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随意使用交流耦合可能造成严重误差?示波器的交流耦合和直流偏移功能详解


  来源: 鼎阳硬件智库 时间:2022-07-11 编辑:清风
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直流偏移受电路设计约束偏移量有限,不像交流耦合那样能去除任何安全范围内任意大小的直流分量,对于超出偏移范围的直流分量无能为力。


图 8 直流偏移限制


另外要注意,直流偏移功能是用来抵消交流小信号上叠加的直流分量,而不是用来任意移动波形。示波器的波形显示范围即为该电压挡位下的动态范围,超出显示区域的波形将被电路限幅以保护更脆弱的元件,由于电路限幅的非理想特性,发生限幅后采集到的波形可能出现严重失真。


图 9 超出显示区域的波形可能导致限幅失真


如果希望观察交流大信号上的小细节,请使用缩放功能。


图 10 使用缩放功能观察信号细节


03 案例——电源瞬态响应测试中的假过冲


瞬态响应是电源测试中最常用的方法之一,它可以很直观地表现出电源的多项特性。通过使用电子负载产生方波或者脉冲波电流作为被测电源的负载,示波器观察电源的输出电压和电流波形,根据波形可以提取出电源特性。


图 11 瞬态响应测试示意图


一个典型的电源瞬态响应如下图所示。当负载电流突变时,因为电源环路带宽不够,电源还来不及响应负载变化,这时候电源输出电容储存的能量被负载吸走,电容电压降低导致输出电压跟着降低。随着时间推移,电源环路检测到输出电压跌落,环路开始自动调整输出电压,输出电容开始充能,输出电压回升。假设电源环路是稳定的,则这一阶段末期几乎不会产生过冲和振铃。当电源输出电压回升到一定程度以后将不再变化,输出电压达到稳态,由于电源的非理想特性,这个稳态电压往往随着负载电流变化。


图 12 典型电源瞬态响应


下图是使用示波器测量一个真实电源瞬态响应的情况。通道1为负载电流,通道2和通道3为输出电压,通道2使用交流耦合,通道3使用直流耦合。使用交流耦合观察输出电压时,输出电压上出现了明显的过冲,而使用直流耦合观察时并没有出现过冲。考虑到负载电流的频率为2.5 Hz,而输出电压的波形是与负载电流相似的类方波,所以交流耦合的波形是错误的。


图 13 电源瞬态响应


实际测量电源瞬态响应时,往往因为所使用的示波器直流偏移范围限制,只能使用交流耦合,导致对电源响应的误判。例如在这个案例中,如果使用交流耦合,就会把电源负载调整率的特性误判为电源环路稳定性问题,这是两个完全不相关的特性。


除了电源测试外,观测传感器信号也往往因为偏置电压的原因不得不使用交流耦合,也会导致观测的信号与实际信号有一定差异。


04  SDS6000 Pro/SDS2000X HD的优势


SDS6000 Pro与SDS2000X HD重新设计了通道的直流偏移电路,使较小挡位下的直流偏移范围大大提高,在5.1 mV/div到10 mV/div的挡位下,直流偏移范围可达±4 V,在10.2 mV/div到20 mV/div的挡位下,直流偏移范围达±8 V,足以应对大多数板级电源和传感器的测试,配合原生12 bit分辨率,可将被测波形尽可能低失真地展现出来。



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关键词:示波器 交流耦合 直流偏移功能    浏览量:11243

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