【導(dǎo)讀】示波器的領(lǐng)域不是大家看見的那么淺顯，要想即用好有用或示波器不是一件容易的事情！對(duì)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(shí)序，測(cè)試準(zhǔn)確數(shù)值，以幫助工程師分析，處理。一位工程師結(jié)合自己做電源工程師多年用示波器的經(jīng)驗(yàn)，為大家?guī)硎褂檬静ㄆ鞯倪^程中要注意一些細(xì)節(jié)，同時(shí)從實(shí)際出發(fā)教大家如何用好，用活示波器。
作者介紹：
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(duì)示波器進(jìn)行自校準(zhǔn)，對(duì)探頭進(jìn)行補(bǔ)償；測(cè)量電源紋波時(shí)要限制帶寬，去掉探頭“帽子”和地線夾；測(cè)量電源的原、副邊時(shí)不能同時(shí)使用無源探頭。文中關(guān)于電源紋波測(cè)量還談到在探頭前端并聯(lián)電容，但缺少對(duì)這種做法的合理性的解釋。值得注意的是，關(guān)于紋波測(cè)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(cè)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(duì)于我來說，走到今天，它的功勞是不可替代的。對(duì)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(shí)序，測(cè)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(cè)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。
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(duì)大家能有所幫助。如果寫的不好，請(qǐng)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(jiǎn)單，沒有那么多規(guī)范。看到他們對(duì)示波器的操作，不做測(cè)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(gè)操作不正確導(dǎo)致測(cè)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(huì)注意到一些細(xì)節(jié)。不少工程師對(duì)示波器的認(rèn)識(shí)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(shí)。
1 很多工程師直接拿起探頭就測(cè)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(huì)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(shí)以及同時(shí)顯示多個(gè)輸入通道的數(shù)據(jù)時(shí)，可能需要在垂直和水平方向上校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以使時(shí)基、幅度和位置同步。例如，發(fā)生明顯溫度變化(> 5°) 時(shí)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(shí)間。R&S示波器從 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&S示波器完成此過程需幾分鐘時(shí)間。有的示波器可能需要一個(gè)小時(shí)以上時(shí)間。整體通過/失敗結(jié)果會(huì)顯示在Overall alignment state（整體校準(zhǔn)狀態(tài)）字段中。每個(gè)輸入通道各個(gè)校準(zhǔn)步驟的結(jié)果會(huì)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(hào)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(dòng)設(shè)置）。如果使用探頭鉤式前端附件，請(qǐng)將信號(hào)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)
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2.檢查所顯示波形的形狀。可能會(huì)出現(xiàn)的情況如圖二。
圖二 補(bǔ)償過度，不足和正確補(bǔ)償后半部的波形形狀示意
過度和不足都需要調(diào)節(jié)探頭。以能更好的測(cè)試準(zhǔn)確值。
3.如果波形不正確，請(qǐng)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。
以上兩點(diǎn)看似簡(jiǎn)單，但往往是工程師忽略的。為了使測(cè)量更精確，請(qǐng)一定要注意檢驗(yàn)。這兩個(gè)校準(zhǔn)功能在任何示波器都應(yīng)該有。
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2 測(cè)試電壓紋波
很多電源工程師在紋波的測(cè)量的時(shí)候，也不會(huì)關(guān)注那么多，想當(dāng)然的測(cè)試。示波器的使用方法不同導(dǎo)致測(cè)試的結(jié)果差異很大。如下組圖四和組圖五，對(duì)于同一個(gè)產(chǎn)品同一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，由于測(cè)試方法的差異，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的差異很大。紋波對(duì)于電源來說是個(gè)重要參數(shù)，但是由于自己的操作問題而導(dǎo)致做測(cè)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(shí)候您的客戶由于對(duì)儀器的使用和注意不夠，導(dǎo)致測(cè)試的數(shù)據(jù)錯(cuò)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(cè)試方法很重要。注意這些細(xì)節(jié)，可以節(jié)省很多時(shí)間，讓自己的能力更上一層。
示波器測(cè)試的值本身就存在誤差的(這里我就暫時(shí)不講解了)。現(xiàn)在很多公司要求測(cè)試波形圖的值作為判定依據(jù)。其實(shí)示波器只是測(cè)試電壓隨著時(shí)間變化的過程，主要是調(diào)試中捕獲波形。具體測(cè)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(cè)試誤差最少。
下面是測(cè)試紋波的圖解和分析:
組圖四
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組圖五
組圖四組圖五組圖四的測(cè)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(cè)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(cè)試方法有問題而已。現(xiàn)在我們就來指出問題點(diǎn):
第一個(gè)錯(cuò)誤是使用了長的接地線。
第二個(gè)錯(cuò)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(gè)錯(cuò)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(hào)，變壓器的磁場(chǎng)，開關(guān)的電場(chǎng)，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(gè)錯(cuò)誤是量程太大。
準(zhǔn)確地測(cè)試紋波需要做到：
使用帶寬限制來測(cè)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(hào)與地之間并聯(lián)一個(gè)0.1uf和一個(gè)10uf電容做去耦。電容的PIN腳的長短也影響了測(cè)試的值。
3 由于很多工程師對(duì)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(jí)工程師在用多個(gè)探頭測(cè)量電源的時(shí)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(huì)問我，示波器不是直接把探頭接到要測(cè)試的元件之間嗎？我好像沒有接錯(cuò)啊，為什么會(huì)這樣啊？那是由于對(duì)示波器的通道和地的接法不了解。示波器的多個(gè)探頭在示波器內(nèi)部是共地。所以在同時(shí)測(cè)量電源的原邊和副邊的時(shí)候，如果用一根探頭接原邊的地，另一個(gè)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(cè)試原邊和副邊電壓的時(shí)候應(yīng)該一側(cè)用差分探頭，一側(cè)用普通探頭。 即使測(cè)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(huì)在示波器前面加一個(gè)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(huì)加大。建議不要這樣使用。
其實(shí)問題還不止是這些，如在動(dòng)態(tài)的應(yīng)用，探頭之間運(yùn)算的應(yīng)用，測(cè)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(shí)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(duì)測(cè)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(huì)很大。經(jīng)驗(yàn)是一步一步積累起來的。
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