通常”Normal 模式,不满足触发条件就不会显示波形。 2222 关于关于 holdoffholdoff,如果在水平时间分辨率不变的前提下,是否百分比设置越,如果在水平时间分辨率不变的前提下,是否百分比设置越 大(对应信号显示逐渐稳定)那么就意味着信号的周期越长?大(对应信号显示逐渐稳定)那么就意味着信号的周期越长? 答:答:是的,百分比越大,释抑时间越长。 2323 如何使用示波器测量差分信号?如何使用示波器测量差分信号? 答:答:最 好的方法是选用差分探头,这时测到的信号最为真实客观;若没有差分 探头,可使用两个差分探头接到示波器的两个通道上(如 Ch
17、1, Ch2),然后用数 学 运算,得到 ch1-ch2 的波形并进行分析,这时尽量保持两根探头完全一样, 示波器两个通道的 Vertical scale ( 每格多少伏)设置一样,否则,误差会较 大。 2424 怎样用示波器测量出怎样用示波器测量出 USBUSB 总线上的差分信号?总线上的差分信号? 答:答:USB 信号的测试分为 2 种情况:第一种是需要进行符合 USB 组织定义 USB1.1/2.0 总线的物理层测试规范,只有 通过 USB 一致性测试后方可打上 USB 标识。USB 物理层一致性测试分为很多个 测试项目,主要是考察 USB 信号的信号质量如何,象Signal Quali
18、ty Test Droop 总 的来讲,示波器测量幅值,包括均方 根值的精度往往不如万用表,同样,测量频率,它不如频率计数器。 6161 如何捕捉并重现稍纵即失的瞬时信号?如何捕捉并重现稍纵即失的瞬时信号? 答:答:将 示波器设置成单次采集方式(触发模式设置成 Normal ,触发条件设置成 边沿触发,并将触发电平调到适当值,然后将扫描方式设置成单次方式),如果 使用的是安捷伦 5462xA/D,546?xA /D,5483xB/D,5485xA,这些仪器都支持 MegaZoom 功能,就是说,可在观察信号全局的同时,对局部细节进行放大观察, 或者通过移动屏 幕的方式,或者通过双时基显示功能来
19、完成。注意示波器的存 储深度将决定所能采集信号的时间,和能用到的最大采样速率。 6262 安捷伦的哪种示波器能够测试频率为安捷伦的哪种示波器能够测试频率为 500M500M 的载波信号?的载波信号? 答:答:如 果仅测载波信号本身,通常载波信号为正弦波,推荐使用 1.5GHz 示波 器(安捷伦 54845B),使用 BNC 电缆连接被测对象,可得到94.6%的上升 时间测 量精度。若必须使用探头,推荐使用 1157A 有源探头(2.5GHz 带宽)。如果使用 500MHz 带宽的示波器,即使使用 BNC 电缆,最好情况下得到的幅度测量误差是 29.3%,上升时间测量精度是 58.6%。 636
20、3 示波器标称为示波器标称为 60MHZ60MHZ,是否可以理解为它最大可以测到,是否可以理解为它最大可以测到 60MHZ60MHZ? 答:答:60MHz 带宽示波器,并不意味着可以很好地测量 60MHz 的信号,根据示波 器带宽的定义,如果输入峰峰值为 1V 的 60MHz 的正弦波到 60MHz 带宽的示波器 上,从示波器上将看到 0.707V 的信号(30%幅值测量误差)。 6?6? 用标称为用标称为 60MHZ60MHZ 的示波器测的示波器测 4.1943MHZ4.1943MHZ 的方波时测不到,为什么?的方波时测不到,为什么? 答:答:如果要测试的是方波,选择示波器的参考标准是信号的
21、上升时间,若示波 器带宽0.35/信号上升时间* 3,则上升时间测量误差为 5.4%左右。 示 波器的探头带宽也很重要,如果使用的示波器探头包括其前端附件构成的系 统带宽很低,将会使示波器带宽大大下降。如若您使用 20MHz 带宽的探头,则 能实现 的最大带宽是 20MHz。如果在探头前端使用连接导线,会进一步降低探 头性能(但对4MHz 方波,不应有太大影响,因为速度不是很快) 。另 外,查看一下示波器使用手册,有的厂家新推出的示波器,在 1:1 设置下, 其实际带宽将锐减到=6MHz,对于4MHz 的方波,其三次谐波是 12MHz,其五次 谐波是 20MHz,若带宽降到 6MHz,对信号幅
22、值衰减很大,即使能看到信号,也绝 对不是方波,而是幅值被衰减了的正弦波。当然,测不 出信号的原因可能有多 种,如探头接触不好,但该现象很容易被排除。建议可以用 BNC 电缆连接一函 数发生器,检验该示波器本身有没有问题,探头有没有问题, 如有问题,可和 厂家直接联系。 6565 怎样测量时钟的稳定度?怎样测量时钟的稳定度? 答:答:假设使用的是 5483xB/D、548xxA 、5484xB 或 5485xA ,可以用其标准配 置的直方图方式测量,其时钟边沿或幅值的抖动情况,具体可参见安捷伦的应用文章:“Jitter Analysis Techniques Using an Agilent I
23、nfiniium Oscilloscope”(P/N:59886109EN),可测量其最坏情况下的抖动情况。对于 5485xA,若您希望更加强大的抖动分析功能,其 配有专门的抖动分析软件,提 供功能十分强大的抖动分析,具体可参见 5485x 示波器的 Datasheet,更详细 的信息,可致电安捷伦。 6666 使用安捷伦示波器精确测量使用安捷伦示波器精确测量 PLLPLL 中周期抖动有什么方法和技巧?中周期抖动有什么方法和技巧? 答:答:如 果用的是 5483xB/D、548xxA 、5484xB 和 5485xA , 可以用其标准配置 的直方图方式测量,其时钟边沿或幅值的抖动情况,具体可参
24、见安捷伦的应用 文章“Jitter Analysis Techniques Using an Agilent Infiniium Oscilloscope”(P/N:59886109EN),可测量其最坏情况下的抖动情况。对于 5485xA,如果希望更加强大的抖动分析功能,其 配有专门的抖动分析软件,提 供功能十分强大的抖动分析,具体可参见 http:/ 5485x 示波器的 Datasheet,更详细的信息,可致电安捷伦。提醒在使用示波器 时,要注意其本身的抖动相关指标是否满足测试需求,如示波器本身的 触发抖 动指标等,同时要注意使用不同的探头和探头连接附件时,若不能保证示波器 的系统带宽,测
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