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实验室示波器使用中需要注意的问题点

中国测控网 2012-03-16 16:11:28

[导读] 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。

  示波器电子测量中常用的测量仪器之一,今天小编为您总结了示波器使用中的常见问题和选购中的常见问题。

  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:示波器探头寿命不好说,取决于使用环境和方法。

  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。

  使用中的注意事项:

  一、请问带宽和采样频率之间有什么固定关系?

  采样率理论上需要满足农效香采样定律,即被测信号的最高频率信号的每个周期理论上至少需要采2个点,否则会造成混叠。但是在实际上还取决于很多其它的因素,比如波形的重构算法等,Siglent系列示波器采用先进的波形重构算法,同时配备有插值算法,精确重构波形。一般来说采样率是带宽的4-5倍就可以比较准确地再现波形。

  二、示波器指标中的带宽如何理解?

  带宽是示波器的基本指标,和放大器带宽的定义一样,是所谓的-3dB点,即,在示波器的输入加正弦波,幅度衰减为实际幅度的70.7%时的频率点称为带宽。也就是说,使用100MHz带宽的示波器测量1V,100MHz的正弦波,得到的幅度只有0.707V。这还只是正弦波的情形。因此,我们在选择示波器的时候,为达到一定的测量精度,应该选择信号最高频率5倍的带宽。Siglent的ADS1000CE示波器提供300MHz带宽、2GSa/a的实时采样率,领先国内同行水平。

  三、在带宽一定的条件下,采样频率太大是否也没有太大的意义?

  带宽是限制被测信号高频分量被捕获的基本条件。由于Siglent示波器采用先进的波形重构算法,并配备有插值算法显示,同时提供最低500MS/s的实时采样率,保证对触发信号的完美捕获并真实量化,最终能对采集信号的精确重现。

  四、影响示波器工作速度的因素有哪些?

  简单地来说示波器的原理都差不多,前端是数据采集系统,后端是计算机处理。影响示波器速度主要有两方面,一是从前端数采到后端处理的数据传输,一般都是用总线传输,另一个是后端的处理方式。Siglent示波器采用成熟的高速硬件架构,配合DSP数字处理能有效解决这些瓶颈,大大提升示波器的性能。

  五、在使用示波器时如何消除毛刺?

  如果毛刺是信号本身固有的,而且想用边沿触发同步该信号(如正弦信号),可以用高频抑制触发方式,通常可同步该信号。如果信号本身有毛刺,但想让示波器虑除该毛刺,不显示毛刺,通常很难做到。可以试着使用限制带宽的方法,但不小心可能也会把信号本身虑掉一部分信息。

  六、在选择示波器时,一般考虑的多的是带宽。那么,在什么情况下要考虑采样速率?

  取决于被测对象,在带宽满足的前提下,希望最小采样间隔(采样率的倒数)能够捕捉到您需要的信号细节。

  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。

  业界也有些关于采样速率经验公式,但基本上都是针对示波器带宽得出的,实际应用中,最好不用示波器测带宽频率的信号。

  若你在选型,对正弦波,选择示波器带宽是被测正弦信号频率的3倍以上,采样率是带宽的4到5倍,实际上是信号的12到15倍,若是其它波形,要保证采样率足以捕获信号细节。若你正在使用示波器,可透过以下方法验证采样率是否够用:将波形停下来,放大波形,若发现波形有变化(如某些幅值),采样率就不够,否则无是满足测量精度的。也可用点显示来分析,采样率是否够用。专业的Siglent系列示波器很好地解决了带宽与采样率的问题。

  七、模拟跟数字示波器在观察波形的细部时,那个更有优势?

  早期我们使用的模拟示波器垂直精度一般都是+/-3%,而数字示波器的垂直精度高达+/-1%,这点来说数字示波器要具有极大的优势。同时Siglent数字示波器具有不同等级的辉度选择,对于显示信号细节更加方便直观。

  八、如何捕捉并重现稍纵即失的瞬时信号?

  要捕获瞬时信号可参照如下设置:触发类型选择边沿,触发方式设置成单次方式,信号置为上升触发,并将触发电平调到适当值。另外Siglent示波器配备了EasyZoom窗口扩展技术,就是说,可在观察信号全局的同时,对局部细节进行放大观察。

  九、选择什么型号的示波器可有效提高设计效率?

  示波器发展到现今,数据分析、处理得到了很大的提高。使用示波已不仅仅是在调试中观察波形,更重要的是能很好的在设计中发现问题所在、分析计算器件参数,帮助大家优化设计方案。选择什么样的示波器最适合要结合你所要观察分析的信号决定。Siglent高性能示波器提供25M----300M带宽,以及500MSa/s---2GSa/s的采样率,满足你不同的需求。

  十、示波器使用中探头应该注意些什么?

  示波器的使用中探头一般往往被大家忽略,无源探头由于测量范围宽,价格便宜,同时可以满足大多的测量要求,因而得到广泛的使用,无源探头探头的选择应该与所用示波器的带宽一致。更换探头探头交换通道的时候,必须进行探头补偿调整,达到与输入通道的匹配。调校探头补偿最简单直观的是使用探头波形来进行。

  十一、什么是示波器的实时采样率?

  实时采样是指对波形进行等时间间隔取样,按照取样先后的次序进行A/D转换并存入存储器中,实时取样是最明显和最直观的取样方式,这类取样只需要简单地在时间上分布取样点,所有的取样点是响应示波器的一次触发而获得的。Siglent高性能示波器提供500MSa/s---2GSa/s的实时采样率

  十二、什么是示波器的等效时间采样?

  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。Siglent高性能示波器等效采样都高达50Sa/s

  十三、在示波器上看波形时,用外触发和自触发来看有何区别?

  示波器的通常触发是边沿触发,其触发条件有2个,触发电平和触发边沿;即:信号的上升沿(或者下降沿)达到某一特定电平(触发电平)时,示波器触发。

  示波器只有在信号自触发有问题的时候才会使用外触发,没有哪一个更好的问题。另外,信号比较复杂,有很多满足触发条件的点,无法每次在同一位置触发,从而得到稳定的显示。这时就需要使用外触发。SiglentADS1000示波器提供提供标准的双通道+一个外触发通道

  十四、测量系统的总带宽如何获得?

  数字信号的测量时,信号的上升时间决定系统的总带宽,测量系统的总带宽=0.35/上升时间

  十五、测量中如何应用触发释抑?有何作用?

  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,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。Siglent示波器提供100ns---1.5s的超长触发释抑时间。

  十六、示波器正常,但是用示波器观察被测信号时,波形杂乱无章,该如果解决?

  导致这样的原因是:被测信号的接地端与示波器地线没有共地。通常是利用示波器的自检信号来检查探头示波器是否正常,若示波器探头均正常,则是被测波形不正常。在测量幅度很小信号的时候,可把探头的接地线拔掉(此时接地线相当于天线,对小信号产生干扰),采用Siglent示波器配备的近地线连接地进行测试,同时为了很好消除噪声引起的误触发,“获取方式”可选择“平均”。

  十七、示波器正常,能看到到扫描线,但是观察被测信号却没有信号波形产生?

  三个原因导致:

  1、从通道1输入信号,但是不小心打开的却是通道2;

  2、信号耦合方式(AC-GND-DC)选择接地位置上。

  3、确认信号已经产生且正常输入示波器BNC接口

  十八、如何测量直流电压?

  首先需要设置耦合方式为直流,根据大概的范围调节垂直档位到一个合适的值,然后比较偏移线跟通道标志的位移。Siglent系列示波器采用国内唯一能识别直流的算法,自动识别并测试直流电压信号。使用中按”AUTO”自动测量即可完成测试结果。

  十九、为什么波形存储已经存储了设置,还要存储设置有什么用?

  首先,两者最主要的区别是波形存储占据的存储空间要比设置存储空间要大的多,因此以存储器的空间和成本考虑,就需将两者分别保存。其次,两者的调出上也存在差别。波形调出示波器处于STOP状态,设置调出时不改变保存的运行状态,可方便直接观测波形。

 

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