當(dāng)實(shí)際信號(hào)的上升時(shí)間大于示波器上升時(shí)間的3倍時(shí),測(cè)量的精確度可達(dá)到5%,該精度是大多數(shù)研發(fā)人員折中的最佳選擇 。
對(duì)開(kāi)關(guān)電源而言,普通的開(kāi)關(guān)管一般是kHz級(jí)別的開(kāi)關(guān)頻率,上升時(shí)間一般都在100ns左右 。即使開(kāi)關(guān)管在30ns,1/3的上升時(shí)間是10ns,100MHz的示波器也能滿足要求,但新的一代 Cool Mos的上升時(shí)間是11ns ,下降時(shí)間是3ns ,這時(shí)至少需要350MHz帶寬的示波器 。
采樣率保證高的采樣,可以準(zhǔn)確捕獲一些尖峰 。必須注意,超過(guò)帶寬5 倍以上的采樣率可保證具有良好測(cè)量精度的采樣,并且測(cè)試脈沖波需在上升沿采樣3~5個(gè)點(diǎn) 。高采樣率減少了測(cè)試波形的失真 。
長(zhǎng)存儲(chǔ)深度可以保證在長(zhǎng)時(shí)基下信號(hào)的保真度 。在存儲(chǔ)深度一定的情況下,存儲(chǔ)速度越快,存儲(chǔ)時(shí)間就越短 。提高示波器的存儲(chǔ)深度可以間接提高示波器的采樣率:測(cè)量較長(zhǎng)時(shí)間的波形時(shí),由于存儲(chǔ)深度是固定的,所以只能通過(guò)降低采樣率來(lái)達(dá)到,但這樣勢(shì)必造成波形質(zhì)量的下降 。如果增大存儲(chǔ)深度,則可以以更高的采樣率來(lái)測(cè)量,以獲取不失真的波形 。
示波器第一關(guān)系式如下:
存儲(chǔ)深度 = 采樣率 × 采樣時(shí)間
探頭的選擇取決于測(cè)試的類(lèi)型以及相應(yīng)的范圍 。探頭對(duì)測(cè)試系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)下面一些影響:
- 探頭的帶寬對(duì)測(cè)量系統(tǒng)帶寬的影響:濾波效應(yīng)
- 探頭自身的電路對(duì)被測(cè)電路特性的影響:負(fù)載效應(yīng)/諧振效應(yīng)
- 探頭高、低頻電容的補(bǔ)償效應(yīng)
- 探頭地線的長(zhǎng)短,地線的位置、形狀,探頭擺放位置等引起的輻射耦合:天線效應(yīng)
- 有源探頭本身的噪聲影響:信噪比問(wèn)題
- 探頭的衰減比引起的噪聲同步放大:量化誤差問(wèn)題
- 探頭的衰減比隨工作年限而變化:電阻值的漂移問(wèn)題
- 探頭的接地環(huán)境引起的傳導(dǎo)耦合:接地是一個(gè)永恒的話題
- 浮地測(cè)量的是與非:接地是一個(gè)永恒的話題
- 探頭和探頭之間地環(huán)路的干擾問(wèn)題:接地是一個(gè)永恒的話題
在電源設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo),穩(wěn)壓電源本質(zhì)上是一個(gè)能輸出非常大電流的反饋放大器,所以適用于反饋放大器的理論同樣適用于穩(wěn)壓電源(以下簡(jiǎn)稱電源) 。根據(jù)反饋理論,一個(gè)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以通過(guò)其系統(tǒng)傳遞函數(shù)得出 。工程實(shí)踐中通常會(huì)使用環(huán)路增益的波特圖來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。
鄧立彬先生以鼎陽(yáng)示波器和信號(hào)源免費(fèi)的Bode Plot軟件為例,解釋了如何測(cè)量波特圖 。
這是一個(gè)典型的反饋系統(tǒng),系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)A是輸入x和輸出y的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式,環(huán)路增益T則是信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)路一周所得到的增益 。
我們可以畫(huà)出系統(tǒng)環(huán)路增益的波特圖來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的穩(wěn)定性,表達(dá)系統(tǒng)穩(wěn)定性常用的增益裕度和相位裕度指標(biāo)一般就是從這里得出的 。相位裕度指的是在增益降為1(或者0dB)的時(shí)候,相位距離-180°還有多少;增益裕度則是相位到達(dá)-180°的時(shí)候,增益比1(或者0dB)少了多少 。
在測(cè)量增益的時(shí)候斷開(kāi)環(huán)路行不行呢?現(xiàn)實(shí)中反饋環(huán)路往往起到了穩(wěn)定電路靜態(tài)工作點(diǎn)的作用,所以我們不能簡(jiǎn)單的把環(huán)路斷開(kāi)去測(cè)環(huán)路增益 。反饋環(huán)斷開(kāi)后,電路因?yàn)檩斎胧д{(diào)等原因,輸出會(huì)直接飽和,這種情況下無(wú)法進(jìn)行任何有意義的測(cè)量 。
為了維持閉環(huán),我們?cè)谧⑷朦c(diǎn)的位置插入一個(gè)很小的電阻而不是將環(huán)路在注入點(diǎn)斷開(kāi),注入信號(hào)通過(guò)該注入電阻注入到環(huán)路中去 。這個(gè)注入電阻的取值要足夠小,通常遠(yuǎn)
遠(yuǎn)小于反饋網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗,才能保證注入電阻對(duì)反饋環(huán)路的影響忽略不計(jì) 。
原則上信號(hào)的注入不能影響環(huán)路的靜態(tài)工作點(diǎn),為了解決現(xiàn)實(shí)電路中信號(hào)源和被測(cè)件共地的問(wèn)題,往往需要使用注入變壓器 。注入信號(hào)從注入電阻的一端注入到環(huán)路中,經(jīng)過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)、誤差放大器和功率晶體管到達(dá)輸出,也就是注入電阻的另一端 。這樣輸出信號(hào)y和注入信號(hào)i的數(shù)學(xué)關(guān)系就是我們要求的環(huán)路增益 。
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