示波器标准信号怎么测试 测试专家教你如何用好示波器( 二 )


当实际信号的上升时间大于示波器上升时间的3倍时,测量的精确度可达到5%,该精度是大多数研发人员折中的最佳选择 。
对开关电源而言,普通的开关管一般是kHz级别的开关频率,上升时间一般都在100ns左右 。即使开关管在30ns,1/3的上升时间是10ns,100MHz的示波器也能满足要求,但新的一代 Cool Mos的上升时间是11ns ,下降时间是3ns ,这时至少需要350MHz带宽的示波器 。
采样率保证高的采样,可以准确捕获一些尖峰 。必须注意,超过带宽5 倍以上的采样率可保证具有良好测量精度的采样,并且测试脉冲波需在上升沿采样3~5个点 。高采样率减少了测试波形的失真 。
长存储深度可以保证在长时基下信号的保真度 。在存储深度一定的情况下,存储速度越快,存储时间就越短 。提高示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率:测量较长时间的波形时,由于存储深度是固定的,所以只能通过降低采样率来达到,但这样势必造成波形质量的下降 。如果增大存储深度,则可以以更高的采样率来测量,以获取不失真的波形 。
示波器第一关系式如下:
存储深度 = 采样率 × 采样时间
探头的选择取决于测试的类型以及相应的范围 。探头对测试系统会带来下面一些影响:

  • 探头的带宽对测量系统带宽的影响:滤波效应
  • 探头自身的电路对被测电路特性的影响:负载效应/谐振效应
  • 探头高、低频电容的补偿效应
  • 探头地线的长短,地线的位置、形状,探头摆放位置等引起的辐射耦合:天线效应
  • 有源探头本身的噪声影响:信噪比问题
  • 探头的衰减比引起的噪声同步放大:量化误差问题
  • 探头的衰减比随工作年限而变化:电阻值的漂移问题
  • 探头的接地环境引起的传导耦合:接地是一个永恒的话题
  • 浮地测量的是与非:接地是一个永恒的话题
  • 探头和探头之间地环路的干扰问题:接地是一个永恒的话题
波特图实测案例
在电源设计中稳定性是一项非常重要的指标,稳压电源本质上是一个能输出非常大电流的反馈放大器,所以适用于反馈放大器的理论同样适用于稳压电源(以下简称电源) 。根据反馈理论,一个反馈系统的稳定性可以通过其系统传递函数得出 。工程实践中通常会使用环路增益的波特图来判断系统的稳定性 。
邓立彬先生以鼎阳示波器和信号源免费的Bode Plot软件为例,解释了如何测量波特图 。
这是一个典型的反馈系统,系统的闭环传递函数A是输入x和输出y的数学关系表达式,环路增益T则是信号经过环路一周所得到的增益 。
我们可以画出系统环路增益的波特图来评估系统的稳定性,表达系统稳定性常用的增益裕度和相位裕度指标一般就是从这里得出的 。相位裕度指的是在增益降为1(或者0dB)的时候,相位距离-180°还有多少;增益裕度则是相位到达-180°的时候,增益比1(或者0dB)少了多少 。
在测量增益的时候断开环路行不行呢?现实中反馈环路往往起到了稳定电路静态工作点的作用,所以我们不能简单的把环路断开去测环路增益 。反馈环断开后,电路因为输入失调等原因,输出会直接饱和,这种情况下无法进行任何有意义的测量 。
为了维持闭环,我们在注入点的位置插入一个很小的电阻而不是将环路在注入点断开,注入信号通过该注入电阻注入到环路中去 。这个注入电阻的取值要足够小,通常远
远小于反馈网络的等效阻抗,才能保证注入电阻对反馈环路的影响忽略不计 。
原则上信号的注入不能影响环路的静态工作点,为了解决现实电路中信号源和被测件共地的问题,往往需要使用注入变压器 。注入信号从注入电阻的一端注入到环路中,经过反馈网络、误差放大器和功率晶体管到达输出,也就是注入电阻的另一端 。这样输出信号y和注入信号i的数学关系就是我们要求的环路增益 。


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