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示波器基础使用说明和功能
说明和功能
  我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。
  普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测量读数。而示波器则与共不同。示波器具有屏幕,它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化,即波形。
  示波器和电压表之间的主要区别是:
  1.电压表可以给出祥测信号的数值,这通常是有效值即RMS值。但是电压表不能给出有关信号形状的信息。有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率。然而,示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况。
  2.电压表通常只能对一个信号进行测量,而示波器则能同时显示两个或多个信号。
显示系统
  示波器的显示器件是阴极射线管,缩写为CRT,见图1。阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统,称为电子枪。电子枪向屏幕发射电子。电子枪发射的电子经聚焦形成电子束,并打在屏幕中心的一点上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就发出光来。

图1 阴极射线管图
  电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统。在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。偏转系统由水平(X)偏转板和垂直(Y)偏转板组成。这种偏转方式称为静电偏转。
  在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络,称为标尺。标尺通常在垂直方向有8个,水平方向有10个,每个格为1cm。有的标尺线又进一步分成小格,并且还有标明0%和100%的特别线。这些特别的线和标明10%和90%的标尺配合使用以进行上升时间的测量。我们后面会讨论这个问题。
  如上所述,受到电子轰击后,CRT上的荧光物质就会发光。当电子束移开后,荧光物质在一个短的时间内还会继续发光。这个时间称为余辉时间。余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。最常用的荧光物质是P31,其余辉时间小于一毫秒(ms).而荧光物质P7的余辉时间则较长,约为300ms,这对于观察较慢的信号非常有用。P31材料发射绿光,而P7材料发光的颜色为黄绿色。
  将输入信号加到Y轴偏转板上,而示波器自己使电子束沿X轴方向扫描。这样就使得光点在屏幕上描绘出输入信号的波形。这样扫出的信号波形称为波形轨迹。
  影响屏幕的控制机构有:
—辉度
  辉度控制用来调切波形显示的亮度。本书中用作示例的示波器所采用的电路能够根据不同的扫描速度自动调切辉度。当电子束移动得比较快时,荧光物质受到激励的时间就变短,因此必须增加辉度才能看清轨迹。相反,当电子束移动缓慢时,屏幕上的光点变得很亮,因此必须减小辉度以免荧光物质被烧坏。从而延长示波管的寿命。
  对于屏幕上的文字部分,另有单独的辉度控制机构。
—聚焦
  聚焦控制机构用来控制屏幕上光点的大小,以便获得清晰的波形轨迹。有些示波器,例如本书用作示例的示波器上,聚集也是由示波器自己进行最佳控制的,从而能在不同的辉度和不同的扫描下保持清晰的波形轨迹。另外也提供手动调节的聚集控制。
—扫描旋转
  这个控制机构使X轴扫描线和水平标尺线对齐。由于地球的磁场在各个地方是不同的,这将会影响示波管显示的扫描线。扫迹旋转功能就用来对此进行补偿。扫描旋转功能是预先调好的,通常只需在示波器搬动后再行调节。
—标尺照明
  标尺亮度可以单独控制。这对于屏幕摄影或在弱光线条件下工作时非常有用。
—Z调制
  扫描的辉度可以用电气的方法通过一个外加的信号来改变。这对于由外部信号来产生水平偏转以及使用X-Y显示方式来寻找频率关系的应用中是十分有用的。
  此信号输入端通常是示波器后面板上的一个BNC插座。
1.2 模拟示波器方框图
  CRT是所有示波器的基础。现在我们已经对它有所了解。下面我们就看一看示波管是怎样作为示波器的心脏来起作用的。
  我们已经看到,示波器有两个垂直偏转板,两个水平偏转板和一个电子枪。从电子枪发射出的电子束的强度可以用电气的办法来加以控制。
  在上术基础上,再增添下面叙述的电路就可以构成一个完整的示波器(见图2)
图2 模拟示波器方框图
  示波管的垂直偏转系统包括:
  —输入衰减器(每通道一个)
  —前置放大器(每通道一个)
  —用来选择使用哪一个输入通道的电子开关
  —偏转放大器
  示波器的水平偏转系统包括:时基、触发电路和水平偏转放大器
  辉度控制电路用电子学的方法在恰当的时刻点亮和熄灭扫迹。
  为使所有这些电路工作,示波器需要有一个电源。此电源从交流市电或者从机内或外部的电池获取能量,使示波器工作。任何示波器的基本性能都是由它的垂直偏转系统的特性来决定的,所以我们首先来详细地考察这一部分。
1.3 垂直偏转
灵敏度
  垂直偏转系统对输入信号进行比例变换,使之能在屏幕上表现出来。示波器可以显示峰峰值电压为几毫伏到几十伏的信号。因此必须把不同幅度的信号进行变换以适应屏幕的显示范围,这样就可以按照标尺刻度对波形进行测量。为此就要求对大信号进行衰减、对小信号进行放大。示波器的灵敏度或衰减器控制就是为此而设置的。
  灵敏度是以每格的伏特数来衡量的看一下图3可以知道其灵敏度设置为1V/格。因此,峰峰值为6V的信号使得扫迹在垂直方向的6个格内偏转变化。知道了示波器的灵敏度设置值和电子束在垂直方向扫描的格数,我们就可以测量出信号的峰峰电压值。
  在多数的示波器上,灵敏度控制都是按1-2-5的序列步进变化的。即灵敏度。设置颠倒为10mV/格、20mV/格、50mV/、100mV/格等等。灵敏度通常是用幅度上升/下降钮来进行控制的,而在有些示波器则是用转动垂直灵敏度旋钮来进行。
  如果使用这些灵敏度步进不能调节信号使之能够准确的按照要求在屏幕上显示,那么就可以使用可变(VAR)控制。在第6章我们将会看到,使用标尺刻度来进行信号上升时间的测量就是一个很好的例子。可变控制能够在1-2-5的步进值之间对灵敏度进行连续调节。通常当使用可变控制时,准确的灵敏度值是不知道的。我们只知道这时示波器的灵敏度是在1-2-5序列的两个步进值之间的某个值。这时我们称该通道的Y偏转是未校准的或表示为"uncal"。这种未校准的状态通常在示波器的前面板或屏幕上指示出来。
  在更现代化的示波器,例如我们用作示例的示波器,由于彩用了现代先进的技术进行控制和校准。因此示波器的灵敏度可以在最小值和最大值之间连续变化,而始终保持处于校准状态。
  在老式的示波器上,通道灵敏度的设置值是从灵敏度控制旋钮周围的刻度上读出的。而在新型的示波器上,通道灵敏度设置值清晰地显示在屏幕上,如图3所示,或者用一个单独的CD显示器显示出来。
图3 在灵敏度为1v/格的情况下,峰峰值为6v的信号使电子束在垂直方向偏转6格
耦合
  耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式。耦合控制可以有两种设置方式,即DC耦合和AC耦合。
  DC耦合方式为信号提供直接的连接通路。因此信号提供直接的连接通路。因此信号的所有分量(AC和:DC)都会影响示波器的波形显示。
  AC耦合方式则在BDC端和衰减器之间串联一个电容。这样,信号的DC分量就被阻断,而信号的低频AC分量也将受阻或大为衰减。示波器的低频截止频率就是示波器显示的信号幅度仅为其直实幅度为71%时的信号频率。示波器的低频截止频率主要决定于其输入耦合电容的数值。示波器的低频截止频率典型值为10Hz,见图4。
图4 说明AC及DC耦合、输入接地以及50Ω输入阻抗功能选择的简化输入电路
  和耦合控制机构有关的另一个功能是输入接地功能。这时,输入信号和衰减器断开并将衰减器输入端连至示波器的地电平。当选择接地时,在屏幕上将会看到一条位于0V电平的直线。这时可以使用位置控制机构来调节这个参考电平或扫描基线的位置。
输入阻抗
  多数示波器的输入阻抗为1MΩ和大约25pF相关联。这足以满足多数应用场合的要求,因为它对多数电路的负载效应极小。
  有些信号来自50Ω输出阻搞的源。为了准确的测量这些信号并避免发生失真,必须对这些信号进行正确的传送和端接。这时应当使用50Ω特性阻抗的电缆并用50Ω的负载进行端接。某些示波器,如PM3094和PM3394A,内部装有一个50Ω的负载,提供一种用户可选择的功能。为避免误操作,选择此功能时需经再次确认。由于同样的理由,50Ω输入阻抗功能不能和某些探头配合使用。
位置
  垂直位置控制或POS控制机构控制扫迹在屏幕Y轴的位置。在输入耦合控制中选择接地,这时就将输入信号断开,这样就可以找到地电平的位置。在更先进的示波器上设有单独的地电平指示器,它可以让用户能连续地获得波形的参考电平。
动态范围
  动态范围就是示波器能够不失真地显示信号的最大幅值,在此信号幅值下只要调节示波器的垂直位置仍能观察到波形的全部。对于Fluke公司的示波器来说,动态范围的典型值为24路(3个屏幕)
相加和反向
  简单的把两个信号相加起来似乎没有什么实际意义。然百,把两个有关信号之一反向,再将二者相加,实际上就实现了两个信号的相减。这对于消除共模干扰(即交流声),或者进行差分测量都是非常有用的。
  从一个系统的输出信号中减去输入信号,再进行适当的比例变换,就可以测出被测系统引起的失真。
  由于很多电子系统本身就具有反向的特性,这样只要把示波器的两个输入信号相加就能实现我们所期望的信号相减。
交替和断续
  示波器CRT本身一次只能显示一条扫迹。然而,在很多示波器应用中,常常要进行信号的比较,例如,研究输入/输出信号间的关系,或者一个系统对信号的延迟等。这就要求示波器实际上能同时显示不只一个信号。
  为了达到这一目的,可以用两种办法来控制电子束:
  1.可以交替地画完一条扫迹,再画另一条扫迹。这种方法称为交替模式,或简称为ALT模式。
  2.可以在两条扫迹之间迅速的进行开关或斩波切换,从而分段的画出两条扫迹。这称为断续模式或CHOP模式。其结果是在一次扫描的时间里一段接一段的画出两条扫迹。
  断续模式适合于在低时基速率下显示低频率信号,因为这时斩波器开关能快速进行切换。
  交替模式适合于需要使用较快时基设置的高频率信号的显示。本书中我们用作示例的示波器在不同的扫描速度下能自动地ALT或CHOP模式以给出最好的显示效果。用户也可以手动选择ALT或CHOP模式以适合特殊信号的需求。
带宽
  示波器最生根的技术指标就是带宽。示波器的带宽表明了该示波器垂直系统的频率响应。示波器的带宽定义为示波器在屏幕上能以不低于真实信号3dB的幅度来显示信号的最高频率。
  —3dB点的频率就是示波器所显示的信号幅度“Vdisp”为示波器输入端真实信号值“Vinput”的71%时的信号频率,如下式所示:设:
  dB(伏)=20log(电压比)
  —3Db=20log(Vdisp/Vinput)
  —0.15=log(Vdisp/Vinput)
  10-0.15=Vdisp/Vinput
  Vdisp=0.7Vinput
  图5表示出一个100MHz示波器的典型频率响应曲线。
图5 一台典型为100MHz示波器的频率响应曲线(简化的曲线和实际的曲线)
  出于现实的理由,通常把带宽想象成为叔响曲线一直平坦延伸至其截止频率,然后从该频率以-20dB/+倍频程的斜率下降。当然,这是一种简化的考虑。实际上,放大器的灵敏度从较低的频率就开始下降,百在其截止频率达到-3dB。图5中中同时给出了简化的频率响应曲线和实际的频率响应曲线。
带宽限制器
  使用带宽限制器可以把通常带宽在100MHz以上的宽带示波器的频带减小到20MHz的典型值。这样就降低了噪声电平和干扰,这对于进行高灵敏度的测量是非常有用的。
上升时间
  上升时间直接和带宽有关。上升时间通常规定为信号从其稳态最大值的10%到90%所用的时间。
  上升时间是一个示波器从理论上来说能够显示的最快的瞬变的时间。示波器的高频响应曲线是经过认真安排的。这就保证了具有高谐波含量的信号,如方波,能够在屏幕上精确的再现。如果频响曲线下降太快,则在信号的快速上升沿上就会发生振铃现象。如果频响曲线下降太慢,即在频响曲线上下降开始得过早,则示波器总的高频响应就受到影响,使得方波失去“方形”特性。
  对于各种通用示波器来说,其高频响应曲线是类似的。从该曲线我们可以得到一个示波器带宽和上升时间的简单关系公式。此公式为:
  tr(s)=0.35/BW(Hz)
  对于高频示波器来说,这个公式可以表示为:
  tr(ns)=350/BW(MHz)
  对于一个100MHz的示波器来说,上升时间为3.5(ns=纳秒10-9秒)
  在示波器的标尺上刻有标明0%和100%的专门的线,用来进行上升时间的测量。测量时我们先用VAR灵敏度控制机构将被测认号的顶部和底部分别和标有0%和100%的线对齐。
  然后找出信号和标尺上标有10%和90%的两条线的交点。这样,上升时间就可以从这两个交点沿X轴方向的时间间隔读出来。
  要想测量一台示波器的上升时间,我们使用与上述相同的方法,只是要求测试信号的上升时间应当比该示波器的上升时间短得多。为获得2%的测量误差,测试信号的上升时间至少应小于示波器上升时间的五分之一。示波器上显示的上升时间应当是示波器上升时间和信号上升时间和组合函数。
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单/多踪示波器转换电路的设计

引言

  在实际应用中,常常需要用示波器同时观测多个信号,或需要比较同一电路中不同点之间信号的频率、幅值和相位,以及观测电信号通过网络后的相移和失真等情况。为了对侮号进行测量和比较研究,需要把不同信号或同一信号的不同部分同时显示在荧光屏上。这些都需要在荧光屏上能同时显示几个波形。为了实现这一目的,通常采用双扫描示波显示、多线显示或多踪显示。本文介绍的将单踪示波器改为多踪显示的一种装置,制作简单,与原有的示波器一起使用,既节约了开支,又提高了实验技术水平。

  典型电路设计与分析

  转换电路由NE555时基振荡器、74LS169组成的计数器和MAX309多路开关等芯片构成,通过1个Y通道能同时显示多踪信号,电路简单、稳定、可靠,波形显示效果好,便于对信号进行分析和研究,其电路如图1所示。

  本电路采用555芯片作为振荡器,其3脚输出的方波作为切换电路的控制信号,控制信号直接接在16进制的计数器 上作为多路开关的选通信号。

  MAX309为双回路开关芯片,一路为直流通道,另一路为信号通道,两路信号通过力日战器后在示波器水平位置上同时显示四路不同的信号。由于输入信号为交流信号,故使用双电源供电,除保证交流信号正常传输外,同时也扩大了引号输出的动态范围。

点击开大图
图1 单/多踪示波器转换电路

  外部电源仅需要+5V的电源电压、+5V电压输入至IC1(ICL7660)的8脚,在其5脚输出-5V的电压,对多路开关芯片与运放进行供电。IC2(NE555)接成多谐振荡器的形式,产生35kHz的方波作为16进制计数器IC3(74LS169)的时基币号。取74LS169的低两位Qa、Qb,连接到IC4(MAX309)自A0、A1端作为多路开关的选通信号。MAX309为双回路自模拟开关芯片。其中一路是由2K、lK、1K、1K组成的电阻分压网络,分别取出3V、2V、lV、0V的直流电压作为信号所要显示波形的直流分量,使其在示波器的不同位置上显示出来。另一路则为信号源的四个输入端,通过Qa、Qb对E路开关的控制,分别对回路信号进行选通(两路选通信号同步进行)。信号由多路开关输出后再由运放电路IC5(LF353)进行放大或衰减处理。信号通过改变反馈电阻10K、10K、40K、60K、60K对其进行放大或衰减。用四路波段开关分别选择不同反馈电阻,实现不同增益的控制,最终完成与直流分量重叠相加后输出的目的。

  电路调试

  电路焊接完毕后,首先进行外观检查,检查无误后,再进行通电测试。用万用表测ICL7660的5脚是否为-5V,如果输出正确,进行下一步的测量,否则马上断电检查,是否有短路或电路焊错等问题;用示波器观察555输出的波形是否正确,其频率值是否与计算值相同,其次再用示波器观到计数器的Qa、Qb端的波形是否为555时基信号的二分频、四分频,最后观察第一路开关的输出是否为阶梯波信号,台阶数值分别为0V、lV、2V、3V。然后分别接人4路不同的信号,用示波器观察其最终输入波形是否在示波器水平位置显示出来,改变波段开关即可改变其幅值的大小。

  振荡电路与模拟开关电路的分析

  NE555时基振荡器输出频率的精度对由74LS169所组成计数器的可靠性影响较大,因此,必须给予重视。如图1所示,NE555组成的时基振荡器产生的振荡周期T=0.693(R1+2R2)·C,振荡频率f=1/T,即f=1.443/(Rl+2R2)·c,输出振荡频率波形的占空比D=t1/T=(R1+R2)/(R1+2R2)
  注:t1为输出脉冲的持续时间
t1=0.693(R1+R2)·C
  当R2>R1时,则D约等于50%,即输出振荡波形为方渡。由上述有关公式的推导,得出以下结论。

  ·振荡周期与电源电压VDD无关,主要取决于充电放电的总时间常数,即仅与R1、R2和C的数值有关。

  ·振荡信号的占空比与电容C的大小无关,而仅与R1、R2的大小比值有关。

  模拟开关和多路转换器的作用主要用于信号的切换,目前集成模拟电子开关在小信号领域已成为主导产品,与以往的机械触点式电子开关相比,集成电子开关有许多优点,例如,切换速率快、无抖动、耗电省、体积小、工作可靠且容易控制等。但它也有若干缺点,如导通电阻较大,输入电流容量有限,动态范围小等。因而集成模拟开关主要使用在高速切换,要求系统体积小的场合。在较低的频段上(f<10Hz),则广泛采用双极晶体管工艺。

  选择开关时需要重点注意以下指标:

  ·通道数量。集成模拟开关通常包括多个通道,通道数量对传输信号的精度和开关切换速率有直接的影响,通道数量越多,寄生电容和泄漏电流就越大。

  ·泄漏电流。一个理想的开关要求导通时电阻为零,断开时电阻趋于无限大,漏电流为零,常规的CMOS漏电流约1nA。如果信号源内阻很高,传输信号是电流量时,就特别需要考虑模拟开关的泄漏电流,一般希望泄漏电流越小越好。

  ·导通电阻。导通电阻会损失信号,使精度降低,尤其是当开关串联的负载为低阻抗时损失会更大。因此,导通电阻的一致性越好,系统在采集各路信号时由开关引起的误差也就越小。

  ·开关速度。指开关接通或断开的速度。对于需要传输快变化信号的场合,要求模拟开关的切换速度快,同时还应考虑与后级采样保持电路A/D转换器的速度相适应,从而以最优的性能价格比来选择器件。

  除上述指标外,芯片的电源电压范围也是一个重要参数,它与开关的导通电阻和切换速度等有直接关系,电源电压越高,切换速度越快,导通电阻越小,反之,导通电阻越大。

  结语

  在电路设计和调试过程中发现,对波形显示效果影响最大的因素是NE555振荡器的振荡频率和幅度的稳定性,要想在示波器上得到完整而稳定的旅形,频率不能偏低,幅度不宜过小。
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示波器知识百问
1. 对一个已设计完成的产品,如何用示波器经行检测分析其可靠性?
答:示波器早已成为检测电子线路最有效的工具之一,通过观察线路关键节点的电压电流波形可以直观地检查线路工作是否正常,验证设计是否恰当。这对提高可靠性极有帮助。当然对波形的正确分析判断有赖于工程师自身的经验。

2. 决定示波器探头价格的主要因素是什么?
答:示波器的探头有非常多的种类,不同的性能,比如高压,差分,有源高速探头等等,价格也从几百人民币到接近一万美元。价格的主要决定因素当然是带宽和功能。探头是示波器接触电路的部分,好的探头可以提供测试需要的保真度。为做到这一点,即使无源探头,内部也必须有非常多的无源器件补偿电路(RC网络)。

3. 一般的示波器探头的使用寿命有多长时间?探头需不需要定期的标定?
答:示波器的探头寿命不好说,取决于使用环境和方法。
标准对于探头没有明确的计量规定,但是对于无源探头,至少在更换探头,探头交换通道的时候,必须进行探头补偿调整。所有有源探头在使用前应该有至少20分钟的预热,有的有源探头和电流探头需要进行零点漂移调整。

4. 什么是示波器的实时采样率?
答:实时采样率是指示波器一次采集(一次触发)采样间隔的倒数。据了解,目前业界的最高水平是四个通道同时使用。

5. 什么是示波器的等效时间采样?
答:等效时间采样指的是示波器把多次采集(多次触发)采集到的波形拼凑成一个波形,每次采样速率可能很慢,两次采集触发点有一定的偏移,最后形成的两个点间的最小采样间隔的倒数称为等效采样速率。其指标可以达到很高,如1ps。

6. 什么是功率因数?如何如何测量?
答:功率因数:在直流电路里,电压乘电流就是有功功率。但在交流电路里,电压乘电流是视在功率,而能起到作功的一部分功率(即有功功率)将小于视在功率。有功功率与视在功率之比叫做功率因数,以COSΦ表示,其实最简单的测量方式就是测量电压与电流之间的相位差,得出的结果就是功率因数。

7. 如何表达和测试功率密度?
答:功率密度就是单位体积里的功率,一般电源里用W/in3。

8. 有无办法利用示波器测出高频变压器或电感磁芯的工作情况?
答:TEK推出的功率测试方案里就有一项功能——B-H曲线的分析,它能反应磁芯的工作状态,还能测出动态电感值,并得出磁芯损耗。

9. 开关电源的噪声有多种如布线不合理引起的交叉干扰、电感漏磁、二极管反向尖峰...等引起噪声,如何用示波器鉴别?
答:TEK的TDS5000示波器上有频域分析、分析噪声的频率段就能分析出噪声的种类,才好用相应的处理方法。示波器只能提供数据分析和波段形显示。

10. 用示波器怎样可以测试到开头电源的幅射?
答:开关电源存在幅射干扰,一般做法是设法探出干扰源,然后再去屏蔽它。用示波器可以傅立叶变换的功能分析其频率成份构成,根据频率范围,从而判断干扰的种类。

11. 在反激式电源设计过程当中,经常会因为变压器漏感大,而使变压器的转换效率降低,绕制时采用初级中间夹绕次级的方式仍然不大理想。变压器绕制有什么技巧吗?
答:将大功率的输出绕组绕在里面,尽量靠近原边,加强偶合。

12. 有没有能分析开关损耗的示波器?
答:泰克的电源测试系统即TDS5000系列数字荧光示波器加上TDSPWR2功率分析软件就可以轻松的分析开关损耗以及每周期的功率损耗甚至包括RDS ON。

13. 示波器能否进行傅立叶分解?
答:现代数字示波器大多具有FFT功能,其中上述系统甚至可以按EN61000-3-2标准对电流谐波进行预测试。

14. 示波器能否进行滤波处理?如对PWM波进行低通滤波?
答:TDS5000可以进行20MHz,150MHz低通滤波,还可以进行一种称之为高分辨率采集的数字低通滤波,在此种模式中采样点的垂直分辨率可从8bits提高到12bits,上述系统可以输出像比如PWM这样的信号按照脉宽变化的趋势的类似正弦波波形。

15. 使用数字示波器时,对B触发和触发电平的设置与被测信号有什么原则?
答:泰克的示波器支持A,B trigger功能,简单说就是可以双事件序列触发,当选择A-B seq时,A事件作为主触发,配合B事件捕获复杂的波形。触发方法为A事件arm触发系统,当定义的B事件出现时在B事件处触发。具体详细的触发说明,请参考示波器的手册。

16. 如何用TDS3052B测量载波频率为几十K,调制波频率为电源频率的已调波的最大值?
答:工频输入可能为低频的50Hz/60Hz,同时载波为几十K,一个工频周期为20ms左右,如果示波器需要观测20ms信号,即示波器的duration采集窗口至少为2ms/div ×10格,
同时根据几十k的载波信号,确定示波器的采样率。最后可以估算出需要的采集内存长度,判断是否能够满足测试要求。

17. 使用一台标称100MHz的DSO示波器,测量一个高频开关幅值400V,f=50M,示波器如何描绘出它的波形和上升时间?
答:① 示波器的带宽是以正弦波幅度衰减-3dB点为带宽定义的。
② 数字示波器中对于波形和上升时间的描绘都是通过实时采样电路和高速A/D变换器获得波形数据,再通过插值运算得到的。
③ 在泰克的示波器中,有实时的处理电路完成所谓的正弦内插功能,在信号采集电路部分完成。当然,很多示波器也是通过示波器的主处理器进行数学运算完成的,这个时候会花比较多的时间。
④ 对于您测量的信号,恐怕使用100MHz的示波器是无法进行。50MHz的方波,理论上应该使用450MHz以上的示波器才能将信号中最重要的9次以下谐波准确重新,从而保证波形不失真。更何况,您恐怕还要考虑信号上升时间的问题,理论上,示波器的上升时间应该比信号快5倍以上。
⑤ 探头也一样,由于普通探头在测量高压的时候会产生高频失真的效应,您应该采用特别的差分探头或者高压探头比如,泰克的P5205,P5100进行测量。

18. 如何在模拟电路用好数字示波器,比如测音频放大器的小信号,电源的杂波等?
答:要注意的问题有:
① 示波器的接地问题,示波器的机壳和探头的参考地线都是连接地线的,因此良好的接地是测量干扰的首要条件。
② 示波器参考地线引入的干扰问题,由于普通探头通常都有一段接地线,会与待测点构成一个类似环形天线的干扰路径,引入
比较大的干扰,因此要尽量减少这一干扰,可以采用的方法是将探头帽拿掉,不使用探头上引出的地线,而直接使用探头尖端和
探头内的地点接触待测点进行测量。
③ 使用差分测量的方法,消除共模噪声。泰克提供一系列的差分探头,比如专门针对小信号的ADA400A可以测量到几百微伏,用于高速
信号测量的P7350提供高达5GHz的带宽
④ 在泰克的很多示波器里提供高分辨率采集(Hi-Res)的信号捕获模式,可以过滤信号上叠加的随机噪声。

19. 在测量离板信号线的传导骚扰时,发现在两个特定频点(一个是659K另一个是1.977K)上由两个很大的噪声信号。初步分析是由于板上的开关电源芯片引起的,如何使用示波器测量这样的噪声信号?
答:示波器可以测试噪声信号有几个考虑的因素:
① 被测信号的幅度,是否为小信号, 示波器配合探头可以测试uA级的信号
② 被测信号的频率。
③ 探头的连接方式不当会产生噪声,影响测试结果。

20. 在用泰克的示波器时,如何理解Holdoff这个参数?
答:Holdoff(触发释抑)的含义是暂时将示波器的触发电路封闭一段时间(即释抑时间),在这段时间内,即使有满足触发条件的信号波形点示波器也不会触发。在数字示波器中也会用百分比来表示,意义是整个记录长度或者整个屏幕的百分比。
示波器的触发部分的作用就是稳定的显示波形,触发释抑也是为了稳定显示波形而设置的功能。主要针对大周期重复而在大周期内有很多满足触发条件的不重复的波形点而专门设置的。比如图中所示,图中红色的点都可以满足触发条件,如果不用释抑功能,触发点将不固定,造成显示不稳定,使用触发释抑后,每次都在同一个点触发,因此可以稳定显示。
此外,对于调幅信号等也一样要使用触发释抑。详情请参见泰克文章《示波器XYZ》。

21. 关于holdoff,所谓触发与非触发,示波器对采集信号的处理有什么区别?
答:对于数字示波器,不论是否触发,示波器实际上都是在不断地采集波形,但是如果只有稳定的触发才能有稳定的显示。也会出现这种状况,示波器触发电路的模式出于“自动”模式,即不论是否满足触发条件都进行波形显示。如果使用“通常”Normal模式,不满足触发条件就不会显示波形。

22. 关于holdoff,如果在水平时间分辨率不变的前提下,是否百分比设置越大(对应信号显示逐渐稳定)那么就意味着信号的周期越长?
答:是的,百分比越大,释抑时间越长。

23. 如何使用示波器测量差分信号?
答:最好的方法是选用差分探头,这时测到的信号最为真实客观;若没有差分探头,可使用两个差分探头接到示波器的两个通道上(如Ch1, Ch2),然后用数学运算,得到ch1-ch2的波形并进行分析,这时尽量保持两根探头完全一样,示波器两个通道的Vertical scale ( 每格多少伏)设置一样,否则,误差会较大。

24. 怎样用示波器测量出USB总线上的差分信号?
答:USB 信号的测试分为2种情况:
第一种是需要进行符合USB组织定义USB1.1/2.0总线的物理层测试规范,只有通过USB一致性测试后方可打上USB标识。USB物理层一致性测试分为很多个测试项目,主要是考察USB信号的信号质量如何,象
Signal Quality Test
Droop & Drop Test
Inrush Current Test
HS Specific Tests
Chirp Test
Monotonic Test
Receiver sensitivity Test
Impedance Test (TDR) 等等。
第二种情况是仅观测USB总线上的信号,可以选择合适的差分探头连接到D , D-,直接进行USB信号的观测。USB2.0信号速度比较快,上升时间为几百皮秒,为了保证信号的包真度测试,需要选择大于2GHz的示波器和差分探头进行测试。
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怎样测试涤纶电容的好坏

怎样测试涤纶电容的好坏

通常选用万用表的 10K 挡进行测试判断。红、黑表笔分别接电容器的两极(每次测试前,需将电容器放电),由表针的偏摆来判断电容器质量。若表针迅速向右摆一下退回原位,一般来说电容器是好的。如果表针摆起后不再回转,说明电容器已经击穿。如果表针摆起后逐渐退回到某一位置停位,则说明电容器已经漏电。如果表针摆不动,说明电容器开路。涤纶电容容量较小用指针表不易测量可用数字表或电容表。
作用是相当于电感日光灯的启动器,起动通路

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继电器测试
继电器测试
1.测触点电阻
用万能表的电阻档,测量常闭触点与动点电阻,其阻值应为0;而常开触点与动点的阻值就为无穷大.由此可以区别出那个是常闭触点,那个是常开触点.
2、测线圈电阻
可用万能表R×10Ω档测量继电器线圈的阻值,从而判断该线圈是否存在着开路现象.
3、测量吸合电压和吸合电流
找来可调稳压电源和电流表,给继电器输入一组电压,且在供电回路中串入电流表进行监测.慢慢调高电源电压,听到继电器吸合声时,记下该吸合电压和吸合电流.为求准确,可以试多几次而求平均值.
4、测量释放电压和释放电流
也是像上述那样连接测试,当继电器发生吸合后,再逐渐降低供电电压,当听到继电器再次发生释放声音时,记下此时的电压和电流,亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流.一般情况下,继电器的释放电压约在吸合电压的10~50%,如果释放电压太小(小于1/10的吸合电压),则不能正常使用了,这样会对电路的稳定性造成威胁,工作不可靠.
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