示波器知識問答

　　79． 在AC/DC開關電源中如何用示波器進行功率因數(shù)測量？

　　答：其實使用示波器測量功率因數(shù)就是測量電壓與電流之間的相位差即cosφ，同時泰克TDS5000功率測試系統(tǒng)也自動對PFC的相關參數(shù)進行測量（如：THD,True Power,Apparent Power,Power Factor等）。

　　80． 用泰克示波器的FFT功能可以看到開關電源的輻射的頻率及幅度，但是這里面的幅度的值與認證中心的值的概念是一樣嗎？假如不是，怎樣轉換？而且，假如在看波形時選不同的V/DIV，在FFT狀態(tài)下有不同的幅度，是否正常？---我用的型號是TDS1012。

　　答：使用示波器的FFT功能測得的幅值只能作為定性的分析，而不能作為定量的分析，因此只具備參考價值，如果希望對頻譜幅度進行分析可選擇Blackman-Harris窗口，這樣效果會好一些；當轉換V/div時一定會對FFT的幅值產生影響，因為這是受到示波器本身的ADC的分辨率限制，所以為了提高測量精度，一般會選擇將波形盡可能占滿整個屏幕（但決不能超出屏幕），也就是選擇較小的V/div檔位。

　　81． 選擇什么型號的示波器可有效提高設計效率？

　　答：示波器發(fā)展到現(xiàn)階段，已把數(shù)據(jù)分析提高到重要的位置。使用示波已不僅僅是在調試中觀察波形，更重要的是能很好的在設計中分析計算器件參數(shù)，幫助大家優(yōu)化設計方案。選擇什么樣的示波器最適合要結合您所要觀察分析的信號決定。

　　82． 如何用示波器測試視頻參數(shù)（包括視頻輸出電平、水平清晰度、亮度幅頻響應、色度幅頻響應、亮度信噪比、色度信噪比、亮度非線形失真等等視頻參數(shù)）？

　　答：泰克TDS3000B系列示波器加上TDS3VID或TDS3SDI以及TDS5000系列示波器均提供強大的視頻測量功能，甚至包括模擬HDTV功能，以及內置矢量示波器能力，幫助你去分析各種視頻參數(shù)。

　　83． 在高頻端，如何判斷示波器探頭本身的阻抗對信號的影響？

　　答：示波器的探頭都有特定的指標，可以參照探頭的等效阻抗－頻率圖確定探頭在頻率點的等效阻抗。關于探頭，泰克有專門的文章叫做《探頭ABC》。

　　84． 為什么用泰克示波器測試30MHz時鐘的波形振鈴要比安杰侖的大的多（示波器探頭是250MHz的）？

　　答：測量狀態(tài)轉換時，只需采用示波器的自動觸發(fā)方式，將電壓和電流的波形設置為比較理想的顯示方式。如果使用TDS5000，還可調節(jié)resolution旋鈕將采樣率調至合適檔位（一般為信號頻率的10倍左右）。然后利用PWR2軟件對被測數(shù)據(jù)進行自動計算。對于MOSFET我們選擇Vds和Ids作為被測信號IGBT選擇Vce和Ice作為被測信號。

　　當用數(shù)字示波器測試開關電源時, 可否預先設置限制參數(shù)(如測試時間,每次采樣數(shù))如何用泰克示波器實現(xiàn)對開關電源狀態(tài)變換的測試。 連接方式（可舉例），示波器按鍵的設置，必要的注意事項。

　　85． 在設計軟開關PWM變換器時（如PWM半橋開關變換器），怎樣用示波器觀察MOSFET Vt/It 軌跡？

　　答：首先示波器要有通道間的時延校正功能，這樣進行相關數(shù)學運算時才能保證基本的準確性。使用高壓差分電壓探頭及電流探頭測量。TEK推出的功率測試方案中就可以動態(tài)的觀察MOSFET的整個工作過程。

　　86． 輸出電容和輸出電感的選擇應該根據(jù)負載的供電需求確定，那對于L和C值都應該按照datasheet上的確定的公式套用嗎？如果按照公式推算出來的值在實際應用中出現(xiàn)了問題，那么我們應該根據(jù)什么來更換呢？

　　答：不同拓樸的輸出扼流圈及輸出濾波電容的計算公式是不同的，應該按自己所選的電路結構選擇合適的計算公式。輸出電容的大小主要由輸出紋波電壓要抑制為幾毫伏決定。這就要計算出ESR,然后可按廠家提供的DATASHEET選擇。但選電容時還要考慮負載的變化、電流變化范圍、輸出電感感量等等，因為它們會使電容特性改變。

　　87． 目前，HID疝氣燈已經(jīng)廣泛用在一些高檔轎車大燈上，但在HID燈安定器的高壓電路設計中，發(fā)現(xiàn)由于高壓回收速度不夠快，造成有時點燈不暢。如何解決？

　　答：HID疝氣燈一般都有一個二次擊穿的過程，然后大燈趨于穩(wěn)定的工作狀態(tài)；首先要對二次擊穿進行有效的控制方可保證其穩(wěn)定工作，量測二次擊穿只需使用TDS5000的長記錄長度，進行單次觸發(fā)捕獲其波形，然后分別測量一次擊穿和二次擊穿的峰值電壓以及其脈沖寬度，再測量兩次擊穿脈沖間的時間即可，根據(jù)實際狀況看看以上參數(shù)是否滿足設計要求。

　　88． 如果使用探頭和虛擬儀器，可以在PC機上顯示出波形。同時，各種各樣的計算都可以輕松實現(xiàn)。TEK5000系列和虛擬儀器有何本質區(qū)別？

　　答：DS5000雖然是一臺基于Windows 2000的示波器，但實際上它是分成兩個重要部分的，首先他具有一個真正意義上的示波器采集和處理的部分，這部分的數(shù)據(jù)處理是通過示波器本身的一個專業(yè)處理器進行的，而Windows2000的計算機平臺只是對示波器采集下來的數(shù)據(jù)（內部通過PCI總線通訊）進行一些后臺分析計算處理，這部分與示波器本身的顯示并無聯(lián)系。

　　而所謂的虛擬儀器（大多為PC插卡式的），它通過一個數(shù)據(jù)采集卡（一般速度很慢）將外界的信號采入計算機內部，通過計算機自身的CPU對數(shù)據(jù)進行處理，它是一種廉價的解決方案，它的致命弱點是沒有任何溯源性（它受計算機主機的影響太大，不同主機導致的測試結果有較大的誤差），我們知道測試儀器的一致性是決定測試結果成敗的關鍵。

　　89． 如何減小DC-DC變壓器的熱損，在設計變壓器時應注意那些問題？對變壓器的外圍電路有何

答：應遵循磁通復位的原則。設計變壓器無非要選擇磁芯規(guī)格及尺寸、計算占空比、磁感應增量、原,副邊的匝數(shù)。在實驗中校對最壞情況下的磁飽和的情況。

　　90． 在開關電源的設計中常會遇到的棘手問題是效率問題。而整機的效率很大程度上取決與開關管的損耗，在我們的電路和器件選定后，開關管的開關波形測量很重要，可以根據(jù)它的數(shù)據(jù)來判斷和改善開關工作狀態(tài)。那么在利用示波器進行這項測試時應該如何正確操作和注意哪些問題呢？

　　答：開關電源中有兩大主題：提高效率和提高可靠性。效率就要測損耗，損耗主要集中在開關管和磁性元件上，為此我們應該通過示波器測量開通損耗、截止損耗、導通損耗，同樣的對變壓器和電感能測量其磁芯損耗和動態(tài)電感。

　　91． 在實際工作中，需要對開關振蕩信號，視頻信號等進行測試和分析，該如何進行？

　　答：TEK的TDS5000系列示波器能很輕松的對這兩類信號進行測量分析。

　　對于開關電源你所說的驅動信號，我們的TDSPWR2提供了四種分析：占空比趨勢分析，開關頻率趨勢分析。

　　寬度及周期趨勢分析：TDS5000示波器更具有豐富的視頻觸發(fā)，能應用多種制式，能單獨對場，并行進行觸發(fā)。

　　92． 在反激式開關電源電源用一種變壓器算法，總是需要再進行好多次的調整。反激式開關電源有沒有一種比較通用的變壓器參數(shù)計算方法？

　　答：變壓器的設計雖然通過理論計算，但因為磁芯，繞制方法等的差異性，仍需要多次試驗調整。一般是先計算原邊電感，根據(jù)輸出功率來選磁芯材料與骨架尺寸，然后根據(jù)手冊確定一些如磁芯截面積等參數(shù)等。單端設計變壓器就是要讓磁芯的磁通復位。

　　93． 使用TDS3032B和THS710示波器，怎樣將一次性隨機出現(xiàn)的信號完整地捕捉并存儲下來，然后重顯分析？

　　答：如果測的所謂隨機信號為一個單次信號，那么只要設置與該信號相匹配的垂直和水平刻度，調整好觸發(fā)電平，使用單次觸發(fā)等待信號出現(xiàn)即可，然后利用SAVE/RECALL將它存入ref里即可隨時調出；若是該信號為重復信號中出現(xiàn)的某種異常，則可先Autoset，然后將

　　獲取模式設為快速500點顯示，調整余輝至無限即可。

　　94． 開關電源在低溫下啟動（如：－20℃以下）有什么特殊的要求？

　　答：關鍵是器件選擇的溫度范圍。比如電容、MOSFET、二極管等等。

　　95． 開關電源總會有電磁輻射，同時越有可能受到其他電器設備的干擾。怎樣做才能達到期即不受其他電器的干擾，又有效地方志器向外輻射呢？

　　答：開關電源因工作在高電壓大電流的開關狀態(tài)下，其引起的電磁兼容性問題是相當復雜的。從整機的電磁兼容性講，主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場耦合、磁場耦合和電磁波耦合幾種。電磁兼容產生的三個要素為：干擾源、傳播途徑及受干擾體。共阻抗耦合主要是干擾源與受干擾體在電氣上存在共同阻抗，通過該阻抗使干擾信號進入受干擾對象。線間耦合主要是產生干擾電壓及干擾電流的導線或PCB線，因并行布線而產生的相互耦合。電場耦合主要是由于電位差的存在，產生的感應電場對受干擾體產生的耦合。

　　磁場耦合主要是大電流的脈沖電源線附近產生的低頻磁場對干擾對象產生的耦合。而電磁波耦合，主要是由于脈動的電壓或電流產生的高頻電磁波，通過空間向外輻射，對相應的受干擾體產生的耦合。實際上，每一種耦合方式是不能嚴格區(qū)分的，只是側重點不同而已。從電磁兼容性的三要素講，要解決開關電源的電磁兼容性，可從三個方面入手。

　　1）減小干擾源產生的干擾信號；

　　2）切斷干擾信號的傳播途徑；

　　3）增強受干擾體的抗干擾能力。

　　在解決開關電源內部的電磁兼容性時，可以綜合運用上述三個方法，

　　以成本效益比及實施的難易性為前提。對開關電源產生的對外干擾，如電源線諧波電流、電源線傳導干擾、電磁場輻射干擾等，只能用減小干擾源的方法來解決。

　　一方面，可以增強輸入輸出濾波電路的設計，改善有源功率因數(shù)校正（APFC）電路的性能減少開關管及整流續(xù)流二極管的電壓電流變化率，采用各種軟開關電路拓撲及控制方式等。

　　另一方面，加強機殼的屏蔽效果，改善機殼的縫隙泄漏，并進行良好的接地處理。而對外部的抗干擾能力，如浪涌、雷擊應優(yōu)化交流輸入及直流輸出端口的防雷能力。通常，對1.2/50μs開路電壓及8/20μs短路電流的組合雷擊波形，因能量較小，可采用氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管等的組合方法來解決。

　　減小開關電源的內部干擾，實現(xiàn)其自身的電磁兼容性，提高開關電源的穩(wěn)定性及可靠性，應從以下幾個方面入手：

　　注意數(shù)字電路與模擬電路PCB布線的正確區(qū)分、數(shù)字電路與模擬電路電源的正確去耦；

　　注意數(shù)字電路與模擬電路單點接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點接地以減小共阻干擾、減小地環(huán)的影響；

　　布線時注意相鄰線間的間距及信號性質，避免產生串擾；減小地線阻抗；減小高壓大電流線路特別是變壓器原邊與開關管、電源濾波電容電路所包圍的面積；

　　減小輸出整流電路及續(xù)流二極管電路與直流濾波電路所包圍的面積；減小變壓器的漏電感、濾波電感的分布電容；采用諧振頻率高的濾波電容器等。

　　TEK推出的功率測試方案就可以對電流諧波按EN61000-3-2標準進行預先一致性測試，

　　96． SOA測試是通過什么數(shù)據(jù)得到的，可以通過示波器的什么測量方法得到該數(shù)據(jù)？

　　答：SOA就是安全工作區(qū)域測量，它是用來判斷功率器件的可靠性的,當出現(xiàn)短路或啟動加電等時，超過安全工作區(qū)域的可能是僅有的幾個周期，而且這也是不易被察覺的，但器件受到的影響不至于損壞,但對器件來說也是一種積累，器件的裕量可能不夠了。

　　97． 用示波器如何測試抖動分量？

　　答：確定性抖動可以用示波器測量出來，在示波器上可以讀出上升/下降沿的時間寬度，根據(jù)信號周期可以換算成UIp-p即是抖動的峰值幅度，如下圖。更詳細的內容可以參考示波器廠家如泰克的相關資料。

　　98． 如何區(qū)分模擬帶寬和數(shù)字實時帶寬？

　　答：帶寬是示波器最重要的指標之一。模擬示波器的帶寬是一個固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實時帶寬兩種。數(shù)字示波器對重復信號采用順序采樣或隨機采樣技術所能達到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實時帶寬，數(shù)字實時帶寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術因子K相關（數(shù)字實時帶寬=最高數(shù)字化速率/K），一般并不作為一項指標直接給出。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復周期信號的測量，而數(shù)字實時帶寬則同時適合重復信號和單次信號的測量。廠家聲稱示波器的帶寬能達到多少兆，實際上指的是模擬帶寬，數(shù)字實時帶寬是要低于這個值的。例如說TEK公司的TES520B的帶寬為500MHz，實際上是指其模擬帶寬為500MHz，而最高數(shù)字實時帶寬只能達到400MHz遠低于模擬帶寬。所以在測量單次信號時，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實時帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。

　　99． 示波器是否可作為數(shù)字化儀使用？

　　答：最快的示波器和數(shù)字化儀通常都采用并行的閃速轉換器和8位的分辨率。8位或256級數(shù)字化足夠表達一個比較平滑和容易了解的波形顯示。因此，為何不用數(shù)字存儲示波器(DSO)作為數(shù)字化儀，特別對于高速信號，兩種儀器都難以獲得8位以上的分辨率。

　　事實上，這樣做的結果是滿意的，但是也有例外。示波器是非連續(xù)采集儀器而數(shù)字化儀可以不是那樣。示波器捕獲信號后再捕獲更多信號之前要有地方放置數(shù)據(jù)，除非采用類似電視幀速率的連續(xù)波形采集把數(shù)據(jù)存人像素映像。這樣的采集和等效顯示率很高，但數(shù)據(jù)格式使進一步的外部分析數(shù)據(jù)量非常巨大。

　　除上述特殊處理外，示波器只能以很低速度連續(xù)采集和顯示信號。數(shù)字化儀可獲得連續(xù)的100MS/s或更高的吞吐率，只受存儲器總線速度的限制。例如一種PCI總線的數(shù)字化插卡，數(shù)據(jù)傳輸率達到100MB/s，PCI總線可工作至66MS/s（132MB/s）。

　　示波器的吞吐率受較慢、低的I/O能力的數(shù)據(jù)處理速度的限制。速度較慢的數(shù)字化儀和數(shù)據(jù)記錄器可將數(shù)據(jù)直接寫人硬盤，存檔幾GB的數(shù)據(jù)，而示波器一般最高只有16MB。如果從另一方面看數(shù)據(jù)傳輸率，許多應用只需要捕捉偶發(fā)性數(shù)據(jù)，但這些突發(fā)信號可能很接近。這時快速地傳輸數(shù)據(jù)記錄就十分重要，這類信號有高重復脈沖頻率（PRF）的掃描雷達、時間分辨的超聲聲納、飛行時間的質譜儀、以及核子計數(shù)等應用。

　　100． 什么是組合示波器？

　　答：組合示波器是一種把模擬示波器和數(shù)字存儲示波器(DSO)兩者的能力和優(yōu)點結合在一起的示波器。當組合示波器被設置成DSO時，用戶可以用它來