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          示波器基礎系列之九 —— 關于高壓測試中電壓“測不準”問

          作者: 時間:2017-01-05 來源:網絡 收藏
          在拜訪電源客戶時,我們常常遇到這樣一個現象:測試高壓時不同品牌的示波器測試的結果差別很大。有一次對比測試中我們發(fā)現測試大約450V的MOSFET的Vds電壓,三臺示波器的最大差別有50V左右; 同一品牌不同型號的示波器差別也很大; 同樣的示波器不同探頭測量結果有時差別也很大。 對于電源客戶而言,MOSFET的電壓應力測試是一項關鍵指標,決定了電路的調試,電源的使用壽命,MOSFET器 件的選型等??蛻粢惶崞疬@個問題,我總說,我理解,我很理解,因為我在做電源工程師時也遇到同樣的問題,也為這問題苦惱過。我記得在寫測試報告時要標明是 用什么型號的示波器和什么序列號的探頭測試出來的結果。但我想很多電源工程師并不理解這個問題的理論根源,常常追問我,到底哪個結果可信?甚至有些很較真 的工程師用標準的AC Source來作為信號源來“計量”哪一臺示波器是準確的,但往往是很失望,沒有一臺示波器的結果能“相信”,有的有效值“測不準”,有的幅值“測不準”,有的峰峰值“測不準”,因為有效值和幅值之間存在2倍根號2的關系,沒有示波器測試出來的結果符合這個關系式,甚至有的客戶和我爭論一定是峰峰值滿足2倍根號2關系才對,幅值是不對的。因此,我早覺得是有寫一點東西來解釋這個問題的必要了。

          高壓“測不準”的原因其實很簡單,還是我常強調的四個因素:第一是示波器的量化誤差問題,第二是示波器的幅頻特性曲線的平坦度問題;第三是環(huán)境噪聲的干擾問題,第四是探頭的共模抑制比和快恢復特性問題。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201701/336529.htm

          1,量化誤差的概念

          (在之前的多篇文章中我們都談到了量化誤差對示波器測量的影響。為保持單獨這篇文章的完整性,我們還是重復一下這相關的解釋。)

          我們都知道,示波器的A/D只有8位,也就是說對于任何一個電壓值都只有256個0和1來重組,如果包括+/-符號位,示波器的數字量程是-128—+127。圖一很清楚地顯示了這種數字化采樣的原理,示波器的屏幕最頂部代表的是+127,中間代表的是0,最底部代表的是-128。這種原理就產生了使用示波器的第一原則:最小化量化誤差。這個原則告訴了我們使用示波器的一個常識,為獲得最接近于真實值的電壓值,應使垂直分辨率盡可能地小,使顯示的波形盡量占滿示波器的屏幕。

          圖二分別表示在1V/div和200mv/div的時候測試相同的信號的效果。在1V/div的時候,示波器的最小量化誤差是(1V*8)/256=31.25mv,這意味著小于31.25mV的信號是無法準確測量出來的。而對于高壓測量,假設量程是100V/div,示波器的量化誤差是800V/256=3.125V,這意味著小于3.125V的信號是無法準確測量出來的。


          圖一 量化誤差原理的解釋

          我常舉下面的更令人印象深刻的例子來說明量化誤差:將探頭的地和信號針直接相連懸在空中,比較量程為20mV/div和100V/div時的pk-pk值,其差異是多大?幾十伏的差異??!您現在就可以做這個實驗。這表示在100V/div時測試出來的20V的信號,實際上只有不到20mV! 所以對于測量800V的高壓, 20V的誤差是非常非常正常的! 50V也是非常正常的!


          圖二 在不同量程下的測試效果

          2,幅頻特性曲線平坦度問題

          就示波器的行業(yè)標準而言,示波器幅頻曲線距離理想響應的偏差允許達到+/-2dB,這對有些精確度要求很高的測量似乎是很不能接受的誤差范圍。因此,示波器并沒有在測量界定義為計量的工具,它只能說是調試的工具或測試的工具。

          此外,不同型號的示波器,不同品牌的示波器,其前端放大器的響應曲線也是有差別的,有的是高斯響應,有的是矩形響應,有的是四階貝塞爾響應。對于輸入相同頻率的信號,不同示波器的垂直參數的測量結果肯定是不一致的,不同垂直通道設置下的測量結果也應是不一致的。


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