示波器測(cè)電壓的方法有哪些?示波器(虛擬示波器)可以觀察到各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線,同時(shí)還能測(cè)量各種不同的電量,比如電壓、電流等等。示波器(數(shù)字示波器)的顯示電路包括示波管及其控制電路兩部分,我們上篇講到其中示波管是一種特殊的電子管,由電子槍、熒光屏和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)3部分組成,是示波器的重要組成部分(示波器的作用是什么_示波器簡單原理_示波器觸發(fā)方式)。利用示波器所作的任何測(cè)量都可以看做對(duì)電壓的測(cè)量,本篇講的是怎么用示波器來測(cè)電流、電壓和電源紋波。希望可以幫助到大家!
示波器怎么測(cè)電流對(duì)于直流電流或交流電流的測(cè)量,一般是用間接法進(jìn)行的。具體方法是:
1、首先將電流量變換為一成正比例的電壓量。
2、然后用示波器觀察,一般測(cè)試方法為:
在被測(cè)電路中串接一只精度高、阻值小的無感電阻,然后用示波器測(cè)量電壓的方法,測(cè)出該電阻兩端的電壓有效值,再計(jì)算出實(shí)測(cè)的電流值,其計(jì)算式為
I=U/R
式中 I-實(shí)測(cè)的電流值,A;
U-串接電阻兩端的電壓有效值,V;
R-串接的無感電阻的電阻值,Ω。
示波器測(cè)直流電壓
讀出此時(shí)熒光屏上的水平亮線與零電壓線之間的垂直距離y,將y乘以示波器的垂直靈敏度Sy即可得到被測(cè)電壓ux的大小,即ux=Sy&TImes;y。
含交流成分的直流電壓的測(cè)量
1、由于磁電式表頭的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)對(duì)電流有平均作用,不能反映純交流量,所以,含交流成分的直流電壓的一種常用測(cè)量方法就是用模擬式電壓表直流檔測(cè)量。
2、如果疊加在直流電壓上的交流成分具有周期性和幅度對(duì)稱性,可直接用模擬式電壓表測(cè)量其直流電壓的大小。
3、由交流信號(hào)轉(zhuǎn)換而得到的直流,如整流濾波后得到的直流平均值,以及非簡諧波的平均直流分量都可用模擬式電壓表測(cè)量。
4、不能用數(shù)字式萬用表測(cè)量含有交流成分的直流電壓,因?yàn)閿?shù)字式直流電壓表要求被測(cè)直流電壓穩(wěn)定,才能顯示數(shù)字,否則數(shù)字將跳變不停。
示波器測(cè)量電源紋波以20M示波器帶寬為限制標(biāo)準(zhǔn),電壓設(shè)為PK-PK(也有測(cè)有效值的),去除示波器控頭上的夾子與地線(因?yàn)檫@個(gè)本身的夾子與地線會(huì)形成環(huán)路,像一個(gè)天線接收雜訊,引入一些不必要的雜訊),使用接地環(huán)(不使用接地環(huán)也可以,不過要考慮其產(chǎn)生的誤差),在探頭上并聯(lián)一個(gè)10UF電解電容與一個(gè)0.1UF瓷片電容,用示波器的探針直接進(jìn)行測(cè)試;如果示波器探頭不是直接接觸輸出點(diǎn),應(yīng)該用雙絞線,或者50Ω同軸電纜方式測(cè)量。
開關(guān)電源輸出紋波主要來源于五個(gè)方面:輸入低頻紋波;高頻紋波;寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲;功率器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲;閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。
紋波是疊加在直流信號(hào)上的交流干擾信號(hào),是電源測(cè)試中的一個(gè)很重要的標(biāo)準(zhǔn)。尤其是作特殊用途的電源,如激光器電源,紋波則是其致命要害之一。所以,電源紋波的測(cè)試就顯得極為重要。
電源紋波的測(cè)量方法大致分為兩種:一種是電壓信號(hào)測(cè)量法;另一鐘是電流信號(hào)測(cè)量法。
一般對(duì)于恒壓源或紋波性能要求不大的恒流源,都可以用電壓信號(hào)測(cè)量法。而對(duì)于紋波性能要求高的恒流源則最好用電流信號(hào)測(cè)量法。
電壓信號(hào)測(cè)量紋波是指,用示波器測(cè)量疊加在直流電壓信號(hào)上的交流紋波電壓信號(hào)。對(duì)于恒壓源,測(cè)試可以直接用電壓探頭測(cè)量輸出到負(fù)載上的電壓信號(hào)。對(duì)于恒流源的測(cè)試,則一般是通過使用電壓探頭,測(cè)量采樣電阻兩端的電壓波形。整個(gè)測(cè)試過程中,示波器的設(shè)置是能否采樣到真實(shí)信號(hào)的關(guān)鍵。
所用的儀器是:配有電壓測(cè)量探頭的TDS1012B示波器。
測(cè)量之前需要進(jìn)行如下設(shè)置。
1、通道設(shè)置:
耦合:即通道耦合方式的選擇。紋波是疊加在直流信號(hào)上的交流信號(hào),所以,我們要測(cè)試紋波信號(hào)就可以去掉直流信號(hào),直接測(cè)量所疊加的交流信號(hào)就好。
寬帶限制:關(guān)
探頭:首先選用電壓探頭的方式。然后選擇探頭的衰減比例。必須與實(shí)際所用探頭的衰減比例保持一致,這樣從示波器所讀取數(shù)才是真實(shí)的數(shù)據(jù)。比如,所用電壓探頭放在&TImes;10檔,則此時(shí),這里的探頭的選項(xiàng)也必須設(shè)置為&TImes;10檔。
2、觸發(fā)設(shè)置:
類型:邊沿
信源:實(shí)際所選擇的通道,如,準(zhǔn)備用CH1通道進(jìn)行測(cè)試,則此處就應(yīng)該選擇為CH1。
斜率:上升。
觸發(fā)方式:如果是在實(shí)時(shí)地觀察紋波信號(hào),則選擇‘自動(dòng)’觸發(fā)。示波器會(huì)自動(dòng)跟隨實(shí)際所測(cè)信號(hào)的變化,并顯示。這個(gè)時(shí)候,你也可通過設(shè)置測(cè)量按鈕,實(shí)時(shí)地顯示你所需要的測(cè)量的數(shù)值。但是,如果你想要捕捉某次測(cè)量時(shí)的信號(hào)波形,則需要將觸發(fā)方式設(shè)置為‘正常’觸發(fā)。此時(shí),還需要設(shè)置觸發(fā)電平的大小。一般當(dāng)你知道你所測(cè)量的信號(hào)峰值時(shí),將觸發(fā)電平設(shè)置為所測(cè)信號(hào)峰值的1/3處。如果不知道,則觸發(fā)電平可以設(shè)置的稍微小一些。
耦合:直流或交流…,一般用交流耦合。
3、采樣長度(秒/格):
采樣長度的設(shè)置決定能否采樣到所需要的數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的采樣長度過大時(shí),就會(huì)漏掉實(shí)際信號(hào)中的高頻成分;當(dāng)所設(shè)置的采樣長度過小時(shí),就只能看到所測(cè)實(shí)際信號(hào)的局部,同樣無法得到真實(shí)的實(shí)際信號(hào)。所以,在實(shí)際測(cè)量時(shí),需來回旋轉(zhuǎn)按鈕,仔細(xì)觀察,直到所顯示波形是真實(shí)的完整的波形。
4、采樣方式:
可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。如,要求測(cè)量紋波的P-P值,則最好選擇峰值測(cè)量法。采樣次數(shù)也可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定,這與采樣頻率及采樣長度有關(guān)。
5、測(cè)量:
通過選擇對(duì)應(yīng)通道的峰值測(cè)量,示波器就可以幫你把所需要的數(shù)據(jù)及時(shí)顯示出來。同時(shí)也可以選擇對(duì)應(yīng)通道的頻率、最大值、均方根值等。
通過對(duì)示波器進(jìn)行合理設(shè)置和規(guī)范的操作,一定可以得到所需的紋波信號(hào)。但是,在測(cè)量過程中一定要注意防止其它信號(hào)對(duì)于示波器探頭自身的干擾,以免所測(cè)量的信號(hào)不夠真實(shí)。
通過電流信號(hào)測(cè)量法測(cè)量紋波值是指,測(cè)量疊加在直流電流信號(hào)上的交流紋波電流信號(hào)。對(duì)于紋波指標(biāo)要求比較高的恒流源,即要求紋波比較小的恒流源,采用電流信號(hào)直接測(cè)量法可以得到更加真實(shí)紋波信號(hào)。與電壓測(cè)量法不同的是,這里還用到了電流探頭。比如,繼續(xù)用上述的示波器,再加一個(gè)電流放大器和一個(gè)電流探頭。此時(shí),只需用電流探頭夾住輸出到負(fù)載的電流信號(hào),就可以進(jìn)行電流測(cè)量法來測(cè)量輸出電流的紋波信號(hào)了。與電壓測(cè)量法一樣,整個(gè)測(cè)試過程中,示波器及電流放大器的設(shè)置是能否采樣到真實(shí)信號(hào)的關(guān)鍵。
其實(shí),用這種方法測(cè)量時(shí),示波器的基本設(shè)置及用法與上述相同。不同的是,通道設(shè)置中探頭的設(shè)置有所不同。在這里,需要選則電流探頭的方式。然后,選擇探頭的比例,必須與放大器所設(shè)置的這個(gè)比例相同,這樣從示波器所讀取數(shù)才是真實(shí)的數(shù)據(jù)。比如,所用放大器的這個(gè)比例設(shè)置為5A/V,則此時(shí)示波器的這一項(xiàng)也需設(shè)置為5A/V。至于電流放大器的耦合方式,當(dāng)示波器的通道耦合已經(jīng)選擇為交流耦合時(shí),則這里選擇交流或直流都可以。
需要注意的是,用這種方法時(shí),需先打開示波器,然后再打開電流放大器。且記得在使用前對(duì)電流探頭先消磁。
另外,測(cè)量電源紋波本身有一定技巧性。不當(dāng)使用示波器測(cè)量電源紋波首先是使用了接地線很長的示波器探針;其二是讓由探針和接地線形成的回路靠近功率變壓器和開關(guān)元件;最后是允許在示波器探針和輸出電容之間形成額外的電感。其結(jié)果帶來的問題是在測(cè)得的紋波波形中攜帶了拾取的高頻成分。
在電源中有許多很容易耦合到探針中的高速的、大電壓和電流信號(hào)波形,其中包括來自功率變壓器的磁場(chǎng)耦合、來自開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電場(chǎng)耦合、以及由變壓器交繞(interwinding)電容產(chǎn)生的共模電流。
采用正確的測(cè)量技術(shù)可切實(shí)改善紋波測(cè)量的結(jié)果。首先,通常會(huì)規(guī)定紋波的帶寬上限,以避免拾取超出紋波帶寬上限的高頻噪聲,應(yīng)該給用于測(cè)量的示波器設(shè)定合適的帶寬上限。其次,可以通過摘掉探針的“帽子”來去掉接地長引線形成的天線。我們把一段短線繞在探針接地引線周圍,并使之與電源地相連接。這樣做附帶的好處是縮短暴露在電源附近高強(qiáng)度電磁輻射中的探針長度,從而進(jìn)一步減少高頻拾取。
最后,在隔離電源中,真正的共模電流是由在探針接地引線中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的,這就使得在電源地和示波器地之間產(chǎn)生電壓降,表現(xiàn)為紋波。要抑制這個(gè)紋波,需要在電源設(shè)計(jì)中仔細(xì)考慮共模濾波問題。
此外,把把示波器引線繞在鐵芯上可減小這個(gè)電流,因?yàn)檫@樣會(huì)形成一個(gè)不影響差分電壓測(cè)量、但可降低由共模電流產(chǎn)生的測(cè)量誤差的共模電感??梢钥吹?,高頻尖刺已幾乎消除。
事實(shí)上,當(dāng)電源集成到系統(tǒng)中之后,電源紋波性能甚至?xí)?。在電源和系統(tǒng)其它部分之間幾乎總會(huì)存在一定量的電感。電感可能是由導(dǎo)線或在印刷線路板上的蝕刻線形成的,而在芯片附近總會(huì)有作為電源負(fù)載的附加旁路電容,這兩者形成低通濾波效應(yīng)并進(jìn)