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示波器测量是否精准,探头的选择与设置至关的重要

西安普科电子科技有限公司 2021-11-04

探头的作用至关重要,为实现测量的Z优结果,必须进行折中,特别是在进行高精度测量时。有时示波器标配的无源探头并不是实现Z佳精度的解决方案。

1、选择适当衰减比的探头。Z大限度地降低衰减,使信噪比达到Z优。在精确测量中,非常重要的一点使信号幅度达到Z大,同时使外部噪声达到Z小。探头选择是关键的第一步。

电压探头与示波器的输入阻抗构成电压分路器(如1X、10X、100X),会衰减输入信号。1X探头不会降低或衰减信号,10X探头则会把输入信号降低到原始信号幅度的1/10。示波器通过放大信号来补偿这种衰减,遗憾的是,示波器也会放大探头引入的任何噪声。从信噪比角度来看,Z优探头应该没有衰减或衰减很低的。

TPP0502高阻抗无源探头提供了500 MHz带宽,但只有2倍衰减

2、使用短地线。Z大限度地降低噪声耦合。所有电压测量都是相对于参考源进行的,这个参考源通常是“接地”。准确的测量,特别是低压测量,尤其依赖到参考电压的低阻抗路径。为使信号失真和引入噪声达到Z小,使用的接地线应尽量短。

尽管标准无源探头上的长地线会方便连接信号,但地线电感会与输入电容谐振,在快速边沿上导致振铃。由探头J端和地线构成的大环路面积会把噪声磁耦合到信号中。此外,地线的感性电抗与开关器件等噪声源接近,会把噪声耦合到信号中。Z好的解决方案是Z大限度地缩短地线长度,并尽可能接近信号端,把它连接到参考点上(如果条件允许建议使用接地弹簧)。

3、使用探头的硬件滤波。当选择某些有源探头时可以选择性使用内置探头滤波器降低噪声。许多有源差分电压探头或电流探头标配带宽滤波功能。有时为灵活起见,探头机身内置的带宽滤波功能提供了多种带宽设置。

在某些情况下,在选择其中一个带宽滤波器时,探头会与示波器通信,另外还会在示波器前端打开硬件滤波功能。这进一步降低了系统噪声,有助于提高系统的信噪比。滤掉不想要的噪声可以查看进一步细节,获得更高的测量分辨率。

左侧AC+DC信号。右侧去掉了DC分量,成比例缩放AC分量,以改善分辨率

4、使用探头的DC偏置来测试小的AC信号。在涉及大电压时,人身安全及设备可靠性至关重要,以便检验Z大电压完全落在测试系统的“绝对”或“非破坏”Z大输入指标内。此外,为准确测量,非常重要的一点是信号要保持在标称工作范围内(如有源探头的线性范围或动态范围内)

如果说接近低电平的小信号测量极具挑战性,那么测量位于大DC电压信号上的低压AC信号的难度则要大得多。在电源上进行纹波测量是这种应用的常见实例。进行DC 偏置可能会涉及探头设置以及示波器前端设置。在DC 偏置上测量低电压信号Z简单的技术是使用参考地电平的探头采集整个信号,然后测量AC分量 (图10左图)。DC偏置技术不允许AC、信号测量全面利用测量系统的动态范围,信噪比会很差。

总结:

随着电力电子技术,新材料及器件技术的高速发展,当今工程师面临着,更快,更小,更复杂信号的调试挑战。更加准确的测试不仅仅体现在测试设备本身的硬件指标,还要考虑整体的测试系统的性能。

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