今天呢,跟大家講一下示波器,我自己雖然在示波器方面不是研究的那么精通,但是也看過不少關(guān)于示波器的文章,實踐中碰到不少問題,解決了不少問題,一路過來還是有點經(jīng)驗可以和大家分享的,希望對大家能有所幫助,如果寫的不好,請大家見諒。
示波器的觸發(fā)就是使得示波器的掃描與被觀測信號同步,從而顯示穩(wěn)定的波形,為滿足不同的觀測需要,需要不同的觸發(fā)模式。
第一種是自動模式(AUTO),在這種模式下,當觸發(fā)沒有發(fā)生時,示波器的掃描系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)定的掃描速率自動進行掃描。
而當有觸發(fā)發(fā)生時,掃描系統(tǒng)會盡量按信號的頻率進行掃描,所以在這種模式下不論觸發(fā)條件是否滿足,示波器都會產(chǎn)生掃描,都可以在屏幕上可以看到有變化的掃描線,這是這種模式的特點。
第二種是正常模式/常規(guī)模式(NORM),這種模式與自動模式不同,在這種模式下示波器只有當觸發(fā)條件滿足了才進行掃描,如果沒有觸發(fā),就不進行掃描。
因此在這種模式下如果沒有觸發(fā)的話,對于模擬示波器會看不到掃描線,屏幕上什么都沒有,對于數(shù)字示波器會看不到波形更新,不了解這一點常常會以為是信號沒連上或什么其他故障。
第三種是單次模式(SINGLE),這種模式與正常模式有點類似,就是只有當觸發(fā)條件滿足時才產(chǎn)生掃描,否則不掃描。
而不同之處在于,這種掃描一但產(chǎn)生并完成后,示波器的掃描系統(tǒng)即進入一種休止狀態(tài),即使后面再有滿足觸發(fā)條件的信號出現(xiàn)也不再進行掃描,也就是觸發(fā)一次只掃描一次,即單次,必須通過手工的方法將掃描系統(tǒng)重啟,才能產(chǎn)生下一次觸發(fā)。
顯然,對于普通模擬示波器而言在這種模式下您經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)什么也看不到,因為波形一閃而過,示波器不能將其保留,在多數(shù)場合這種模式?jīng)]有什么用。
以上三種觸發(fā)模式是絕大多數(shù)示波器都會提供。
在實際使用中,不同觸發(fā)模式的選擇要依據(jù)被觀測信號特性和要觀測的內(nèi)容作出判斷,并沒有什么固定的規(guī)則,而往往是一個交互的過程,即通過選擇不同的觸發(fā)模式了解信號的特性,又根據(jù)信號的特性和想要觀測的內(nèi)容選擇有效的觸發(fā)模式。
在這個過程中最重要的是要理解不同觸發(fā)模式的工作機制,了解被觀測信號的特點以及明確所要觀測的內(nèi)容。
一般來說,在對信號的特點不是很了解的時候,應(yīng)該選擇自動模式,因為這時不管信號是什么樣示波器都會掃描,您至少能在屏幕上看到一些東西,那怕僅僅是掃描線也好,而不會什么都沒有。
有掃描線后可以通過調(diào)節(jié)垂直增益、垂直位置、時基速率等參數(shù)“找到”波形,然后通過選擇觸發(fā)源、觸發(fā)邊沿、觸發(fā)電平等穩(wěn)定波形。
對于模擬示波器來說,只要信號是周期性的,其頻率在適合相應(yīng)示波器觀測的范圍內(nèi)并且不太復(fù)雜的話,通過這樣的步驟一般能達到對信號的大體了解,然后根據(jù)需要可作進一步的觀測。
對于正常模式,許多朋友可能會覺得與自動模式在觀測效果上沒有什么區(qū)別,常常有這樣的情況,將觸發(fā)模式在自動與正常之間切換,屏幕波形并沒有什么變化,不過這種情形往往只發(fā)生在被觀測信號是一些比較簡單的周期性信號的情況下。
正常模式的作用在于觀測波形的細節(jié),特別是對于比較復(fù)雜的信號,例如視頻同步信號,為什么這樣說呢?
這是因為為了觀測細節(jié),我們必須將時基掃描速率調(diào)高,以便將波形展開。
而當我們這樣做的時候,就會使得被觀測信號的頻率相對于示波器掃描速率而言變低,也就是說,在兩次觸發(fā)之間示波器可能會作很多次掃描。
在這種情形下,如果這時我們選擇的是自動模式,則示波器會實際進行所有這些掃描,其結(jié)果是使這些掃描(它們不是由觸發(fā)產(chǎn)生)所對應(yīng)的波形與觸發(fā)掃描所對應(yīng)的波形一起顯示,造成顯示波形的混疊,因而不能清晰地顯示我們想看的波形。
而如果我們選擇的是正常模式,則這些在觸發(fā)之間的掃描示波器實際不會進行,只進行那些因觸發(fā)而產(chǎn)生的掃描,因而只顯示我們想看到的與觸發(fā)相聯(lián)系的波形,從而使波形會比較清晰,這就是正常觸發(fā)模式的功用。
下圖1a是這種情況的圖解,在圖1a中,左側(cè)上方是被觀測的波形,下方是掃描波形,右側(cè)是波形的顯示。
圖1a中掃描速率較低,不便于觀察波形的細節(jié);圖1b將掃描速率提高,采用自動觸發(fā)模式,這時顯示的波形是不清晰的,有混疊現(xiàn)象;圖1c中的掃描速率與圖1b相同,但采用正常觸發(fā)方式,僅在有觸發(fā)時才進行掃描,因而顯示清晰的波形。
以上我簡述了示波器的基本觸發(fā)模式以及它們在實際使用中的考慮,以期對初學(xué)者掌握示波器有幫助。
除了本文所討論的內(nèi)容外,示波器的其他參數(shù)的調(diào)節(jié)也非常重要,使用者一方面要對各種參數(shù)調(diào)節(jié)的含義有清晰的理解,另一方面也要了解被觀測信號的特性和明確所要觀察目標,才能真正有效使用示波器達到測量測試的目的。
本人從事電子行業(yè)有5-6年了,示波器就相當于我的左右手,沒有它就感覺什么都做不了,有它的存在,能讓我能很順利完成很多項目設(shè)計和問題分析,對于我來說,走到今天,它的功勞是不可替代的。
對于電源工程師來說,一旦有產(chǎn)品有問題就需要抓波形,抓時序,測試準確數(shù)值,以幫助工程師分析、處理。
以事實說話,看波形說話,如何使測試的數(shù)據(jù)準確和可靠是非常重要,準確的數(shù)字能夠幫助我們,而失真的波形和數(shù)值只能誤導(dǎo)我們,讓我們背道而馳,讓我們失去方向,多做很多無用功。
我常??吹胶芏嘈」居玫氖静ㄆ鬟^于低端,帶寬低,采樣率底,認為能抓到波形就行,認為沒有必要買那么好的示波器,并且認為示波器操作簡單,沒有那么多規(guī)范。
看到他們對示波器的操作,不做測試之前的準備,拿起來就用,其實那樣做是不正確的,可能往往就是這個操作不正確導(dǎo)致測試結(jié)果失真,影響分析。
即使一些很資深的工程師可能也不會注意到一些細節(jié),不少工程師對示波器的認識度欠缺,如何更好的使用示波器還是有待提高的。
下面就以我見到的很多工程師常犯的問題予以糾正,分享一下我掌握的一些知識。
很多工程師直接拿起探頭就測試,根本不去檢查探頭是否需要補償,示波器是否需要校驗。
只有在一些大公司或經(jīng)過培訓(xùn)的工程師才會在使用前做準備工作。
示波器使用前需要自校準和需要探頭補償調(diào)節(jié),執(zhí)行這種調(diào)節(jié)是使探頭匹配輸入通道。
首次操作儀器時以及同時顯示多個輸入通道的數(shù)據(jù)時,可能需要在垂直和水平方向上校準數(shù)據(jù),以使時基、幅度和位置同步,例如,發(fā)生明顯溫度變化(> 5°)時就需要進行校準。
1:將示波器探頭連接到通道,按前面板上的PRESET(預(yù)設(shè))按鍵(左側(cè)面板設(shè)置區(qū)域中);將探頭信號端和參考地連接到示波器面板上的參考輸出,然后按 Autoset(自動設(shè)置);如果使用探頭鉤式前端附件,請將信號針前端牢固連接在探頭上,確保正確連接。如組圖一所示:
2:檢查所顯示波形的形狀,可能會出現(xiàn)的情況如圖二。
過度和不足都需要調(diào)節(jié)探頭,以能更好的測試準確值。
3:如果波形不正確,請調(diào)整探頭,如下圖三所示,直至波形為上面的補償正確波形。
以上幾點看似簡單,但往往是工程師忽略的,為了使測量更精確,請一定要注意檢驗,這兩個校準功能在任何示波器都應(yīng)該有。
很多電源工程師在紋波的測量的時候,也不會關(guān)注那么多,想當然的測試,示波器的使用方法不同導(dǎo)致測試的結(jié)果差異很大。
如下組圖四和組圖五,對于同一個產(chǎn)品同一個測試點,由于測試方法的差異,導(dǎo)致測試結(jié)果的差異很大。
紋波對于電源來說是個重要參數(shù),但是由于自己的操作問題而導(dǎo)致做測試不通過,又浪費大量的人力和成本去整改是很不值得的。
有時候您的客戶由于對儀器的使用和注意不夠,導(dǎo)致測試的數(shù)據(jù)錯誤,但是自己這邊產(chǎn)品又是沒有問題的,弄的怎么說也說不通,以至于客戶還以為是在欺騙他們,所以測試方法很重要。
注意這些細節(jié),可以節(jié)省很多時間,讓自己的能力更上一層。
示波器測試的值本身就存在誤差的(這里我就暫時不講解了),現(xiàn)在很多公司要求測試波形圖的值作為判定依據(jù)。
其實示波器只是測試電壓隨著時間變化的過程,主要是調(diào)試中捕獲波形,具體測量直流電壓有效值額度準確度還不如數(shù)字萬用表的值。
示波器的直流精度的指標標定也是以萬用表做參考的,但是越來越多公司和工程師以示波器的值當作真實值,那么我們就只能盡力做倒是測試誤差最少。
組圖四的測試紋波的結(jié)果值3.9921V比圖五0.126V大很多,但是組圖四的測試值是不真實的。
問題分析:其實產(chǎn)品沒有問題,只是測試方法有問題而已,現(xiàn)在我們就來指出問題點:
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第二個錯誤是將探頭形成的環(huán)路和接地線均置于電源變壓器和開關(guān)元件附近;
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第三個錯誤是示波器探頭和輸出電容之間存在多余電感;
第四個錯誤是量程太大。
由于這些不注意,導(dǎo)致拾取了很多高頻信號,變壓器的磁場,開關(guān)的電場,以至于示波器抓出來的波形有高頻雜訊摻雜在里面顯示出來。
使用帶寬限制來測量紋波,以防止拾取并非真正存在的高頻雜訊。
示波器帶寬設(shè)置為20M即可,去掉探頭"帽子"和地線夾,以防止長地線形成的天線效應(yīng),用近地線纏繞在探頭和地之間。
羅德與施瓦茨公司有專門提供配套的短地線,可以考慮在信號與地之間并聯(lián)一個0.1uf和一個10uf電容做去耦,電容的PIN腳的長短也影響了測試的值。
最后,大家損壞示波器有出現(xiàn)過文中的誤操作嗎?
如何用好示波器?資深工程師也會忽略這些細節(jié)……
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