大牛工程師教你如何玩轉示波器!

大牛工程師教你如何玩轉示波器！

佚名 發表於 2014-12-25 09:36:38

　　本文作者是一位長期在一線使用示波器的有經驗的電源工程師。以此身份，他提出在使用示波器的過程中要注意一些細節，包括：在使用前對示波器進行自校準，對探頭進行補償；測量電源紋波時要限制帶寬，去掉探頭「帽子」和地線夾；測量電源的原、副邊時不能同時使用無源探頭。文中關於電源紋波測量還談到在探頭前端並聯電容，但缺少對這種做法的合理性的解釋。值得注意的是，關於紋波測量，文中並沒有強調更小地減少量程，但示波器量程要儘可能地小，這應是測量電源紋波的首要原則。

　　本人從事電源行業有5-6年了，示波器就相當於我的左右手。沒有它就感覺什麼都做不了。有它的存在，能讓我能很順利完成很多項目設計和問題分析。對於我來說，走到今天，它的功勞是不可替代的。對於電源工程師來說，一旦有產品有問題就需要抓波形，抓時序，測試準確數值，以幫助工程師分析，處理。以事實說話，看波形說話。如何使測試的數據準確和可靠是非常重要。準確的數字能夠幫助我們，而失真的波形和數值只能誤導我們，讓我們背道而馳，讓我們失去方向，多做很多無用功。

　　細細想想，自己雖然在示波器方面不是研究的那麼精通，但是也看過不少關於示波器的文章，實踐中碰到不少問題，解決了不少問題，一路過來還是有點經驗可以和大家分享的，希望對大家能有所幫助。如果寫的不好，請大家見諒。

　　我常常看到很多小公司用的示波器過於低端，帶寬低，採樣率底，認為能抓到波形就行，認為沒有必要買那麼好的示波器，並且認為示波器操作簡單，沒有那麼多規範。看到他們對示波器的操作，不做測試之前的準備，拿起來就用，其實那樣做是不正確的，可能往往就是這個操作不正確導致測試結果失真，影響分析。即使一些很資深的工程師可能也不會注意到一些細節。不少工程師對示波器的認識度欠缺，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。

　　1.很多工程師直接拿起探頭就測試，根本不去檢查探頭是否需要補償，示波器是否需要校驗。只有在一些大公司或經過培訓的工程師才會在使用前做準備工作

　　示波器使用前需要自校準和需要探頭補償調節，執行這種調節是使探頭匹配輸入通道。

　　首次操作儀器時以及同時顯示多個輸入通道的數據時，可能需要在垂直和水平方向上校準數據，以使時基、幅度和位置同步。例如，發生明顯溫度變化（》 5°）時就需要進行校準。

　　1.從通道輸入連接器上斷開任何探頭或電纜。確保儀器運行並預熱一段時間。R File（文件）菜單中，選擇Selfalignment（自校準）。

　　2.在Control（控制）選項卡上，點擊Start Alignment（開始校準）。

　　3.R alignment state（整體校準狀態）欄位中。每個輸入通道各個校準步驟的結果會顯示在Results（結果）選項卡中。

　　探頭補償調節的操作步驟如下： 1.將示波器探頭連接到通道，按前面板上的PRESET（預設）按鍵（左側面板設置區域中）。將探頭信號端和參考地連接到示波器面板上的參考輸出，然後按 Autoset（自動設置）。如果使用探頭鉤式前端附件，請將信號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 探頭補償調節

　　2.檢查所顯示波形的形狀。可能會出現的情況如圖二。

　　

　　圖二 補償過度，不足和正確補償

　　過度和不足都需要調節探頭。以能更好的測試準確值。

　　3.如果波形不正確，請調整探頭。如下圖三所示，直至波形為上面的補償正確波形。

　　資深工程師教你如何用好用活示波器

　　

　　圖三 補償探頭方法

　　以上兩點看似簡單，但往往是工程師忽略的。為了使測量更精確，請一定要注意檢驗。這兩個校準功能在任何示波器都應該有。

　　2 測試電壓紋波

　　很多電源工程師在紋波的測量的時候，也不會關注那麼多，想當然的測試。示波器的使用方法不同導致測試的結果差異很大。如下組圖四和組圖五，對於同一個產品同一個測試點，由於測試方法的差異，導致測試結果的差異很大。紋波對於電源來說是個重要參數，但是由於自己的操作問題而導致做測試不通過，又浪費大量的人力和成本去整改是很不值得的。

　　有時候您的客戶由於對儀器的使用和注意不夠，導致測試的數據錯誤。但是自己這邊產品又是沒有問題的，弄的怎麼說也說不通，以至於客戶還以為是在欺騙他們，所以測試方法很重要。注意這些細節，可以節省很多時間，讓自己的能力更上一層。

　　示波器測試的值本身就存在誤差的（這裡我就暫時不講解了）。現在很多公司要求測試波形圖的值作為判定依據。其實示波器只是測試電壓隨著時間變化的過程，主要是調試中捕獲波形。具體測量直流電壓有效值額度準確度還不如數字萬用表的值。示波器的直流精度的指標標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作真實值，那麼我們就只能盡力作到是測試誤差最少。

　　下面是測試紋波的圖解和分析：

　　

　　

　　

　　

　　組圖四組圖五組圖四的測試紋波的結果值3.9921V比圖五0.126V大很多，但是組圖四的測試值是不真實的。問題分析：其實產品沒有問題。只是測試方法有問題而已。現在我們就來指出問題點：

　　第一個錯誤是使用了長的接地線。

　　第二個錯誤是將探頭形成的環路和接地線均置於電源變壓器和開關元件附近。

　　第三個錯誤是示波器探頭和輸出電容之間存在多餘電感。

　　由於這些不注意，導致拾取了很多高頻信號，變壓器的磁場，開關的電場，以至於示波器抓出來的波形有高頻雜訊摻雜在裡面顯示出來。

　　第四個錯誤是量程太大。

　　準確地測試紋波需要做到：

　　使用帶寬限制來測量紋波，以防止拾取並非真正存在的高頻雜訊。示波器帶寬設置為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。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。可以考慮在信號與地之間並聯一個0.1uf和一個10uf電容做去耦。電容的PIN腳的長短也影響了測試的值。

　　3 由於很多工程師對示波器的不了解，導致誤操作，損壞示波器或電源之後還搞不清楚為什麼。

　　很多初級工程師在用多個探頭測量電源的時候，剛一開機，電源產品就「炸機」，甚至損害示波器。他們會問我，示波器不是直接把探頭接到要測試的元件之間嗎？我好像沒有接錯啊，為什麼會這樣啊？那是由於對示波器的通道和地的接法不了解。示波器的多個探頭在示波器內部是共地。所以在同時測量電源的原邊和副邊的時候，如果用一根探頭接原邊的地，另一個探頭接副邊的地，由於示波器的內部通道的地連接在一起，相當於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，那麼短路後的大電流容易燒壞產品和探頭，甚至也可能損壞示波器。在測試原邊和副邊電壓的時候應該一側用差分探頭，一側用普通探頭。即使測試同一側線路，探頭的地線也要是共參考點。示波器的地又是通過電源地連接的。很多公司基本上都會在示波器前面加一個隔離變壓器，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，用手摸示波器機殼，漏電流會加大。建議不要這樣使用。

　　其實問題還不止是這些，如在動態的應用，探頭之間運算的應用，測試電壓值注意的事項等。大家都知道示波器的功能很強大，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候一定要多想想，多試驗，多了解示波器的功能，內部選項鍵之間的差別，了解不同示波器參數對測量的影響，那樣就能更好的幫助我們。不要只是為了完成任務，隨意為之。認真做起，細心觀察，這樣我們的進步才會很大。經驗是一步一步積累起來的。

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