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       數(shù)字示波器測(cè)電流、電壓、電源紋波的方法都有哪些？數(shù)字示波器（虛擬示波器）可以觀察到各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，同時(shí)還能測(cè)量各種不同的電量，比如說電壓、電流等等。數(shù)字示波器（數(shù)字示波器）的顯示電路包括示波管及其控制電路兩部分，本文講的是怎么用數(shù)字示波器來測(cè)電流、電壓和電源紋波。

         在此之前先介紹下我司有優(yōu)勢(shì)的的的一款數(shù)字示波器，邁昂科技的數(shù)字示波器。SIGLENT豐富的數(shù)字示波器產(chǎn)品線覆蓋了卓越性價(jià)比的經(jīng)濟(jì)型數(shù)字示波器SDS1000/SDS1000X-E/SDS1000X、功能強(qiáng)大的SDS2000X/X-E、搭載WINDOWS操作系統(tǒng)的觸摸屏智能型數(shù)字示波器SDS3000X系列，旗艦高端數(shù)字示波器SDS5000X系列，新推出的國(guó)內(nèi)首款12-bit高分辨率1G帶寬數(shù)字示波器SDS6000Pro系列，以及手持示波表SHS1000/800系列等。

這款數(shù)字示波器帶寬范圍涵蓋50MHz~1GHz，積淀多年優(yōu)異的模擬前端技術(shù)，垂直檔位低至500uV/div，同時(shí)具備高采樣率，高刷新率和高達(dá)250Mpts的深存儲(chǔ)，并提供多種特色功能，比如說波特圖，電源分析軟件，多種串行協(xié)議觸發(fā)及解碼，邏輯分析儀等，邁昂科技(SIGLENT)數(shù)字示波器為您提供完美的性能與價(jià)格平衡。

相對(duì)于直流電流或交流電流的測(cè)量，一般是用間接法進(jìn)行的。

具體方法是：

R-串接的無(wú)感電阻的電阻值，Ω。

（二）數(shù)字示波器測(cè)直流電壓
讀到此時(shí)熒光屏上的水平亮線與零電壓線之間的垂直距離y，將y乘以數(shù)字示波器的垂直靈敏度Sy即可得到被測(cè)電壓ux的大小，即ux=Sy&TImes;y。

含交流成分的直流電壓的測(cè)量
1、由于磁電式表頭的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)對(duì)電流有平均作用，無(wú)法反映純交流量，所以，含交流成分的直流電壓的一種常用測(cè)量方法就是用模擬式電壓表直流檔測(cè)量。

2、如果疊加在直流電壓上的交流成分具有周期性和幅度對(duì)稱性，可直接用模擬式電壓表測(cè)量其直流電壓的大小。

3、由交流信號(hào)轉(zhuǎn)換而得到的直流，如整流濾波后得到的直流平均值，以及非簡(jiǎn)諧波的平均直流分量都可用模擬式電壓表測(cè)量。
4、不能用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量含有交流成分的直流電壓，因?yàn)閿?shù)字式直流電壓表要求被測(cè)直流電壓穩(wěn)定，才能顯示數(shù)字，否則數(shù)字將跳變不停。

（三）數(shù)字示波器測(cè)量電源紋波
以20M示波器帶寬為限制標(biāo)準(zhǔn)，電壓設(shè)為PK-PK（也有測(cè)有效值的），去除數(shù)字示波器控頭上的夾子與地線（因?yàn)檫@個(gè)本身的夾子與地線會(huì)形成環(huán)路，像一個(gè)天線接收雜訊，引入一些不必要的雜訊），使用接地環(huán)（不使用接地環(huán)也可以，不過要考慮其產(chǎn)生的誤差），在探頭上并聯(lián)一個(gè)10UF電解電容與一個(gè)0.1UF瓷片電容，用數(shù)字示波器的探針直接進(jìn)行測(cè)試；如果示波器探頭不是直接接觸輸出點(diǎn)，應(yīng)該用雙絞線，或者50Ω同軸電纜方式測(cè)量。

開關(guān)電源輸出紋波主要來源于五個(gè)方面：輸入低頻紋波；高頻紋波；寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲；功率器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲；閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。

電源紋波的測(cè)量方法大致分為兩種：一種是電壓信號(hào)測(cè)量法；另一鐘是電流信號(hào)測(cè)量法。
一般相對(duì)于恒壓源或紋波性能要求不大的恒流源，都可以用電壓信號(hào)測(cè)量法。而相對(duì)于紋波性能要求高的恒流源則好用電流信號(hào)測(cè)量法。

電壓信號(hào)測(cè)量紋波是指，用數(shù)字示波器測(cè)量疊加在直流電壓信號(hào)上的交流紋波電壓信號(hào)。相對(duì)于恒壓源，測(cè)試可以直接用電壓探頭測(cè)量輸出到負(fù)載上的電壓信號(hào)。相對(duì)于恒流源的測(cè)試，則一般是通過使用電壓探頭，測(cè)量采樣電阻兩端的電壓波形。整個(gè)測(cè)試過程中，數(shù)字示波器的設(shè)置是能否采樣到真實(shí)信號(hào)的關(guān)鍵。

所用的儀器是：配有電壓測(cè)量探頭的TDS1012B數(shù)字示波器。
測(cè)量之前需要進(jìn)行如下設(shè)置。
1、通道設(shè)置：
耦合：即通道耦合方式的選擇。紋波是疊加在直流信號(hào)上的交流信號(hào)，因此 ，我們要測(cè)試紋波信號(hào)就可以去掉直流信號(hào)，可以直接測(cè)量所疊加的交流信號(hào)就可以了。

寬帶限制：關(guān)
探頭：首先選用電壓探頭的方式。然后選擇探頭的衰減比例。必須與實(shí)際所用探頭的衰減比例保持一致，如此一來從示波器所讀取數(shù)才是真實(shí)的數(shù)據(jù)。比如，所用電壓探頭放在&TImes;10檔，則此時(shí)，這里的探頭的選項(xiàng)也必須設(shè)置為&TImes;10檔。

2、觸發(fā)設(shè)置：
類型：邊沿
信源：實(shí)際所選擇的通道，如，準(zhǔn)備用CH1通道進(jìn)行測(cè)試，則此處就應(yīng)該選擇為CH1。
斜率：上升。
觸發(fā)方式：如果是在實(shí)時(shí)地觀察紋波信號(hào)，則選擇‘自動(dòng)’觸發(fā)。示波器會(huì)自動(dòng)跟隨實(shí)際所測(cè)信號(hào)的變化，并顯示。這個(gè)時(shí)候，你也可通過設(shè)置測(cè)量按鈕，實(shí)時(shí)地顯示你所需要的測(cè)量的數(shù)值。可是，如果你想要捕捉某次測(cè)量時(shí)的信號(hào)波形，則需要將觸發(fā)方式設(shè)置為‘正常’觸發(fā)。此時(shí)，還需要設(shè)置觸發(fā)電平的大小。一般當(dāng)你知道你所測(cè)量的信號(hào)峰值時(shí)，將觸發(fā)電平設(shè)置為所測(cè)信號(hào)峰值的1/3處。假如不知道，則觸發(fā)電平可以設(shè)置的稍微小一些。
耦合：直流或交流…，一般用交流耦合。

3、采樣長(zhǎng)度（秒/格）：
采樣長(zhǎng)度的設(shè)置決定能否采樣到所需要的數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的采樣長(zhǎng)度過大時(shí)，就會(huì)漏掉實(shí)際信號(hào)中的高頻成分；當(dāng)所設(shè)置的采樣長(zhǎng)度過小時(shí)，就只能看到所測(cè)實(shí)際信號(hào)的局部，同樣無(wú)法得到真實(shí)的實(shí)際信號(hào)。因此 ，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，需來回旋轉(zhuǎn)按鈕，仔細(xì)觀察，直到所顯示波形是真實(shí)的完整的波形。

4、采樣方式：
可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。如，要求測(cè)量紋波的P-P值，則好選擇峰值測(cè)量法。采樣次數(shù)也可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定，這與采樣頻率及采樣長(zhǎng)度有關(guān)。

5、測(cè)量：
通過選擇對(duì)應(yīng)通道的峰值測(cè)量，示波器就可以幫你把所需要的數(shù)據(jù)及時(shí)顯示出來。同時(shí)也可以選擇對(duì)應(yīng)通道的頻率、大值、均方根值等。

通過對(duì)示波器進(jìn)行合理設(shè)置和規(guī)范的操作，一定可以得到所需的紋波信號(hào)?？墒牵跍y(cè)量過程中一定要注意防止其它信號(hào)對(duì)于示波器探頭自身的干擾，以免所測(cè)量的信號(hào)不夠真實(shí)。

根據(jù)電流信號(hào)測(cè)量法測(cè)量紋波值是指，測(cè)量疊加在直流電流信號(hào)上的交流紋波電流信號(hào)。針對(duì)紋波指標(biāo)要求比較高的恒流源，即要求紋波比較小的恒流源，采用電流信號(hào)直接測(cè)量法可以得到更加真實(shí)紋波信號(hào)。與電壓測(cè)量法不一樣的是，這里還用到了電流探頭。

比如，繼續(xù)用上述的示波器，再加一個(gè)電流放大器和一個(gè)電流探頭。這個(gè)時(shí)候，只需用電流探頭夾住輸出到負(fù)載的電流信號(hào)，就可以進(jìn)行電流測(cè)量法來測(cè)量輸出電流的紋波信號(hào)了。與電壓測(cè)量法一樣，整個(gè)測(cè)試過程中，示波器及電流放大器的設(shè)置是能否采樣到真實(shí)信號(hào)的關(guān)鍵。

事實(shí)上，用這種方法測(cè)量時(shí)，示波器的基本設(shè)置及用法與上述相同。不一樣的是，通道設(shè)置中探頭的設(shè)置有所不同。在這里，需要選則電流探頭的方式。然后，選擇探頭的比例，必須與放大器所設(shè)置的這個(gè)比例相同，這樣從示波器所讀取數(shù)才是真實(shí)的數(shù)據(jù)。

比如，所用放大器的這個(gè)比例設(shè)置為5A/V，則這個(gè)時(shí)候示波器的這一項(xiàng)也需設(shè)置為5A/V。至于電流放大器的耦合方式，當(dāng)示波器的通道耦合已經(jīng)選擇為交流耦合時(shí)，則這里選擇交流或直流都可以。

需要注意的是，用這種方法時(shí)，需先打開示波器，然后再打開電流放大器。且記得在使用前對(duì)電流探頭先消磁。

除此之外，測(cè)量電源紋波本身有一定技巧性。不當(dāng)使用示波器測(cè)量電源紋波首先是使用了接地線很長(zhǎng)的示波器探針；其二是讓由探針和接地線形成的回路靠近功率變壓器和開關(guān)元件；在最后是允許在示波器探針和輸出電容之間形成額外的電感。其結(jié)果帶來的問題是在測(cè)得的紋波波形中攜帶了拾取的高頻成分。

在電源中有許多很容易耦合到探針中的高速的、大電壓和電流信號(hào)波形，其中包括來自功率變壓器的磁場(chǎng)耦合、來自開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電場(chǎng)耦合、以及由變壓器交繞（interwinding）電容產(chǎn)生的共模電流。

采用正確的測(cè)量技術(shù)可切實(shí)改善紋波測(cè)量的結(jié)果。首先，通常會(huì)規(guī)定紋波的帶寬上限，以避免拾取超出紋波帶寬上限的高頻噪聲，應(yīng)該給用于測(cè)量的示波器設(shè)定合適的帶寬上限。其次，可以根據(jù)摘掉探針的“帽子”來去掉接地長(zhǎng)引線形成的天線。

我們把一段短線繞在探針接地引線周圍，并使之與電源地相連接。這樣做附帶的好處是縮短暴露在電源附近高強(qiáng)度電磁輻射中的探針長(zhǎng)度，進(jìn)而進(jìn)一步減少高頻拾取。

在最后，在隔離電源中，真正的共模電流是由在探針接地引線中流動(dòng)的電流產(chǎn)生的，這就使得在電源地和示波器地之間產(chǎn)生電壓降，表現(xiàn)為紋波。要抑制這個(gè)紋波，需要在電源設(shè)計(jì)中仔細(xì)考慮共模濾波問題。

除此之外，把數(shù)字示波器引線繞在鐵芯上可減小這個(gè)電流，因?yàn)檫@樣會(huì)形成一個(gè)不影響差分電壓測(cè)量、但可降低由共模電流產(chǎn)生的測(cè)量誤差的共模電感。就可以看到，高頻尖刺已幾乎消除。

實(shí)際上，當(dāng)電源集成到系統(tǒng)中之后，電源紋波性能甚至?xí)?。在電源和系統(tǒng)其它部分之間幾乎總會(huì)存在一定量的電感。電感可能是由導(dǎo)線或在印刷線路板上的蝕刻線形成的，而在芯片附近總會(huì)有作為電源負(fù)載的附加旁路電容，這兩者形成低通濾波效應(yīng)并進(jìn)一步降低電源紋波和/或高頻噪聲。

舉一個(gè)極端的例子，由電感量為15nH的長(zhǎng)一英寸的短線和電容量10μF的旁路電容構(gòu)成的濾波器，其截止頻率為400kHz。該實(shí)例意味著能大幅減少高頻噪聲。該濾波器的截止頻率比電源紋波頻率低很多倍，就可以切實(shí)降低紋波。機(jī)智的工程師應(yīng)該在測(cè)試過程中設(shè)法利用它。