示波器几乎是电子工程师必不可少的一个工具,但是并不是每一位工程师都能把它们使用好。本文主要给大家分享在使用示波器时常见的七个错误。可能与你平时见到的一致,也可能不一样,当然,这也是仁者见仁,智者见智。
在理想情况下,所有探头都应该是一条不会对被测设备产生任何干扰的导线,当连接到您的电路时,具有无穷大的输入电阻,而电容和电感为零。这样将会精确复制被测信号。但现实情况是,探头会给电路带来负载效应。探头上的电阻、电容和电感元件可能改变被测电路的响应。
每个电路都不尽相同,它们有自己的电气特性。因此,每次探测设备时,都需要考虑探头的特性并选择对测量影响最小的探头。考虑的范围包括从示波器输入端通过电缆到被测设备上特定连接点的完整连接,也包括用于连接到测试点的任何附件或附加导线和焊接。
了解在测试中可能遇到的错误,以及如何通过更好的操作改进测量。探头的电气特性会影响测量结果和电路的工作。采取措施确保这些影响在可接受的范围内,是成功测量的关键步骤。在使用示波器时,常见的错误有以下七种:
错误 1没有校准探头
探头在出厂的之后都进行过校准,但它们没有针对示波器前端进行校准。如果它们未在示波器输入端上进行校准,那么就无法得到正确的测量结果。
有源探头
如果有源探头没有针对示波器进行校准,在测试时将看到垂直电压测量结果和上升沿时序(以及可能的一些失真)出现差异。大多数示波器具有参考或辅助输出功能,还配有操作指南来引导工程师完成探头校准。
图 1:发生器输出和探测到的信号
图 1 显示了通道 1(黄色迹线)上的 SMA 电缆和适配器输入到示波器的 50 MHz 信号。绿色迹线是通过通道 2 上的有源探头输入到示波器的同一信号。请注意,通道1 上的发生器输出为 1.04 Vpp(伏特峰峰值),通道 2 上探测到的信号为 965 mV (毫伏)。另外,通道 1 与通道 2 的偏移高达 3 ms(毫秒),所以上升时间根本不能排成一行。
无源探头
可以调节探头的可变电容,使补偿与正在使用的示波器输入完美匹配。大多数示波器都有可以用于校准或参考的方波输出。探测这个连接,检查波形是否为方形。根据需要调整可变电容,以消除所有下冲或过冲。
图 2:经过幅度和偏移校准后
如果校准了这个探头,结果将大为改善。可以在图 2 中看到经过适当幅度和偏移校准后的结果。幅度现在改善为972 mVpp,偏移得到了纠正,两个上升时间保持一致。
错误 2 增加探头负载效应
只要将探头连接到示波器并将它与待测设备接触,探头就会成为电路的一部分。探头对待测设备施加的电阻、电容和电感负载效应会影响工程师在示波器屏幕上看到的信号。这些负载效应可能会改变被测电路的工作状态。了解这些负载效应,有助于工程师避免为特定的电路或系统选择错误探头。探头具有电阻、电容和电感特性,如图3 所示。
图 3:探头的基本电路
为了接触到周围环境过于狭小的探测点,可能需要想方设法添加长引线或电线。但是,为探头添加附件或探针会降低带宽、增加负载效应,进而导致频率响应不再平坦。
使用尽量短的引线来保持探头的带宽和精度。通常,探针的输入线或引线越长,带宽减小得就越大。较窄带宽的测量可能不会受到太大影响,但在进行较宽带宽的测量时,特别是在1 GHz 以上时,需要谨慎选择使用的探针和附件。随着探头带宽降低,您将失去测量快速上升时间的能力。图 4 演示了随着附件长度的增加,示波器显示的上升时间是如何变慢的。为了进行最准确的测量,最好使用尽量短的探针。