電源工程師如何用好用活示波器

 本文作者是一位長期在一線使用示波器的有經(jīng)驗(yàn)的電源工程師。以此身份，他提出在使用示波器的過程中要注意一些細(xì)節(jié)，包括：在使用前對示波器進(jìn)行自校準(zhǔn)，對探頭進(jìn)行補(bǔ)償;測量電源紋波時要限制帶寬，去掉探頭“帽子”和地線夾;測量電源的原、副邊時不能同時使用無源探頭。文中關(guān)于電源紋波測量還談到在探頭前端并聯(lián)電容，但缺少對這種做法的合理性的解釋。值得注意的是，關(guān)于紋波測量，文中并沒有強(qiáng)調(diào)更小地減少量程，但示波器量程要盡可能地小，這應(yīng)是測量電源紋波的首要原則。

本人從事電源行業(yè)有5-6年了，示波器就相當(dāng)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(xiàng)目設(shè)計(jì)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(zhǔn)確數(shù)值，以幫助工程師分析，處理。以事實(shí)說話，看波形說話。如何使測試的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和可靠是非常重要。準(zhǔn)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。

細(xì)細(xì)想想，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(shí)踐中碰到不少問題，解決了不少問題，一路過來還是有點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)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。

我常常看到很多小公司用的示波器過于低端，帶寬低，采樣率底，認(rèn)為能抓到波形就行，認(rèn)為沒有必要買那么好的示波器，并且認(rèn)為示波器操作簡單，沒有那么多規(guī)范?？吹剿麄儗κ静ㄆ鞯牟僮鳎蛔鰷y試之前的準(zhǔn)備，拿起來就用，其實(shí)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(xì)節(jié)。不少工程師對示波器的認(rèn)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。

1.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(bǔ)償，示波器是否需要校驗(yàn)。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(zhǔn)備工作

示波器使用前需要自校準(zhǔn)和需要探頭補(bǔ)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(zhǔn)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(jìn)行校準(zhǔn)。

1.從通道輸入連接器上斷開任何探頭或電纜。確保儀器運(yùn)行并預(yù)熱一段時間。R File(文件)菜單中，選擇Selfalignment(自校準(zhǔn))。

2.在Control(控制)選項(xiàng)卡上，點(diǎn)擊Start Alignment(開始校準(zhǔn))。

3.R alignment state(整體校準(zhǔn)狀態(tài))字段中。每個輸入通道各個校準(zhǔn)步驟的結(jié)果會顯示在Results(結(jié)果)選項(xiàng)卡中。

探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)的操作步驟如下： 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：

組圖一 探頭補(bǔ)償調(diào)節(jié)

2.檢查所顯示波形的形狀。可能會出現(xiàn)的情況如圖二。

圖二 補(bǔ)償過度，不足和正確補(bǔ)償

過度和不足都需要調(diào)節(jié)探頭。以能更好的測試準(zhǔn)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(bǔ)償正確波形。

圖三 補(bǔ)償探頭方法

以上兩點(diǎn)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(yàn)。這兩個校準(zhǔn)功能在任何示波器都應(yīng)該有。

2測試電壓紋波

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(dāng)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(diǎn)，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(fèi)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(xì)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(shí)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(zhǔn)確度還不如數(shù)字萬用表的值。示波器的直流精度的指標(biāo)標(biāo)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(dāng)作真實(shí)值，那么我們就只能盡力作到是測試誤差最少。

下面是測試紋波的圖解和分析：

組圖四組圖五

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(shí)的。問題分析：其實(shí)產(chǎn)品沒有問題。只是測試方法有問題而已?，F(xiàn)在我們就來指出問題點(diǎn)：

第一個錯誤是使用了長的接地線。

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。

第三個錯誤是示波器探頭和輸出電容之間存在多余電感。

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。

第四個錯誤是量程太大。

準(zhǔn)確地測試紋波需要做到：

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?？梢钥紤]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。

3由于很多工程師對示波器的不了解，導(dǎo)致誤操作，損壞示波器或電源之后還搞不清楚為什么

很多初級工程師在用多個探頭測量電源的時候，剛一開機(jī)，電源產(chǎn)品就“炸機(jī)”，甚至損害示波器。他們會問我，示波器不是直接把探頭接到要測試的元件之間嗎?我好像沒有接錯啊，為什么會這樣啊?那是由于對示波器的通道和地的接法不了解。示波器的多個探頭在示波器內(nèi)部是共地。所以在同時測量電源的原邊和副邊的時候，如果用一根探頭接原邊的地，另一個探頭接副邊的地，由于示波器的內(nèi)部通道的地連接在一起，相當(dāng)于把電源的原邊和副邊的地短路在一起了，然而原邊和副邊地之間是有電壓差的，那么短路后的大電流容易燒壞產(chǎn)品和探頭，甚至也可能損壞示波器。在測試原邊和副邊電壓的時候應(yīng)該一側(cè)用差分探頭，一側(cè)用普通探頭。即使測試同一側(cè)線路，探頭的地線也要是共參考點(diǎn)。示波器的地又是通過電源地連接的。很多公司基本上都會在示波器前面加一個隔離變壓器，這種方法挺好。有些公司直接剪斷電源三相地的PIN腳，那樣沒有接地，用手摸示波器機(jī)殼，漏電流會加大。建議不要這樣使用。

其實(shí)問題還不止是這些，如在動態(tài)的應(yīng)用，探頭之間運(yùn)算的應(yīng)用，測試電壓值注意的事項(xiàng)等。大家都知道示波器的功能很強(qiáng)大，幾乎沒有不使用示波器的電子工程師，所以自己在使用示波器的時候一定要多想想，多試驗(yàn)，多了解示波器的功能，內(nèi)部選項(xiàng)鍵之間的差別，了解不同示波器參數(shù)對測量的影響，那樣就能更好的幫助我們。不要只是為了完成任務(wù)，隨意為之。認(rèn)真做起，細(xì)心觀察，這樣我們的進(jìn)步才會很大。經(jīng)驗(yàn)是一步一步積累起來的。