Измерение пульсаций напряжения осциллографом: Измерение пульсаций источника питания

Разница между осциллографом и мультиметром

Разница между осциллографом и мультиметром

 

При измерениях напряжения, разница между осциллографом и цифровым мультиметром может очень просто быть выражена как «картинка vs цифры», то есть изображение против цифрового представления информации. 

 

Цифровой мультиметр является инструментом для проведения точных измерений прерывистых и дискретных сигналов, но он не предоставляет в визуальной форме эти  сигналы, а именно такие характеристики, как интенсивность сигналов, их форма и мгновенное значение, а также мультиметр не способен улавливать переходные или гармонические сигналы, которые в силах нанести серьёзный вред любой электронной системе.

 

В противоположность этому, осциллографы предоставляют значительно больший объём информации об измеряемых сигналах, чем на то способен цифровой мультиметр. Осциллограф отображает на экране значение волны в каждый её момент, а также форму, амплитуду (напряжение) и частоту.

Обладая информацией о переходных сигналах, несущих потенциальный вред электронной системе, имеется возможность их (сигналы) вовремя изолировать. Осциллограф также отображает на экране вероятные искажения и шумы в сигналах. 

 

Однако, если возникает необходимость в получении высокоточных параметров тока, напряжения, сопротивления и иных параметров на предмет того, имеет ли место короткое замыкание или разъединение между двумя и более точками, то мультиметр – наилучшее и самое эффективное решение для такого рода задач. Это именно то, что осциллографы делать не могут.  Некоторые мультиметры также способны измерять температуру (например, OWON B41T), а кроме того, большинство цифровых мультиметров значительно портативные, чем осциллографы.

 

Цифровые мультиметры и осциллографы обладают каждый своими собственными характеристиками и достоинствами, поэтому пользователи должны делать выбор исходя из тех задач, что стоят перед ними. 

Измерение шумов источника питания с помощью осциллографа — Компоненты и технологии

Современные полупроводниковые приборы отличаются высокой скоростью переключения, большей крутизной фронтов, большим числом активных выводов и малым размахом сигнала.

Введение

Повышение скорости переключения, крутизны фронтов и увеличение числа активных выводов корпуса приводит к увеличению наведенного коммутационного шума в источниках питания. В то же время повышается восприимчивость схем к шумам источника питания, поскольку снижение амплитуды сигнала приводит к сужению границ допустимых значений шума.

В результате конструкторы всех устройств — от сотовых телефонов до серверов — все больше уделяют внимание шумам источника питания. Как правило, для измерения шумов источников питания используются осциллографы реального времени, что связано с широкополосным характером этих шумов. В этой статье обсуждаются шумы источников питания и их измерение с помощью осциллографа Agilent серии Infiniium 8000.

«Шум»

В идеальном случае источник питания шуметь не должен, так почему же он шумит? Простой гауссовский шум, неизбежно порождаемый тепловыми процессами, в данном случае не является доминирующим. Главным источником шумов в большинстве цифровых схем являются процессы коммутации.

Импульсные источники питания порождают собственные шумы — как правило, на частотах, кратных рабочей частоте преобразователя. Кроме того, в момент переключения логических схем и формирователей импульсного сигнала возникают переходные токи, оказывающие дополнительную нагрузку на источник питания. Хотя такие переключения могут происходить в случайные моменты времени, они так или иначе привязаны к тактовой частоте системы. Поэтому их следует считать не столько «шумами», сколько «сигналами», накладывающимися на постоянное напряжение источника питания (рис. 1). Такой подход к рассмотрению шума значительно упрощает его анализ.

Проблемы, возникающие при измерении

Широкополосная природа шумов источника питания вынуждает исследователей использовать для его измерения осциллографы. Осциллографы дают уникальную возможность взглянуть на природу возникновения шума. Но, к сожалению, широкополосные цифровые осциллографы реального времени и осциллографические щупы обладают собственными шумами, которые следует учитывать. Если измеряемый уровень шума источника питания имеет тот же порядок, что и собственные шумы осциллографа и щупа, точное измерение шума сильно затрудняется.

Другую проблему представляет динамический диапазон. Сигнал источника питания привязан к постоянному напряжению. Небольшое переменное напряжение шума, наложенное на это постоянное напряжение, составляет обычно лишь очень малую его часть. Для многих осциллографов и щупов такое постоянное смещение может оказаться проблематичным, особенно при измерении с большой чувствительностью (для оптимального отображения шума при минимальном уровне шумов осциллографа).

Методы и передовой опыт измерений

Существует множество методов, позволяющих улучшить эффективность измерения шумов источника питания.

Оценка шумового вклада осциллографа и щупа

Очевидно, что для достижения максимальной точности измерения осциллограф и щуп должны обладать достаточно низким уровнем собственных шумов.

Природа собственных шумов осциллографа поясняется блок-схемой на рис. 2. В системе «щуп–осциллограф» присутствует два основных источника шума. С одной стороны, некоторый шум вносят входной усилитель и буферные схемы осциллографа, а с другой — обладает шумами усилитель щупа. Все осциллографы используют аттенюатор для установки вертикального размаха сигнала. Из-за этого аттенюатора шум осциллографа возрастает. Поэтому если аттенюатор установлен на любое значение, кроме 1:1 (соответствующее максимальной чувствительности осциллографа), отображаемый шум, приведенный к входному разъему осциллографа, будет расти. Например, возьмем осциллограф с собственной чувствительностью без аттенюатора 5 мВ/дел. Предположим, что при такой чувствительности он имеет собственный уровень шумов 500 мкВ (среднеквадратическое).

Чтобы снизить чувствительность до 50 мВ/дел., последовательно с входом осциллографа включается аттенюатор 10:1. При этом значение отображаемого шума, приведенное ко входу аттенюатора, будет равно 5 мВ среднеквадратического значения (500 мкВ умножить на 10).

Поэтому, во избежание нежелательного «усиления» собственных шумов осциллографа, нужно использовать диапазон с наибольшей чувствительностью. Шум, создаваемый щупом, попадает в систему до входного аттенюатора осциллографа, поэтому его вклад не зависит от коэффициента ослабления.

Всегда используйте дифференциальный щуп

В большинстве случаев шум щупа значительно превосходит шум осциллографа при максимальной чувствительности. Большинство источников питания без проблем выдерживают нагрузку 50 Ом входа осциллографа, так зачем же добавлять еще и шум щупа? Ответ кроется в динамическом диапазоне.

Чтобы сигнал оказался в центре экрана и в середине рабочей характеристики АЦП осциллографа при измерении шума источника питания напряжением 1,5 В, осциллограф должен обеспечить работу при смещении 1,5 В. Наиболее чувствительный диапазон, в котором осциллограф позволяет подать на вход смещение 1,5 В, равен 100 мВ/дел. В диапазоне 100 мВ/дел. шум осциллографа составляет ~3 мВ (среднеквадратическое).

К тому же в диапазоне 100 мВ/дел. измеряемый шум будет использовать лишь малую часть рабочей характеристики АЦП, что приведет к потере разрешения.

Если сам осциллограф способен работать с необходимым смещением лишь при минимальной чувствительности, ситуацию могут исправить возможности щупа. Используя активные щупы, работающие с большим уровнем смещения, можно достичь большей точности измерения и снизить влияние собственных шумов осциллографа. Активный дифференциальный щуп обеспечивает смещение сигнала на 1,5 В, позволяя тем самым использовать для измерения более чувствительный диапазон 10 мВ/дел. и получать более точные результаты.

Для решения проблемы динамического диапазона можно использовать также вход со связью по переменному току (если осциллограф это допускает). Если осциллограф имеет входное сопротивление 50 Ом, и инженер хочет использовать коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом и щуп с коэффициентом передачи 1:1, то для подключения сигнала по переменному току можно использовать включенный последовательно со входом разделительный конденсатор.

Разделительный конденсатор должен обеспечивать измерение минимальной частоты шумового спектра. Недостатком подключения по переменному току является то, что оно не позволяет наблюдать медленный дрейф напряжения источника питания.

Анализ с помощью быстрого преобразования Фурье

Большинство цифровых осциллографов реального времени имеют функцию быстрого преобразования Фурье (FFT). После каждого запуска осциллограф может обработать конечный фрагмент сигнала, длительность которого определяется объемом памяти и частотой дискретизации осциллографа. Разрешение сигнала в частотной области, которое получается с помощью FFT, определяется уравнением:

Чтобы увидеть в FFT предполагаемый источник шума, объем памяти должен быть достаточно большим для захвата достаточного числа отсчетов. Например, если импульсный источник питания работает на частоте 33 кГц, нужно захватить сигнал длительностью 1/(33 кГц), то есть 30 мкс. При частоте дискретизации 20 × 10⁹ отсчетов/с это эквивалентно 600 000 ячеек памяти.

В цифровых запоминающих осциллографах серии 8000 и осциллографах серии DSO 80 000 компании Agilent функция FFT работает только с данными, видимыми на экране. Чтобы увидеть минимальные частоты для выбранного объема памяти и частоты дискретизации, скорость развертки надо установить так, чтобы вся память оказалась на экране. Это очень легко определить по расположенному над шкалой индикатору памяти.

Анализ FFT позволяет глубже исследовать свойства сигнала. Он обеспечивает быстрый анализ источников шума. Например, если устройство содержит блок питания с частотой преобразования 33 кГц и тактовый генератор 500 МГц, пики наблюдаются на частоте 33 кГц и на частотах, кратных 500 МГц. Относительная амплитуда этих пиков позволяет в первом приближении оценить вносимый ими уровень шума.

На рис. 3 показаны результаты анализа FFT, где кроме белого шума видны еще две составляющие. Одна из них лежит на частоте 49,5 МГц, а другая — на частоте 500 МГц.

Другой способ повышения заметности пиков заключается в усреднении FFT. Истинно случайный шум существенно подавляется при усреднении FFT, что позволяет выделять из шума очень слабые сигналы.

Синхронизация с предполагаемыми источниками и применение усреднения для подавления некоррелированного шума

В некоторых случаях удается засинхронизироваться с сигналом, совпадающим по фазе с источником неслучайного шума, и затем использовать усреднение. Усреднение позволяет уменьшить или подавить все компоненты, не коррелирующие с синхросигналом. Таким образом можно выделять компоненты сигнала, которые в противном случае маскировались бы случайным шумом самого источника питания или осциллографа и щупа.

На рис. 4 показан пример синхронизации от сигнала прямоугольной формы. Сигнал прямоугольной формы может представлять, например, шум коммутации, возникающий на выходах мощных каскадов или в результате других переходных процессов в цепи нагрузки. Шумовые составляющие, относящиеся к сигналу синхронизации, хорошо видны на фоне других шумов.

Заключение

Измерение шумов источников питания порождает определенные проблемы. Благодаря присущей ему широкой полосе, оптимальным прибором для таких измерений является осциллограф. В этой статье перечислены некоторые методы, которые можно использовать для таких измерений. При условии правильного выбора осциллографа и щупа эти методы позволяют эффективно измерять шум источников питания.

Литература

1. Суть и применение смещения в активных щупах InfiniiMax. Указания по применению 5988-9264EN.
2. Сравнение параметров дифференциальных и несимметричных активных датчиков напряжения. Указания по применению 5988-8006EN.
3. www.agilent.com/find/scopes

7 типичных ошибок при использовании осциллографических пробников

17 Июня 2019

Введение

Для повышения качества измерений очень важно понимать, на что следует обращать внимание при использовании осциллографических пробников.

Если бы мы жили в идеальном мире, все пробники представляли бы собой не влияющие на сигнал проводники, подключаемые к схеме и имеющие бесконечное входное сопротивление с нулевой емкостью и нулевой индуктивностью. Они в точности воспроизводили бы измеряемый сигнал. Однако на практике все пробники создают нагрузку на измеряемую цепь. Резистивные, емкостные и индуктивные компоненты пробника могут изменять оклик испытуемой цепи.

Цепи бывают разные, и наборы их электрических характеристик различаются. Поэтому при любых испытаниях устройств с помощью пробников требуется учитывать параметры самих пробников и выбирать тот, который окажет минимальное влияние на результаты измерения. Сюда входят все компоненты — от входного разъема осциллографа и кабеля до точки подключения пробника к испытуемому устройству, включая все принадлежности, дополнительные кабели и паяные соединения для обеспечения контакта с точкой измерения.

В этой публикации мы предлагаем ознакомиться с типичными ошибками при проведении испытаний и практическими рекомендациями, позволяющими повысить точность результатов измерений.

Электрические характеристики пробника влияют как на результаты измерений, так и на работу разрабатываемой схемы. Чтобы получить достоверные результаты измерений, необходимо свести это влияние к допустимому минимуму.

Ошибка 1. Невыполнение калибровки пробника

Перед отправкой пробников заказчикам выполняется их общая калибровка, однако такие пробники не откалиброваны для использования в качестве входных устройств конкретного осциллографа. Если не откалибровать их для работы на входе конкретного осциллографа, результаты измерений будут неточными.

Активные пробники

Если не откалибровать активные пробники для конкретного осциллографа, то возникнут расхождения в результатах измерения напряжения по вертикали и временных параметров нарастающих фронтов (а также, возможно, определенные искажения). Большинство осциллографов оснащается выходом опорного сигнала или вспомогательными выходами, для которых прилагаются инструкции по их использованию при калибровке пробников.

На рис. 1 представлен сигнал с частотой 50 МГц, подаваемый на первый входной канал (желтая осциллограмма) осциллографа через кабель SMA и переход. Зеленая осциллограмма — это тот же сигнал, подаваемый через активный пробник на второй входной канал. Заметьте, что пиковое значение сигнала на первом входном канале составляет 1,04 В_{пик-пик}, тогда как это же значение для сигнала на втором канале — 965 мВ. Кроме того, сдвиг по фазе между первым и вторым каналами составляет такую значительную величину, как 3 мс. Соответственно, значения времени нарастания совершенно не совпадают.

Рис. 1. Сигнал на выходе генератора и сигнал, полученный с помощью пробника

После калибровки этого пробника результаты значительно улучшатся. На рис. 2 представлены результаты после правильной калибровки по амплитуде и времени. Теперь отображается правильное значение амплитуды — 972 мВ_{пик-пик}, а сдвиг по фазе скорректирован таким образом, что значения времени нарастания совпадают.

Рис. 2. Результаты после калибровки по амплитуде и времени

Чтобы получить наиболее точное представление об исследуемом сигнале, откалибруйте измерительные пробники для работы совместно с осциллографом.

Пассивные пробники

Можно отрегулировать подстроечный конденсатор пробника для компенсации в точном соответствии с входными параметрами используемого осциллографа. Большинство осциллографов оснащается выходом прямоугольного сигнала для калибровки и использования в качестве опорного сигнала. Подключите пассивный пробник к этому выходу и убедитесь, что сигнал имеет прямоугольную форму. При необходимости отрегулируйте подстроечный конденсатор пробника, чтобы устранить любые отрицательные и положительные выбросы перед фронтом сигнала.

Совет. У осциллографа может иметься функция регулировки компенсации пробника. В противном случае это можно выполнить вручную.

Ошибка 2. Увеличение нагрузки пробника

При подключении пробника к осциллографу и испытуемому устройству пробник становится неотъемлемой частью цепи. Создаваемая пробником резистивная, емкостная и индуктивная нагрузка влияет на сигнал, отображаемый на экране вашего измерительного прибора. В результате такой нагрузки могут измениться рабочие характеристики испытуемой цепи. Понимание вопросов влияния этой нагрузки поможет избежать ошибок, связанных с неправильным выбором пробников для определенных цепей и систем. У пробников имеется резистивная, емкостная и индуктивная составляющие нагрузки, как показано на рис. 3.

Рис 3. Стандартная электрическая схема пробника

Для подключения к труднодоступной точке могут потребоваться дополнительные длинные провода и кабели. Однако добавление принадлежностей или наконечников пробников может сузить полосу пропускания, повысить нагрузку и вызвать нелинейность амплитудно-частотной характеристики.

Как правило, увеличение длины входных кабелей и проводов до наконечника пробника приводит к пропорциональному сужению полосы пропускания. Это может не оказывать заметного влияния на результаты измерений при узкой полосе пропускания, однако при выборе наконечников пробников и принадлежностей для измерений с широкой полосой пропускания, особенно на частотах выше 1 ГГц, следует быть внимательным. При сужении полосы пропускания пробника теряется возможность измерения параметров сигналов с малым временем нарастания. На рис. 4 показано, как с увеличением длины принадлежностей ухудшаются показатели времени нарастания сигнала, отображаемого на экране осциллографа. Для достижения максимальной точности результатов измерений предпочтительно использовать кабели минимальной длины.

Рис. 4. Влияние соединительных проводников пробника различной длины

Используйте кабели минимально возможной длины для сохранения полосы пропускания и точности результатов измерений.

Также обязательно следует использовать провода заземления минимальной длины, поскольку с увеличением их протяженности возрастает добавляемая ими индуктивность. Использование проводов заземления минимальной длины и выбор точки их подключения максимально близко к точке заземления системы позволит обеспечить точность и повторяемость результатов измерений.

Совет. Если вам абсолютно необходимо использовать дополнительный проводник от наконечника пробника для подключения к труднодоступным точкам, подключите к наконечнику дополнительный резистор для демпфирования резонансных явлений, вызванных данным проводником. Хотя это и не поможет избежать сужения полосы пропускания, вызванного дополнительными длинными соединительными кабелями, амплитудночастотная характеристика будет более плоской. Для определения нужного номинала резистора проанализируйте с помощью осциллографа заранее известный сигнал прямоугольной формы, например опорный сигнал на выходе устройства. При правильном выборе номинала резистора будет отображаться неискаженный прямоугольный сигнал (за исключением возможного сужения полосы пропускания). При наличии в сигнале переходного процесса в виде затухающих колебаний увеличьте номинал резистора. Для несимметричных пробников требуется только один резистор на наконечнике пробника. Для дифференциальных пробников требуется два резистора — по одному на каждый провод.

Используйте резистор для демпфирования импульсных искажений, вызванных протяженными кабелями пробника.

Рис. 5. Добавление резистора к наконечнику пробника может сократить резонансные явления, вызванные длинными кабелями, переходные процессы в виде затухающих колебаний и выбросы на фронте импульса. Однако это не может предотвратить сужение полосы пропускания из-за дополнительной длины кабелей.

Ошибка 3. Неполное использование возможностей дифференциальных пробников

Многие считают, что дифференциальные пробники предназначены исключительно для анализа дифференциальных сигналов. На самом деле дифференциальные пробники также позволяют анализировать несимметричные сигналы. Это позволяет ускорить проведение испытаний, сократить затраты и повысить точность результатов измерений. Максимально используйте преимущества дифференциального пробника и добейтесь наивысшей достоверности результатов измерений.

Дифференциальные пробники позволяют выполнять те же измерения, что и несимметричные пробники. Однако подавление синфазных сигналов на обоих входах дифференциального пробника способствует значительному снижению уровня шума при измерениях. Это дает более точное представление сигналов испытуемого устройства (ИУ) и не введет вас в заблуждение случайным шумом, добавляемым аксессуаром.

На рис. 6 (на следующей странице) представлен сигнал, полученный с помощью несимметричного пробника (синяя осциллограмма), а на рис. 7 — сигнал, полученный с помощью дифференциального пробника. На синей осциллограмме, полученной с помощью несимметричного пробника, заметен гораздо более высокий уровень шумов по сравнению с красной осциллограммой, соответствующей результату анализа сигнала с помощью дифференциального пробника. Это вызвано слабым подавлением синфазных помех при использовании несимметричного пробника.

Дифференциальные пробники позволяют выполнять те же измерения, что и несимметричные пробники, но с гораздо меньшим уровнем шума благодаря подавлению синфазных помех.

Рис. 6. Измерение с помощью несимметричного пробника

Рис. 7. Измерение с помощью дифференциального пробника

Ошибка 4. Неправильный выбор токового пробника

При измерениях больших и малых токов требуется проанализировать различные особенности сигнала. Для этого необходимо определить, какой именно токовый пробник требуется для конкретного случая, и учитывать возможные последствия выбора неправильного пробника.

Сильноточные измерения

Для сильноточных измерений (от 10 до 3000 А) использовать токовый пробник, обхватывающий проводник, следует только в тех случаях, когда испытуемое устройство имеет достаточно малые размеры для оригинального зажима пробника. Инженерам, применяющим пробники такого типа, приходится проявлять изобретательность и использовать дополнительные кабели к пробнику, чтобы измерить параметры сигналов устройств, не умещающихся в наконечнике. Однако это может привести к изменениям результатов измерений параметров ИУ. Гораздо предпочтительнее будет выбрать подходящие инструменты для работы.

Рис. 8. Наконечник пробника типа пояса Роговского, установленный на компонент устройства

Наилучшее решение — использование пробника для сильноточных измерений с гибкой петлей головки. Эту гибкую петлю можно изогнуть вокруг любого устройства. Такой тип пробников называется поясом Роговского. Он позволяет анализировать устройства без добавления компонентов с не известными заранее характеристиками, поддерживая высокий уровень целостности сигналов при измерениях. Кроме того, он позволяет измерять большие токи в диапазоне от единиц миллиампер до сотен тысяч ампер. Но необходимо убедиться в том, что измеряется только переменный ток, постоянные составляющие которого отсечены. Такие пробники также обладают более низкой чувствительностью по сравнению с некоторыми другими токовыми пробниками. Обычно это не представляет проблему при сильноточных измерениях. При слаботочных измерениях более важными аспектами становятся чувствительность и анализ постоянных составляющих. Учтите, что способы, используемые при измерениях одного типа, могут не действовать при измерениях другого типа.

Используйте высокоточные пробники, подходящие для измерений параметров ИУ.

Слаботочные измерения

При измерениях тока в устройствах с питанием от батареи динамический диапазон может значительно различаться. Когда устройство с питанием от батарей работает в режиме ожидания или выполнения фоновых задач, пиковые значения тока могут быть незначительными. Если устройство переключается в более активный режим работы, пиковые значения тока могут значительно возрастать. При использовании вертикальной шкалы осциллографа с большим шагом можно измерять сигналы большой амплитуды. Однако при этом на фоне шумов будут утеряны сигналы с небольшим уровнем тока. С другой стороны, при использовании мелкой вертикальной шкалы сильные сигналы будут ограничиваться, и результаты измерения будут искажены и недостоверны.

Выберите токовый пробник, который не только способен измерять сигналы в диапазоне от единиц микроампер до нескольких ампер, но и с несколькими усилителями с регулируемым коэффициентом усиления для анализа как мощных, так и слабых отклонений тока. Два встроенных в пробник усилителя с регулируемым коэффициентом усиления позволяют увеличивать масштаб для анализа малых отклонений тока и уменьшать его для анализа мощных выбросов тока (см. рис. 9).

Рис. 9. Токовые пробники с двумя усилителями с настраиваемым коэффициентом усиления позволяют одновременно анализировать как большие, так и малые токи. В этом примере представлены высокочувствительные токовые пробники Keysight N2820A/21A.

Используйте слаботочный токовый пробник с достаточной чувствительностью и динамическим диапазоном для всестороннего детального анализа сигнала.

Ошибка 5. Ошибки со смещением по постоянному току при измерениях пульсаций и уровня шума

Пульсации и помехи источников питания постоянного тока состоят из слабых составляющих переменного тока на фоне относительно мощного сигнала постоянного тока. При высоком уровне смещения по постоянному току может потребоваться использование настройки масштаба осциллографа с большим шагом по напряжению, чтобы анализируемый сигнал уместился в видимой области экрана. При этом уменьшается чувствительность измерений и возрастают шумы относительно амплитуды переменных составляющих сигнала. Это означает, что вы не сможете получить точное представление обо всех переменных составляющих сигнала.

Если для решения этой проблемы воспользоваться конденсатором, блокирующим постоянную составляющую сигнала, то неминуемо окажутся отсеченными определенные низкочастотные составляющие, что воспрепятствует анализу реального сигнала устройства со всеми его составляющими.

Для центрирования изображения сигнала на экране прибора без применения конденсатора, блокирующего постоянную составляющую сигнала, воспользуйтесь пробником шин питания с достаточным запасом по смещению для постоянной составляющей. Это позволит уместить на экране всю осциллограмму сигнала при сохранении небольших вертикальных настроек и увеличенного масштаба. Такие настройки позволяют детально анализировать переходные процессы, пульсации и помехи.

Использование пробника шин питания с большим запасом по смещению для постоянной составляющей позволяет детально анализировать переходные процессы, пульсации и помехи без отсечения постоянной составляющей сигналов.

Ошибка 6. Неизвестные ограничения по полосе пропускания

Выбор пробника с соответствующей полосой пропускания критически важен для выполнения измерений. При неправильно подобранной полосе пропускания возникают искажения сигнала, затрудняющие проведение испытаний и отладку устройств.

Согласно широко принятой формуле для определения полосы пропускания, произведение ее значения и значения времени нарастания фронта от уровня 10 % до уровня 90 % должно составлять 0,35.

Полоса пропускания x Время нарастания_фронта = 0,35

Важно заметить, что также необходимо учитывать полосу пропускания всей используемой системы. Для определения общей полосы пропускания всей системы следует принимать во внимание как полосу пропускания пробника, так и полосу пропускания осциллографа. Ниже представлена формула для расчета полосы пропускания системы.

Допустим, полоса пропускания и осциллографа, и пробника составляет 500 МГц. Значение полосы пропускания системы, полученное с помощью приведенной выше формулы, составит лишь 353 МГц. Можно заметить, что полоса пропускания системы значительно уже по сравнению с двумя отдельными значениями полосы пропускания пробника и осциллографа.

Теперь представим, что полоса пропускания пробника составляет всего 300 МГц, а осциллографа — по-прежнему 500 МГц. В этом случае, согласно приведенной выше формуле, полоса пропускания системы будет еще более узкой и составит 257 МГц.

Пробник и осциллограф образуют единую систему и совместно оказывают более заметное совместное влияние на полосу пропускания, чем по отдельности.

Ошибка 7. Влияние скрытых шумов

Шумы испытуемого устройства могут усиливаться собственными шумами пробника и осциллографа. При выборе соответствующего пробника с правильным коэффициентом ослабления для конкретного применения можно снизить шумы, добавляемые пробником и осциллографом. В результате представление сигнала от испытуемого устройства будет более четким.

Простой способ оценить шумы пробника — проверить значения коэффициента ослабления и уровня шумов пробника, указанные в его техническом описании или руководстве по эксплуатации.

Многие производители пробников при указании значения их шумов используют показатель эквивалентного входного шума (equivalent input noise, EIN), который измеряется в единицах среднеквадратического напряжения. Более высокие значения коэффициента ослабления позволяют измерять сигналы большей амплитуды, однако при этом цифровой осциллограф усиливает слабые сигналы вместе с шумами. Для иллюстрации этого эффекта на рис. 10 представлен завышенный уровень шумов при использовании пробника с коэффициентом ослабления 10:1 (зеленая осциллограмма).

Рис 10. Синусоидальный сигнал с уровнем 50 мВ_{пик-пик}, измеренный с помощью пробников с коэффициентом ослабления 1:1 и 10:1

Заключение

Все электрические цепи и условия измерений отличаются друг от друга. Один пробник для осциллографа в определенных условиях может работать, а другой — нет. При определенных обстоятельствах могут потребоваться дополнительные принадлежности. В других случаях необходимо обеспечить непосредственное соединение минимальной длины с испытуемым устройством. Некоторые подходы оказывают меньшее влияние на результаты испытаний, чем другие. Важно понимать, какие именно средства и методы позволят обеспечить максимально точные результаты в каждом конкретном случае.

Надеемся, что описание приведенных выше типичных ошибок, совершаемых инженерами при работе с пробниками, поможет выбрать оптимальные средства измерений для решения ваших задач.

Измерение пульсаций света при помощи осциллографа — 13 Декабря 2015

Исследования воздействия пульсирующего света на организм человека, которые проводились с середины 20 века, показали, в частности, что мозг человека воспринимает пульсации света, частотой до 300 Гц. В ходе проведения  экспериментов было установлено, что при уровне пульсаций света 5-8% уже возникают признаки расстройства нормальной электрической активности мозга, а пульсации, глубиной 20%, вызывают такой же уровень расстройств нормальной активности мозга, как и пульсации освещенности с глубиной 100%. Также была определена критическая частота пульсаций света 300 Гц, выше которой человеческий организм воспринимает пульсирующий свет как постоянный. 

Видимые глазом пульсации освещенности вызывают прямое зрительное раздражение, мы их ощущаем, они доставляют дискомфорт, утомляют зрение, нервную систему и мозг. Однако мы их видим и пытаемся сознательно или на уровне подсознания бороться с ними – ограничивать время пребывания в помещениях с пульсирующим светом, рефлекторно настраиваем зрение и мозг на ограничение влияния таких пульсаций, в конце концов меняем раздражающую нас лампу или светильник на другую, с отсутствующими пульсациями. Таким образом, вред или, по крайней мере, дискомфорт от видимых пульсаций мы хорошо ощущаем и, по мере возможности, боремся с ними.

Начиная с частот 60-80Гц (зависит от индивидуальных особенностей человека) мы перестаем визуально ощущать воздействие пульсаций освещенности – мы их не видим. Такая частота называется критической частотой слияния мельканий (КЧСМ). То есть наш мозг не успевает обрабатывать поступающую информацию об изменениях интенсивности светового потока. Однако, эти пульсации освещенности детектируются зрительными рецепторами, но не обрабатываются как визуальная информация и воздействуют напрямую на работу прочих отделов мозга. В конечном итоге, высокочастотные пульсации света влияют на гормональный фон человека, суточные биоритмы и связанные с ними работоспособность, утомляемость, эмоциональное самочувствие.

При длительном воздействии пульсации освещенности могут приводить уже к хроническим заболеваниям не только органов зрения, но и сердечно-сосудистой и нервной системы. То есть, мы видим, что требования к уровню пульсаций освещения возникли не на пустом месте и задолго до появления современных источников света.

Можно обобщить, что пульсации освещенности, частотой до 300 Гц, на рабочих местах не должны превышать 20%, а в некоторых случаях (при работе с ПЭВМ) – 5%. В местах временного пребывания (коридоры, лестницы, переходы и т.п.) уровень пульсации не нормируется. Также не нормируются пульсации освещенности, частота которых превышает 300 Гц.

 

При помощи осцилографа и простенькой схемы можно измерить коэффициент пульсаций света, что будет соответствовать ГОСТ Р 54945-2012, где в приложении Г описана методика измерения коэффициента пульсации света с помощью осцилографа. И приведена блок схема:

И формула для расчёта.

Где E_мин, Е_макс – минимальные и максимальные амплитудные значения по осциллограмме.
E_ср – интегральное среднее за период. Однако, до недавнего времени, для расчетов коэффициента пульсации в качестве Еср часто использовали среднеарифметическое значение:

тогда формула для расчета пульсаций освещенности принимает вид:

 

 

 

 

Берем фотодиод, шунтируем его резистором 1KOm и подключаем к осцилографу.

И производим расчёты

Кп=(Umax-Umin)*100/ (Umax+Umin)
Кп=(436-236)х100 / (436+236)
Кп=29,76%

С таким коэффициентом пульсации можно использовать только в местах временного пребывания.

 

Оценка пульсаций сетевого USB адаптера (ЗУ) без осциллографа.

Написано специально для mysku.ru к Первому апреля!
На муське много обзоров сетевых китайских зарядок. Часть из них написана местными профи и описание характеристик в этих обзорах, как правило, исчерпывающее. Но так бывает не всегда.
Иногда можно увидеть много картинок и внутренностей и всяких измерений и при всем при этом не получить никакого представления о качестве зарядки и разумности покупки.
Поэтому, ни в коей мере не покушаясь на свободу творчества будущих авторов, напомню, что основной ( и почти полной) характеристикой любого блока питания является его выходная вольт-амперная характеристика. То есть, очень хорошо, если в обзоре адаптера присутствует вот какая-то такая картинка: . О чем эта картинка не «говорит», так это об уровне пульсаций выходного напряжения. Если дома есть осциллограф, то измерить размах пульсаций при разных токах нагрузки — не проблема. А если осциллографа нет? Тема актуальна даже не для написания обзора, а просто для того чтобы произвести дома отбраковку из десятков накопившихся китайских зарядок.
Грубую (но вполне практичную) оценку пригодности адаптеров можно произвести «прибором» из десяти деталек. Схемы подобных милливольтметров неоднократно печатались в журнале «Радио»,
(Степанов Б., ВЧ головка к цифровому мультиметру. — Радио, 2006, № 8, с. 58, 59.
Степанов Б., ВЧ вольтметр на диоде Шоттки. — Радио, 2008, № 1, с. 61, 62.). Отличие данной конструкции — наличие двух разъемов USB, что позволяет включить милливольтметр между USB адаптером и нагрузкой, так же как включаются многочисленные «USB-Доктора».

Сделать можно за полчаса. Микроамперметры годятся чувствительные и высокоомные ( 10…50 мкА, 1….2 кОм). Диод Шоттки — любой низковольтный (SS12….SS14, SS32…SS34, 1N5817….1N5819). Милливольтметр — с двумя пределами: 500 мВ и 1,5 В. Но это для синусоидального сигнала. Для пульсаций неизвестной формы — приборчик работает просто как индикатор наличия. Частотный диапазон милливольтметра 300 Гц….1,5 Мгц, чего вполне достаточно для любых импульсных преобразователей. Стрелка начинает «шевелиться» при уровне пульсаций около 30 мВ (отклонение от нуля на 1..2 толщины стрелки). Если стрелка не двигается, значит проверяется хороший фирменный адаптер ( Эппл, Самсунг). На большинстве китайских адаптеров отклонение вполне заметно. А на отдельных (особо «качественных») адаптерах на максимальных токах нагрузки (1,5…3,0А) приходится переключаться на второй диапазон ( 1,5 вольта). Максимально допустимое входное напряжение зависит от параметров керамических конденсаторов и диода Шоттки. То есть, оценить уровень пульсаций можно практически на любой современной ( до QC3, 20V) зарядке.
Примечание: медные «пружинки» — просто держат кабель USB, это не индуктивности, хотя и похожи. :-).

Дополнительная информация

=============================
Дополнение 31.03.2018:
Несколько фотографий для иллюстрации работы индикатора.
На примере белого адаптера с зеленой полоской (в заголовке топика). Адаптер куплен на Али: Почти 15 тысяч заказов и 12 тысяч отзывов, а адаптер-то хреновенький! Вот и верь после этого «общественному мнению».
Первые три фотографии относятся к адаптеру в исходном состоянии. Ток нагрузки — 1 ампер. Размах пульсаций по осцилограмме — уже вольт! На 2-х амперах пульсации еще больше (ближе к 1,5 вольтам), я уж не стал снимать, чтобы не шокировать народ.



Еще три фото — такой же адаптер, но после доработки ( LC фильтр на выходе, емкость танталовых электролитов — 200 мкФ), нагрузка 2 ампера.



Индикатор работает! 🙂
============================
Еще одно дополнение про адаптер с зеленой подсветкой.
Я уже давно не действующий (эпизодический) электронщик. Поэтому всякие новые детальки не отслеживаю. Но в этом адаптере обнаружил новую (для меня) деталь, о существовании которой даже представления не имел. Когда разобрал, не обратил внимания — ну стоит какой-то плоский «Шоттки» мало-ли у китайцев корпусов всяких.

Этот адаптер, вообще-то, способен какое-то время выдавать больше трех ампер, но греется при этом страшно! Как раз диод и греется. Вот я решил «улучшить» схему и впаял на это место два трехамперных диода SS34. Результат получился забавный. Оба диода отпаялись секунд через 20…30 и отвалились с печатной платы. Температурная защита сработать не успела, плата была не в корпусе. Тут уж мне стало интересно и я полез смотреть что это за «8A45SP». Оказалось, что это называется SUPER BARRIER RECTIFIER (SBR) SBR8A45SP5 фирмы «Diodes». На 8 ампер! Судя по описанию — это какой-то мутант из быстрых диодов и диодов Шоттки. Но один параметр впечатляет! Прямое падение при токе 8 ампер — 0,52 В (при 125 градусах). Это чуть лучше чем у «абстрактного» 8-амперного Шоттки. По-видимому есть и какая-то скрытая «засада» с этими SUPER BARRIER RECTIFIER. Потому-что непонятно, если они такие классные, чего они только у «Dio

Измерения осциллографом

Измерения осциллографом, как пользоваться осциллографом

Осциллограф — это эффективный современный прибор, предназначенный для измерения частотных параметров электрического тока во времени и позволяющий отображать их в графическом виде на мониторе, либо фиксировать их с помощью самопишущих устройств. Он позволяет измерять такие характеристики электрического тока внутри цепи, как его сила, напряжение, частота и угол фазового сдвига.

Зачем нужен осциллограф?

Нет лаборатории, которая смогла бы функционировать долго без измерительных приборов или источников сигналов, токов и напряжения. Если же в планах заняться проектированием или созданием высокочастотных устройств (особенно серьёзной вычислительной техники, скажем, инверторных блоков питания), тогда осциллограф — это отнюдь не роскошь, а необходимость.

Особенно же хорош он тем, что помогает визуально определить форму у сигнала. Чаще всего именно такая форма хорошо показывает, что именно происходит в измеряемой цепи.

Центром всяких осциллографов выступает электронно-лучевая трубка. Можно сказать, что она вроде радиолампы, внутри, соответственно, вакуум.

Катод осуществляет выброс электронов. Установленная фокусирующая система создаёт тоненький луч из излучаемых заряженных частиц. Специальный слой люминофора покрывает весь экран внутри. Под воздействием заряженного пучка электронов возникает свечение. Наблюдая снаружи, можно заметить по центру светящуюся точку. Лучевая трубка укомплектована двумя парами пластин, которые управляют созданным таким образом лучом. Работа электронного луча осуществляется в направлениях, находящихся перпендикулярно. В итоге получаются две управляющие системы, которые создают на экране синусоиду, в которой вертикаль обозначает величину напряжения, а горизонталь — период времени. Таким образом, можно наблюдать параметры поданного на прибор напряжения в определённых временных промежутках. В зависимости от типа подаваемого на осциллограф сигнала с его помощью возможно измерение не только параметров напряжения, но и других величин того или иного тестируемого агрегата.

Какими они бывают

В настоящее время распространены осциллографы двух типов — аналоговый и цифровой (последний отличается большим удобством, расширенными функциями и зачастую более точен). Оба они работают по одинаковому принципу, и указанные ниже способы измерения физических величин могут применяться на любых моделях этого прибора.

Правильное подключение

При проведении измерений важно правильное подключение прибора к измеряемому участку цепи. Осциллограф имеет два выхода с подключаемыми к ним клеммами или щупами. Одна клемма — фазовая, она соединена с усилителем вертикального отклонения луча. Другая — земля, соединенная с корпусом прибора. На большинстве современных приборов фазовый провод заканчивается щупом либо миниатюрным зажимом, а земля — небольшим зажимом типа «крокодил» (см. фото)

На осциллографах советского производства и некоторых российских моделях оба щупа одинаковы, различить их можно либо по значку «земля» на соответствующем проводе, либо по длине — фазовый провод короче. Подключаются они к входам осциллографа, как правило, стандартным штекером (см. рисунок)

Если маркировка отсутствует, а по внешним признакам выяснить, где какой щуп, не удалось, то проводят простой тест. Одной рукой дотрагиваются до одного щупа, при этом другую руку держат в воздухе, не прикасаясь ни к чему. Если этот щуп идет на фазовый вход, то на мониторе появятся заметные помехи (см. рисунок). Они представляют собой значительно искаженную синусоиду с частотой 50 Герц. Если щуп идет к «земле», то монитор останется без изменений.

При подключении осциллографа на измеряемый участок цепи, не имеющий общего провода, щуп «земля» может быть подключен к каждой из измеряемых точек. Если общий провод имеется (это точка, соединенная с корпусом прибора либо заземленная и условно имеющая «нулевой» потенциал), то «землю» предпочтительнее подключать к ней. Если этого не сделать, то точность измерений сильно упадет (в некоторых случаях такие измерения окажутся очень далеки от истинных значений и доверять им будет нельзя).

Измерение напряжения осциллографом

За основу измерения напряжения берется известное значение вертикального масштаба. Перед началом измерений надлежит закоротить оба щупа прибора либо переключить регулятор входа в положение. Нагляднее см. следующую картинку.

После чего рукояткой вертикальной регулировки надлежит выставить линию развертки на горизонтальную ось экрана, чтобы можно было корректно определять высоту.
После этого прибор подключается на измеряемый участок цепи и на мониторе появляется график. Теперь остается только посчитать высоту графика от горизонтальной линии и умножить на масштаб. Например, если на ниже приведенном графике одну клетку считать за 1 вольт (соответственно, она разбита на штриховые деления в 0,2, 0,4, 0,6, и 0,8 вольт), то получаем общее напряжение в 1,4 вольта. Если бы цена деления была 2 вольта, то напряжение бы равнялось 2,8 вольт и так далее…

Выставление нужного масштаба осуществляется вращением специальных ручек настройки.

Определение силы тока

Для узнавания силы тока в цепи с помощью осциллографа в нее последовательно включают резистор, имеющий значительно меньшее сопротивление, чем сама цепь (такое, чтобы он практически не влиял на ее исправную работу).

После этого производят измерение напряжения по принципу, указанному выше. Зная номинальное сопротивление резистора и общее напряжение в цепи несложно, пользуясь законом Ома, рассчитать силу тока.

Измерение частоты с помощью осциллографа

Прибор позволяет успешно измерять частоту сигнала, исходя из его периода. Частота находится в прямо пропорциональной зависимости от периода и рассчитывается по формуле f=1/T, там f — частота, Т — период.
Перед измерением линию развертки совмещают с центральной горизонтальной осью прибора. При проведении измерений осциллограф подключают в исследуемую сеть и наблюдают на экране график.

Для большего удобства, используя ручки горизонтальной настройки, совмещают точку начала периода с одной из вертикальных линий на экране осциллографа. Успешно посчитав количество делений, которое составляет период, следует умножить его на величину скорости развертки.

Рассмотрим на конкретном примере подробнее. Например, период составляет 2,6 делений, развертка — 100 микросекунд/деление. Умножая их, получаем величину периода равную 260 микросекунд (260*10-6 секунд).
Зная период, рассчитываем частоту по формуле f=1/T, в нашем случае частота примерно равна 3,8 кГц.

Измерение сдвига фаз

Сдвиг фаз — это величина, указывающая взаимное положение двух колебательных процессов  в течение времени.
Измерение его производят не в секундах, а в долях периода (Т) сигнала. Достичь максимальной точности измерений этого показателя возможно в том случае, если период растянут масштабированием на весь экран.
В современном цифровом осциллографе абсолютно каждый из сигналов имеет свой цвет, что очень удобно при измерениях. В старых же аналоговых вариантах их яркость и цвет, к сожалению, одинаковы, поэтому для большего удобства следует сделать их амплитуду различной. Подготовка измерения сдвига фаз требует точных подготовительных операций.
Первое, что нужно сделать — не подключая прибор к измеряемой цепи, установить ручками вертикальной настройки линии развертки обоих каналов на центральную ось экрана. Затем ручками настройки усиления каналов вертикального отклонения (плавно и ступенчато) 1-й сигнал устанавливается с большей амплитудой, а второй — с меньшей. Ручками регулирования скорости развертки ее величина устанавливается такой, чтобы оба сигнала на экране имели примерно одинаковый период. После этого, регулируя уровень синхронизации, совмещают начало графика напряжения с осью времени. Ручкой горизонтальной настройки устанавливают начало графика напряжения в крайней налево вертикальной линии. Затем ручками регулировки скорости развертки добиваются того, чтобы конец период графика напряжения совпадал с крайней направо вертикальной линией сетки монитора.
Все эти подготовительные операции производят по порядку до тех пор, пока график периода напряжения не растянется на экран полностью. При этом он должен начинаться и заканчиваться в линиях развертки (см. рисунок).

После завершения подготовительного этапа следует выяснить, какой из параметров опережает другой — сила тока или напряжение. Величина, начальная точка периода которой начинается раньше во времени, является опережающей, и наоборот. Если опережающим является напряжение, то параметр угла сдвига фаз будет положительным, если сила тока — отрицательным. Углом сдвига фаз (по модулю) является дистанция между началами и концами периодов сигналов в величине сетки делений монитора. Он рассчитывается по такой формуле:

В ней величина N — это количество клеток сетки, которые занимает один период, а α — количество делений между началами периодов.
Если графики периодов силы тока и напряжения имеют общие начальную и конечную точки, то угол сдвига фаз равняется нолю.
При ремонте радиоаппаратуры поиск неисправностей ведут, измеряя осциллографом обозначенные выше параметры на отдельных участках электронной цепи или у конкретных электронных компонентов (например, микросхем). Затем их сравнивают с указанными в технологических каталогах величинах, стандартных для этих компонентов, после чего и делают выводы о безошибочной работе или неисправности того или иного элемента цепи.

Если статья была вам полезна, поделитесь ею, пожалуйста, в соц.сетях, воспользовавшись кнопками внизу страницы!

Заходите на мой канал в YouTube и в группы «Телемастерская» в Одноклассниках и «Самоделкин» ВКонтакте!

Всем успехов!

 

Как измерить пульсации и переходные процессы в источниках питания

Двумя наиболее распространенными характеристиками при оценке источника питания являются пульсации и переходные процессы . Хотя они могут показаться простыми измерениями, есть два важных аспекта, о которых следует помнить, чтобы получить правильные данные. Первый — это метод измерения при использовании пробника осциллографа, а второй относится к конкретным условиям, при которых указываются эти данные.

Правильные методы измерения с использованием пробника осциллографа

Перед тем, как пытаться измерить пульсации или переходные процессы, следует обсудить некоторые основы исследования с помощью осциллографа.Поскольку величина интересующего сигнала обычно измеряется в милливольтах, любой усиливаемый внутренний сигнал или принимаемый внешний сигнал может легко скрыть или исказить сигнал и привести к неверным результатам. Чрезвычайно важно смягчить это с помощью правильных методов измерения с помощью датчиков.

Самое важное, что может сделать тестер для обеспечения хорошего измерения, — это минимизировать контур заземления, создаваемый пробником. Петля, создаваемая обратным трактом пробника, вызывает индуктивность, которая может усиливать внутренний шум и улавливать внешний шум.Зонды обычно поставляются с зажимом заземления в стиле аллигатора, аналогичным показанному на изображении ниже. Хотя эти зажимы заземления просты в подключении, они образуют большие контуры заземления, которые не рекомендуются для этих измерений. Вместо этого есть два распространенных и предпочтительных метода создания малого контура заземления: метод «наконечник и ствол» и метод «скрепки».

Большой контур заземления из-за длинного зажима заземления

Метод наконечника и цилиндра удаляет защитный слой заземления и зажим зонда, оставляя острие и корпус зонда открытыми.Затем на наконечник зонда подается выходное напряжение, а цилиндр наклоняется так, чтобы он контактировал с землей в точке, очень близкой к наконечнику. Недостатком этого метода является то, что доступные точки зонда или точки, в которых можно использовать как наконечник, так и цилиндр, могут быть не идеальными и / или находиться на расстоянии от любого выходного конденсатора. В идеале пробник следует размещать как можно ближе к выходному конденсатору.

Идеальная установка для метода наконечника и ствола

С другой стороны, метод скрепки использует метод наконечника и ствола и добавляет к стволу небольшую катушку проволоки с коротким проводом.Это создает кончик зонда, похожий на пинцет, что позволяет более гибко расположить зонд при сохранении небольшой площади петли.

Идеальная установка для метода скрепки

Хотя это не единственные методы для получения хорошего сигнала, следует приложить усилия, чтобы контур заземления был как можно меньше, независимо от выбранного метода. Для получения дополнительной информации посмотрите наше видео, демонстрирующее эти методы исследования.

Пульсация и шум

Пульсация — это неотъемлемая составляющая переменного тока выходного напряжения, вызванная внутренним переключением источника питания.Шум — это проявление паразитов в источнике питания, которые проявляются в виде высокочастотных всплесков выходного напряжения. В технических данных указывается максимальное отклонение выходного напряжения от пика до пика, вызванное пульсацией и шумом. Как обсуждалось выше, важно использовать хорошие методы измерения, чтобы гарантировать, что измерения точно представляют пульсации и шум источника питания.

При тестировании пульсации и шума следует помнить о нескольких условиях. Во-первых, нагрузка оказывает значительное влияние на пульсацию, поэтому важно, чтобы измерения проводились в тех же условиях нагрузки, обычно при полной нагрузке, как указано в таблице данных.Входное напряжение также влияет на пульсации, и испытание следует проводить при всех интересующих входных напряжениях. В дополнение к электрическим условиям многие производители указывают некоторые внешние конденсаторы (обычно электролитические конденсаторы порядка 10 мкФ и керамические 0,1 мкФ), которые применяются на выходе источника питания для целей измерения. . Зонд следует разместить рядом с этими конденсаторами. Наконец, для этого измерения обычно указывается предел полосы пропускания 20 МГц на канале осциллографа.

Как правило, для выполнения этого теста требуется только один пробник, при этом пробник помещается на выходной конденсатор или указанный внешний конденсатор с использованием описанных выше методов измерения пробником.

Пример плохих и хороших измерений пробника: измерение больших пульсаций контура заземления и шума (слева) и метод «скрепки» (справа)

Переходный отклик

Переходная характеристика — это величина, на которую выходное напряжение может отклоняться из-за изменения нагрузки. При изменении нагрузки источник питания не может немедленно реагировать на новые условия и либо имеет слишком много накопленной энергии, либо ее недостаточно.Избыточная энергия или недостаток энергии будет зависеть от выходных конденсаторов. Они либо расходуют свой заряд, чтобы поддерживать нагрузку, вызывающую снижение напряжения, либо накапливают избыточную энергию, вызывая повышение напряжения. В течение нескольких циклов переключения источник питания будет настраиваться на хранение только той энергии, которая требуется нагрузке, в то время как выходное напряжение вернется к своему номинальному значению. При измерении переходной характеристики важны величина отклонения выходного напряжения от номинального значения, время, необходимое для восстановления, или время, в течение которого напряжение выходит за установленные пределы регулирования.

В отличие от пульсаций и шума, условия которых ограничиваются нагрузкой и входным напряжением, переходная характеристика имеет несколько дополнительных условий, которые могут повлиять на ее измерение. Следует отметить важные условия: скорость нарастания приложенной ступени нагрузки, пусковой ток и конечный ток. Скорость нарастания имеет большое влияние на переходную характеристику, потому что чем быстрее изменяется нагрузка, тем сильнее будет отклоняться выходной сигнал, прежде чем источник питания сможет адаптироваться к изменяющимся условиям. Начальный и конечный текущие уровни также могут иметь влияние.Источники питания часто ведут себя по-разному при малых нагрузках, и переходный процесс, который проходит между этими областями, может привести к тому, что источник питания будет реагировать иначе, чем если бы переходный процесс произошел в одной области. Начальный и конечный токи, наряду со скоростью нарастания, также определяют время изменения тока и должны соответствовать указанным условиям.

Для измерения переходной характеристики пользователю потребуются два канала осциллографа. Первый зонд должен быть на выходе источника питания рядом с выходными контактами или точкой регулирования.Измерение выходного напряжения вдали от точки регулирования вызовет смещение постоянного тока между двумя состояниями нагрузки, вызванное падением напряжения в выходных кабелях. Второй датчик должен показывать ток или сигнал, синхронный с переходным изменением нагрузки. Этот датчик будет использоваться в качестве триггера, чтобы можно было четко увидеть результирующее отклонение выходного напряжения.

Измерение переходной характеристики с выходным напряжением (вверху) и нагрузкой (внизу)

Заключение

Пульсации и переходные процессы являются общей частью оценки источника питания.При измерении этих характеристик с помощью осциллографа важно, чтобы площадь контура пробника была минимальной, чтобы избежать искажения рассматриваемых сигналов. В дополнение к надлежащим методам измерения с помощью зонда, условия, при которых в таблице данных указываются эти измерения, также должны быть известны и соблюдаться, чтобы любое сравнение было достоверным.

Категории: Основы , Тестирование и анализ отказов

Дополнительные ресурсы

---

У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.com

Измерение тока с помощью пробника напряжения осциллографа

Осциллограф представляет собой вольтметр с автоматическим выбором диапазона. Но при проверке электрического оборудования часто бывает полезно измерить ток. Текущее измерение может дать более реалистичную картину происходящего. Избыточный ток приводит к сильному повышению температуры, которое может быстро повредить электрооборудование и создать опасность.

Действующий закон Кирхгофа дает ценную информацию. Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов, протекающих в проводящей сети, заканчивающейся в любой заданной точке, равна нулю. Это понимание незаменимо при отслеживании сложных цепей. Основной вывод состоит в том, что ток не уходит. Он может приводить в движение такие механизмы, как роторный двигатель, приводить в движение исполнительный механизм или питать лампочку или динамик. Его можно хранить в химической батарее, конденсаторе или магнитном поле. Но он не исчезает, и, соответственно, его можно отследить и дать значимое понимание.Инженеры выражают потерю электроэнергии как I ² R тепловыделение. Он выходит за пределы вольера, но не перестает существовать.

Для измерения тока с помощью осциллографа обычно используется токовый пробник. Он работает так же, как электротехнический амперметр, где усиленные клещи зажимают проводник, в котором должен измеряться ток.

Пару токоизмерительных клещей.

Токоизмерительные клещи могут иметь цифровое или аналоговое считывание.Вкратце, клещи-амперметры основаны на том факте, что магнитное поле образуется, когда ток течет по проводнику. Это магнитное поле индуцирует магнитный поток в губках с низким сопротивлением, создавая напряжение, появляющееся на считывающем устройстве, которое является чрезвычайно стабильным. Не имеет значения, отцентрирован ли провод в зажимах точно или он проходит под углом.

Токовый пробник осциллографа работает таким же образом. Он меньше, его размер подходит для зажима вокруг небольших проводников, прикрепленных к печатной плате или к дискретным устройствам, которые являются частью исследуемого электронного оборудования.

Однако, поскольку токовый пробник осциллографа продается примерно за 1000 долларов, экономные инженеры могут исследовать идею проведения измерений тока осциллографом с использованием существующего пробника напряжения. Это реальная альтернатива, но она может быть проблематичной.

Если опорный провод заземления настольного осциллографа касается провода или клеммы, имеющей отношение к потенциалу земли и плавающей выше потенциала земли, произойдет короткое замыкание с низким сопротивлением с искрами и дымом. Это не проблема, когда наконечник зонда касается металла, находящегося под таким напряжением.Под угрозой находится обратный отвод. При выполнении любого из описанных ниже измерений напряжения, целью которого является определение протекания тока, может возникнуть опасная неисправность цепи, поэтому вы должны помнить о неправильной конфигурации.

Всю проблему можно легко обойти, используя портативный осциллограф с батарейным питанием. Этот инструмент обычно имеет два или четыре аналоговых входа, которые изолированы от земли, даже когда аккумулятор заряжается от розетки переменного тока. Выводы заземления пробников, подключенных к этим каналам, обычно также изолированы друг от друга, поэтому нет опасности короткого замыкания с низким сопротивлением.Многие пользователи предпочитают портативный прибор по этой причине, а также потому, что его легко перемещать, он дешевле, чем настольный осциллограф премиум-класса, и не требует розетки переменного тока на месте.

Измерения напряжения можно использовать для расчета тока, протекающего через устройство или через любую часть цепи. Из закона Ома:
E = I x R
Где E = электродвижущая сила в вольтах
I = ток в амперах
R = сопротивление в омах
Решение для I :
I = E / R

Основная идея измерения тока состоит в том, чтобы в качестве измерительного элемента последовательно с нагрузкой использовать шунтирующий резистор.Дифференциальный пробник — лучший инструмент для этой работы. Когда этот тип зонда недоступен, можно использовать обычный зонд осциллографа, если осциллограф питается от батареи или иным образом изолирован от потенциальных контуров заземления.

Тогда сначала необходимо знать R . Его можно определить с помощью высокоомного омметра, встроенного в обычный мультиметр. Он не будет загружать обычные цепи или устройства из-за высокого импеданса. Тем не менее, это может не дать истинного представления об интересующем параметре схемы.Большинство мультиметров выдают на щупах около 3 В постоянного тока. Хотя это не повредит обычным схемам или устройствам, оно может не дать реалистичного значения сопротивления в реальных условиях схемы, поскольку сопротивление может изменяться при изменении приложенного напряжения.

Во-вторых, полное сопротивление — в отличие от сопротивления постоянному току — является определяющим параметром при измерении тока. Импеданс состоит из сопротивления в Ом, векторно добавленного к емкостному и индуктивному реактивным сопротивлениям, которые алгебраически складываются друг с другом.Эти значения зависят от частоты и не будут учитываться в ходе омических измерений с питанием от постоянного тока.

Измерение напряжения можно проводить на той части цепи, которую вы хотите отобрать, или на сопротивлении, включенном последовательно с ним, при условии, что цепь не разветвляется между этими нагрузками. Однако необходимо понимать, что включение сопротивления последовательно с элементом схемы будет делить напряжение и уменьшать ток.Если часть, которая должна быть исследована осциллографом, имеет ненулевую емкостную или индуктивную составляющую, и если источник питания переменного тока, будет фазовый сдвиг между напряжением и током. Но это не мешает просматривать осциллограмму.

При доступе к форме волны через ранее существовавшее или вставленное последовательное сопротивление, следует проявлять особую осторожность, чтобы обратный провод не был подключен в точке, где есть напряжение, относящееся к заземлению параллельной цепи помещения или плавая над ним, для причины объяснены ранее.

Все проблемы с отображением тока с помощью датчика напряжения исчезают при использовании датчика тока. В качестве альтернативы опасность замыкания на землю можно избежать при использовании портативного осциллографа с батарейным питанием, входы которого изолированы друг от друга и от земли. Некоторые пользователи предпочитают настольный осциллограф, потому что он имеет более легко интерпретируемый и подробный дисплей, расширенные функции и возможность большей пропускной способности, более глубокого объема памяти и потенциально более высокой частоты дискретизации.

Можно подключить выводы пробников осциллографа настольного типа к плавающему месту с привязкой к земле, если используется специальный аксессуар, известный как пара дифференциальных пробников. Два наконечника щупа касаются проводов или клемм с разными потенциалами безотносительно к заземлению. Разница измеряется и отображается на экране осциллографа.

Дифференциальный зонд; отлично, если вы можете себе это позволить.

Целью упражнения, помимо предотвращения опасности замыкания на землю, является максимальное увеличение коэффициента подавления синфазного сигнала.С этой целью два пути прохождения сигнала должны быть электрически идентичными, насколько это возможно, поэтому провода лучше делать достаточно короткими. Благодаря достижениям в области миниатюризации, стало возможным разместить дифференциальный усилитель в головке пробника, чтобы остальная часть пути прохождения сигнала могла быть подключена обычным кабелем.

Токовый пробник зажимается вокруг проводника и подключается к входу аналогового канала.

Дифференциальные зонды широко использовались бы, если бы не цена. Некоторые модели стоят около 30 000 долларов.Для обслуживания частотно-регулируемого привода (ЧРП) или разработки продукта идеально подходит набор дифференциальных пробников. Но многие пользователи довольны использованием портативных осциллографов с батарейным питанием. Вместе с токоизмерительными клещами для электрика он ответит на большинство вопросов, касающихся работы частотно-регулируемого привода в полевых условиях и в лаборатории во время разработки продукта.

Десять измерений с помощью осциллографа

1) Измерение и просмотр форм напряжения

Вы можете измерять и просматривать сигналы постоянного или переменного тока вплоть до полосы пропускания осциллографа, используя стандартный режим работы по напряжению и времени.Отрегулируйте настройку по вертикали, чтобы отобразить полную форму сигнала, и определите значение путем подсчета вертикальных делений и умножения на коэффициент вертикального масштабирования. Большинство цифровых запоминающих осциллографов имеют меню измерений, которое напрямую отображает значения, не заставляя вас считать сетку.

2) Измерение и просмотр кривых тока

Вы можете просматривать текущие значения и формы сигналов, используя внешний маломощный шунтирующий резистор. Используйте закон Ома *, чтобы определить правильный масштабный множитель для измерения.Токовый шунт должен быть подключен к «низкому» полю питания.

* I = E / R

3) Частота измерения

Вы можете выполнять измерения частоты, отображая форму сигнала на экране осциллографа и регулируя значение горизонтальной развертки до тех пор, пока на дисплее не появится хотя бы один полный цикл. Измерьте значение времени для одного цикла и определите частоту, используя уравнение Freq = 1 / time.

4) Измерение времени нарастания импульса

Время нарастания импульсного сигнала можно определить аналогично частоте.Отрегулируйте горизонтальную шкалу времени для отображения нарастающего фронта импульса. Время нарастания определяется как время между 10% и 90% амплитуды.

5) Измерение емкости

Вы можете оценить емкость, используя простую RC-цепь, и отметить разность фаз между приложенным и результирующим напряжением на конденсаторе, используя оба вертикальных канала осциллографа. Отмечается разность фаз, и емкость рассчитывается по следующей формуле (α — фазовый угол, Z — полное сопротивление):

Емкость = -1 / (2 x π x частота x Z x sin (α))

6) Измерение усиления усилителя

Вы можете измерить усиление или усиление цепи, используя как первый, так и второй канал осциллографа.Вы будете контролировать входной сигнал по одному каналу, а выходной сигнал — по другому. Разница между амплитудами этих двух сигналов указывает на усиление.

7) Измерение длины кабеля (TDR)

Вы можете использовать простой рефлектометр во временной области (TDR), чтобы определить приблизительную длину кабеля. Один быстрорастущий импульс от генератора импульсов одновременно подается на кабель и вертикальный канал осциллографа. Время, необходимое для того, чтобы импульс прошел до конца кабеля и отразился обратно, зависит как от длины кабеля, так и от его диэлектрической проницаемости.Формула для измерения длины кабеля:

Длина = (скорость распространения x время) / 2

8) Измерение дифференциальных сигналов

Вы можете измерять дифференциальные сигналы, например, по кабелю витой пары, одновременно используя оба вертикальных канала осциллографа. Используйте операцию MATH Ch2-Ch3, если оба вертикальных канала имеют одинаковый масштабный коэффициент.

9) Измерение спектра сигнала (БПФ)

Вы можете использовать операцию МАТЕМАТИЧЕСКОГО БПФ для просмотра формы сигнала в виде амплитудно-частотного представления.Это упрощенное измерение типа анализатора спектра, которое полезно для определения частотных составляющих периодического сигнала.

10) Измерение рабочего цикла сигнала ШИМ

Вы можете определить рабочий цикл сигнала ШИМ, отобразив один полный цикл на экране осциллографа, что позволит вам определить ширину положительной части, а также ширину отрицательной части. Затем вы рассчитываете рабочий цикл по следующей формуле:

Рабочий цикл = (высокий импульс / (высокий импульс + низкий импульс) x 100%

Измерение пульсаций низкого уровня напряжения с помощью 7½-значного графического пробоотборного мультиметра модели DMM7510.Серия заметок по применению.

Источники питания высокого напряжения

Источники напряжения до 5 кВ и 10 кВ Разрешение измерения тока 1 мкА Многоканальные программируемые источники питания постоянного тока Низкий уровень шума для точных источников и чувствительных измерений; выбираемые фильтры уменьшить

Подробнее

Резонанс серии RLC

Резонанс серии RLC 11EM Цель: цель этой лабораторной деятельности — изучить резонанс в цепи резистор-индуктор-конденсатор (RLC) путем изучения тока в цепи как функции

Дополнительная информация

Лабораторная работа 1: Цифровой осциллограф.

PHYSICS 220 Лаборатория физической электроники 1. Цифровой осциллограф. Цель: познакомиться с осциллографом, широко распространенным инструментом для наблюдения и измерения электронных сигналов.Аппарат: Tektronix

Дополнительная информация

Осциллограф Embest DSO2300 USB

Осциллограф Embest DSO2300 USB — 8-битный, 100Ms / s, 50MHz, 2-канальный USB1.1 / 2.0-совместимый цифровой запоминающий осциллограф — Многофункциональный, включая логический анализатор, анализатор спектра (БПФ), запись и воспроизведение

Дополнительная информация

ЦАП цифро-аналоговый преобразователь

Цифро-аналоговый преобразователь ЦАП Основные особенности ЦАП ЦАП XMC4000 предоставляет два цифро-аналоговых преобразователя.Каждый может выводить одно аналоговое значение. Могут генерироваться дополнительные несколько аналоговых волн

Дополнительная информация

USB-осциллограф PropScope

USB-осциллограф v1.0, декабрь 2009 г. Руководство пользователя Hanno Sander 3 Содержание Предисловие … Часть I Добро пожаловать … 4 Часть II Начало работы … Начало работы 6 2.1 Установка … 7 2.2 8 Подключение …

Дополнительная информация

AN3353 Примечание по применению

Замечания по применению Стандартные испытания IEC 61000-4-2 Введение Это замечание по применению адресовано техническим инженерам и проектировщикам, чтобы объяснить, как устройства защиты STMicroelectronics испытываются в соответствии с

. Дополнительная информация

Электрический резонанс

Электрический резонанс (последовательная цепь R-L-C) УСТРОЙСТВО 1.R-L-C Печатная плата 2. Генератор сигналов 3. Осциллограф Tektronix TDS1002 с двумя наборами проводов (см. Введение в осциллограф) ВВЕДЕНИЕ

Дополнительная информация

Приложение: Удаленная лаборатория VISIR

Подход открытого обучения с удаленными экспериментами 518987-LLP-1-2011-1-ES-KA3-KA3MP Многосторонние проекты УНИВЕРСИТЕТ DEUSTO Приложение: Отчет о проекте удаленной лаборатории VISIR OLAREX Ольга Дзябенко, Унаи Эрнандес

Дополнительная информация

Лабораторная работа 4 — Сбор данных.

Spring 11 Лабораторная работа 4 — Лаборатория сбора данных 4-1 Лабораторная работа 4 — Формат сбора данных Эта лабораторная работа будет проводиться в течение обычного запланированного лабораторного времени в групповом формате.Каждый студент отвечает за обучение

Дополнительная информация

Универсальное простое управление, USC-1

Универсальное простое управление, регистрация данных и событий USC-1 с помощью USB-накопителя DATA-PAK Универсальный простой регулятор напряжения USC-1 использует флэш-накопитель для хранения данных. Тогда приличия Data и

Дополнительная информация

Электронное руководство по WorkBench

Учебное пособие по Electronic WorkBench Введение Electronic WorkBench (EWB) — это пакет моделирования электронных схем.Это позволяет проектировать и анализировать схемы без использования макетов, реальных компонентов

Дополнительная информация

Недорогой USB DAQ ECONseries

Недорогие USB-модули сбора данных ECONseries Недорогие USB-модули сбора данных ECONseries ECONseries — это гибкая, но экономичная серия многофункциональных модулей сбора данных. Вы выбираете номер аналога

Дополнительная информация

Переходная характеристика RC-цепей

Переходная характеристика RC-цепей 1.ЗАДАЧИ … 2 2. СПРАВОЧНИК … 2 3. ЦЕПИ … 2 4. КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ … 3 КОЛИЧЕСТВО … 3 ОПИСАНИЕ … 3 КОММЕНТАРИИ … 3 5. ОБСУЖДЕНИЕ … 3 5.1 СОПРОТИВЛЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ … 3

Дополнительная информация

Grandstream Networks, Inc.

Grandstream Networks, Inc. Мультимедийный IP-телефон GXV3240 для Android TM Руководство по установке приложения Microsoft Lync GXV3240 Руководство по установке Microsoft Lync GXV3240 Руководство по установке Microsoft Lync Указатель ВВЕДЕНИЕ…

Дополнительная информация

Основы цифровых технологий

Основы цифровых технологий Десятое издание Глава 1 Флойда, 2009 г., Pearson Education, Upper 2008 Pearson Saddle River, Education NJ 07458. Все права защищены. Аналоговые величины Наиболее естественные величины, которые мы видим

Дополнительная информация

5. Учебник. Запуск FlashCut CNC

FlashCut CNC Раздел 5 Учебное пособие 259 5.Учебное пособие Запуск FlashCut CNC Чтобы запустить FlashCut CNC, нажмите кнопку «Пуск», выберите «Программы», выберите FlashCut CNC 4, затем выберите значок FlashCut CNC 4. Диалог

Дополнительная информация

Глава 22 Дополнительная электроника

Глава 22 Далее Стиральная машина с электроникой имеет задержку открытия дверцы после цикла стирки. Часть этой схемы показана ниже. По окончании цикла переключатель S замыкается. т этого каскада конденсатор

Дополнительная информация

Лабораторная работа E1: Введение в схемы.

E1.1 Лабораторная работа E1: Введение в схемы Цель этой лабораторной работы — познакомить вас с некоторыми основными приборами, используемыми в электрических цепях. Вы научитесь пользоваться блоком питания постоянного тока, цифровым мультиметром

. Дополнительная информация

Руководство пользователя Windows 10

Руководство пользователя для Windows 10 Системные требования E10684 Первое издание, июль 2015 г. Чтобы упростить переход с предыдущей операционной системы, перед обновлением

прочтите приведенные ниже системные требования. Дополнительная информация

Lenovo IdeaPad Miix 10

Lenovo IdeaPad Miix 10 Руководство пользователя Перед использованием компьютера прочтите указания по технике безопасности и важные советы в прилагаемых руководствах.Примечания Перед использованием продукта обязательно прочтите Безопасность и общие положения Lenovo

. Дополнительная информация

Мобильное программное обеспечение ValveLink

Краткое руководство пользователя Программное обеспечение ValveLink Mobile версии 4.0 Программное обеспечение ValveLink Mobile Программное обеспечение ValveLink Mobile позволяет настраивать, калибровать и устранять неполадки FIELDVUE DVC2000, DVC6000, DVC6000f, DVC6200,

Дополнительная информация

Как измерить дифференциальные сигналы с помощью осциллографа [Изучение ADSL2 +]

Хесам Мошири, Ансон Бао

Односторонняя передача

Несимметричная передача сигналов — это простой и распространенный способ передачи электрических сигналов от отправитель получателю.Сигнал привязан к земле (0 В), и один проводник (провод) передает сигнал, а один провод несет общий опорный потенциал. Ток, связанный с сигналом, проходит от отправителя к получателю и возвращается к источнику питания через общее заземление. Если передается несколько сигналов, поставщику услуг требуется по одному проводу для каждой линии передачи плюс одна общая опорная земля. На рисунке 1 показана несимметричная топология сигнализации.

Рисунок-1

Топология односторонней передачи

Дифференциальная передача сигналов

Дифференциальная передача встречается реже, чем односторонняя передача.Он использует две линии передачи, которая иногда сопровождает с третьей (земля) линии отсчета. Одна линия передачи дифференциальной пары используется для передачи сигнала, а другая линия используется для передачи инвертированного сигнала. Приемник извлекает информацию, вычисляя разность потенциалов между инвертированным и неинвертированным сигналами. И инвертированные, и неинвертированные сигналы сбалансированы, это означает, что они несут одинаковый потенциал, но с противоположной полярностью. Благодаря этой стратегии большая часть наведенного внешнего шума в линиях передачи будет вычитаться и подавляться на стороне приемника.

При дифференциальной передаче сигналов отправитель и получатель не обязательно имеют общую ссылку на землю. Тем не менее, использование дифференциальной передачи сигналов не означает, что с использованием опорного заземления не оказывает положительное влияние на качество линии. Когда используются несколько линий передачи, абсолютно выгодно использовать опорную землю вместе с парой для каждого дифференциального сигнала. На рисунке 2 показана топология дифференциальной сигнализации.

Рисунок 2

Топология дифференциальной трансмиссии

Преимущества дифференциальной передачи сигналов

a. Нет обратного пути

Поскольку обратный ток (в идеале) отсутствует, использование заземления менее важно. Заземление имеет важное значение в сигнализации по постоянному току, такой как RS485 или CAN, где сигналы должны поддерживаться в допустимом диапазоне напряжений.

b. Сопротивление входящим электромагнитным помехам и перекрестным помехам

Если электромагнитные помехи (электромагнитные помехи) или перекрестные помехи (т. Е. Электромагнитные помехи, создаваемые соседними сигналами) индуцируются извне, они добавляются в равной степени к инвертированным и неинвертированным сигналам.Полученные побочные реакции на разность потенциалов входных сигналов, поэтому большая часть шума будет подавлена. Следовательно, полоса пропускания и коэффициенты отношения сигнал / шум будут улучшены. Эта помехозащищенность позволяет отправителю использовать более низкие уровни напряжения, но при этом поддерживать адекватное отношение сигнал / шум. Кроме того, значение SNR дифференциальной сигнализации автоматически увеличивается в два раза по сравнению с эквивалентной несимметричной реализацией.

Измерение дифференциального сигнала на практике

Для измерения дифференциального сигнала у нас есть два варианта: один — использовать дифференциальный пробник, а второй — двухканальный осциллограф.Дифференциальный пробник стоит дорого, но обеспечивает более высокую точность. Использование двух- или четырехканального осциллографа — самый дешевый метод, позволяющий получить приемлемые результаты.

Просто вам нужно подключить канал 1 осциллографа к одной из дифференциальных линий / проводов, а канал 2 — к другой. Затем перейдите к математической функции и включите Ch2-Ch3, что означает разницу. Затем настройте осциллограф, чтобы наблюдать сигнал. Вы используете кнопку запуска / остановки или одиночного выстрела, чтобы зафиксировать сигнал на экране и изучить его.

Я проверил сигнал ADSL2 + в телефонной линии, используя вышеупомянутый метод дифференциального измерения. Вы можете рассмотреть сигнал на рисунке 3.

Рисунок-3

Дифференциальные интернет-сигналы ADSL2 + (телефонная линия)

Вы можете использовать этот метод для проверки USB, CAN или ваших собственных желаемых дифференциальных сигналов / данных. Мой осциллограф не может запускать сигнал результата математики, поэтому мне пришлось использовать кнопку Run / Stop, но ваше устройство может иметь такую ​​возможность.

Как измерить ток на осциллографе — низкий …

Поскольку энергопотребление и энергоэффективность становятся все более важными, особенно с устройствами с батарейным питанием, необходимо измерять сигналы крайне низкого уровня с более высокой чувствительностью. Снижение энергопотребления вашего устройства, в свою очередь, снизит его энергопотребление.

Мощность определяется как P = V x I

Возможность просмотра диапазона мкА с максимально возможной точностью позволяет детально проанализировать энергопотребление вашей конструкции.В конечном итоге это приводит к минимизации энергопотребления и, следовательно, к увеличению срока службы батареи.

Одна из основных проблем, с которыми сталкиваются инженеры, — это измерение потребления тока сигнала с широким динамическим диапазоном. В устройствах с батарейным питанием, таких как сотовый телефон, устройство будет переключаться между активным и незанятым состояниями. В активном состоянии он потребляет более высокие токи в диапазоне А. Но когда устройство находится в режиме ожидания, оно потребляет очень малые токи в мкА.На рис. 1 вы можете увидеть текущий сигнал сотового телефона, выполняющего телефонный звонок. Активные пики имеют ток около 2 А, но в состоянии покоя ток очень мал.

Рис. 1. Потребление тока во время звонка по мобильному телефону

Для точного измерения обоих этих крайних значений лучше всего использовать специализированный токовый пробник. Накладных пробников тока обычно достаточно для большинства измерений, особенно если вы пытаетесь анализировать только активные периоды.Однако при измерениях на более низких уровнях в периоды простоя токовые клещи обычно имеют слишком много шума. Подход с использованием закона Ома — лучший вариант для измерения на уровне мкА или нА. Это означает простое измерение падения напряжения на измерительном резисторе для получения тока. Единственный доступный токовый пробник с резистивным датчиком, обладающий высокой чувствительностью и широким динамическим диапазоном, — это токовый пробник Keysight N2820A, который можно увидеть на рис. 2 , .

Рисунок 2.N2820A 2-канальный высокочувствительный датчик тока

Это 2-канальный активный датчик тока. Каждый из каналов имеет разное усиление для измерения двух разных диапазонов тока. Когда вы проверяете свое устройство с помощью обоих каналов:

• Один канал предоставит вам увеличенный вид уровня мкА
• Другой предоставит увеличенный вид активных, более высоких уровней

Зонд также имеет чрезвычайно низкий уровень шума, что означает, что вы будете иметь максимально возможную точность при измерениях на очень низких уровнях.Это поможет обеспечить экономию даже пачек тока, что может показаться небольшим, но может иметь огромное значение для системы в целом.

Рис. 3. Увеличенный (желтый) вид уровня мкА и увеличенный (зеленый) вид больших частей текущего сигнала в диапазоне A

Как я уже упоминал, этот пробник просто измеряет падение напряжения на измерительном резисторе. Вы можете перерезать линию и припаять резистор прямо в цепь или использовать один из временных разъемов, поставляемых с пробником.Пробник поставляется с резистивной головкой сенсора на 20 мОм и 100 мОм, готовой к использованию, а также с резисторной головкой, определяемой пользователем. Вы можете использовать сопротивления от 1 МОм до 1 МОм.

Выбор правильного чувствительного резистора для вашего устройства может быть трудным,
, но имеет решающее значение для точного измерения различных диапазонов тока и характеристик.

Если вы используете резистор большего размера, вы получите отличное отношение сигнал / шум, что сделает измерения более точными.Обратной стороной использования большего значения сопротивления является напряжение нагрузки. Напряжение нагрузки — это нежелательное падение напряжения, вызванное увеличением рассеиваемой мощности на резисторе. Использование чувствительного резистора меньшего размера снизит рассеиваемую мощность и, в свою очередь, нагрузочное напряжение. Однако это более низкое значение резистора также имеет недостатки, особенно с точки зрения точности измерения. Рисунок 4 , приведенный ниже, можно использовать для определения того, какое сопротивление резистора больше или больше подходит для измерений, которые вы пытаетесь провести.

Рис. 4. Баланс между значениями сенсорного резистора и характеристиками измерения

После того, как вы получите точный захват этого широкого диапазона токов на экране осциллографа, вы сможете изучить его, чтобы понять, как настроить свой конструкция для повышения энергоэффективности. Измерения площади под кривой позволяют понять заряд и легко рассчитать потребление тока с течением времени. Вы сможете увидеть, где могут быть области, где энергия тратится впустую.

No related posts.