普通示波器的電流測試方法,沒有“土豪”裝備也能成
發布時間:2015-01-03 來源:示波器的藝術 責任編輯:sherryyu
【導讀】該文所描述的這種方法得到的測量結果雖然有誤差,但畢竟提供了不花錢的一種定性的結果。這篇文章不是在鼓勵山寨,隻是在分享示波器的發燒級功能。類似方法還有諸如用無源探頭的地線和信號針短路當作近場探頭。
gaiwensuomiaoshudezhezhongfangfadedaodeceliangjieguosuiranyouwucha,danbijingtigonglebuhuaqiandeyizhongdingxingdejieguo。wenzhongtupianyekeyikanchuzhezhongdaiyoumingxianwuchadezuofaheshiyongdianliutantouceliangjieguoshiyoubijiaodadechabiede。
PS:有錢還是不要省電流探頭和高壓差分探頭哦。測量有風險,誤差要防範。
問題提出:
示(shi)波(bo)器(qi)是(shi)大(da)多(duo)數(shu)電(dian)子(zi)工(gong)程(cheng)師(shi)使(shi)用(yong)最(zui)多(duo)的(de)一(yi)種(zhong)儀(yi)器(qi),提(ti)起(qi)示(shi)波(bo)器(qi)大(da)家(jia)馬(ma)上(shang)想(xiang)到(dao)的(de)是(shi)測(ce)試(shi)電(dian)壓(ya),當(dang)然(ran)很(hen)多(duo)示(shi)波(bo)器(qi)還(hai)可(ke)做(zuo)比(bi)較(jiao)粗(cu)略(lve)的(de)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)等(deng),但(dan)很(hen)多(duo)示(shi)波(bo)器(qi)對(dui)電(dian)子(zi)工(gong)程(cheng)師(shi)很(hen)關(guan)注(zhu)的(de)一(yi)項(xiang)指(zhi)標(biao)--- 電流卻無法測試,在一些分析驗證中不光需要測試電壓,有時更需要測試電流;目(mu)前(qian)一(yi)些(xie)比(bi)較(jiao)高(gao)端(duan)的(de)示(shi)波(bo)器(qi)可(ke)以(yi)測(ce)試(shi)電(dian)流(liu),不(bu)過(guo)需(xu)要(yao)另(ling)購(gou)有(you)源(yuan)電(dian)流(liu)探(tan)頭(tou),提(ti)到(dao)有(you)源(yuan)兩(liang)字(zi),就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)不(bu)菲(fei)的(de)價(jia)格(ge),不(bu)錯(cuo),購(gou)買(mai)一(yi)根(gen)有(you)源(yuan)電(dian)流(liu)探(tan)頭(tou)的(de)花(hua)費(fei)差(cha)不(bu)多(duo)可(ke)以(yi)購(gou)買(mai)一(yi)些(xie)品(pin)牌(pai)的(de)中(zhong)端(duan)示(shi)波(bo)器(qi)了(le),所(suo)以(yi)這(zhe)不(bu)是(shi)一(yi)般(ban)小(xiao)公(gong)司(si)玩(wan)得(de)起(qi)的(de)“土豪”裝備啊。
提到電流測試,有人可能會說萬用表不就可以測量嗎?當然萬用表可以測量某個時刻的電流,但存在幾個問題:1、由於萬用表的反應速度較慢(一般都是百mS量級),用這樣的反應速度來捕捉某些稍縱即逝的信號猶如騎自行車去追緝坐高鐵的疑犯;2、萬用表無法記錄長時間的測試結果,好一些的表可以記錄最大、最小值等;3、zuiguanjiandeshiwanyongbiaowufakandaodianliubianhuadeguocheng,henduoshihouwomenxiwangkandaodeshibianhuaguochengerbuzhishijieguo,biruwomenxiangzhidaosanjiguanguoliusunhuaizuikenengzaishenmeshihoufashengdeerbushizhixiangkandaosanjiguanzaimaoyan。
meiyouangguidedianliutantoujiuwufayongshiboqikandaodianliudebianhuaguochengma?qishiwomenhuangesiluhaishikeyizhaodaojiejuefangfade,fangfaqishihenjiandan,jiushiwomenzhongxuewulixueguodeI=V/R,淚奔了吧?注意這個V不bu是shi某mou點dian的de電dian壓ya,而er是shi兩liang點dian的de電dian位wei差cha,這zhe是shi個ge關guan鍵jian,也ye是shi一yi些xie初chu學xue者zhe容rong易yi陷xian入ru誤wu區qu的de地di方fang,如ru果guo用yong某mou點dian的de電dian壓ya變bian化hua去qu推tui測ce電dian流liu的de變bian化hua那na很hen多duo時shi候hou就jiu要yao出chu錯cuo了le,後hou麵mian我wo們men從cong實shi例li測ce試shi可ke看kan到dao這zhe點dian。
具體方法:
這個方法的具體做法是:用兩根探頭分別測出一個電阻(甚至可以是一段線,當然前提是這段線的電阻大到其兩端可以產生合適的電位差)兩端的電壓V1、V2,然後用示波器的計算功能就能實時地計算出△V=V1-V2,而I=△V /R,隻要環境不發生激烈的變化等我們可認為R是不變的,因此I是隨△V線性變化的,所以△V的變化反映的就是電流的變化。我們下麵通過一個實例來驗證一下這個方法是否可行。
實例驗證:
下麵示波器截圖1測試的是某PCB上一MOS管在上電瞬間,漏極和源極之間的電壓和電流變化,其中棕色波形是源極電壓Vs,紫色波形是漏極電壓Vd,黃顏色的較粗波形就是通過示波器運算功能計算出來的漏源極電壓 △Vsd =Vs-Vd(本例中通道C1測量的是Vs,通道C2測量的是Vd,因此具體的運算設置就如圖2所示的C1-C2);綠色波形是用有源電流探頭測試出來的漏源極電流Isd,從Isd和 △Vsd兩者的波形對比可看出,它們的變化過程非常接近;用有源電流探頭測出的Isd峰值大概為3.6A;計算得到的△Vsd峰值大概為0.43V,用萬用表測得的該線路電阻大概為0.15?,因此用電位差方法得到的電流峰值大概為0.43V/0.15 ? =2.87A,這跟有源電流探頭測試的結果有差別,當然這跟MOS管不同狀態的導通電阻、示波器、無源探頭、萬用表的誤差等有關,但是用這個方法來測試我們最關注的電流變化過程是完全可行的,通過觀察電流的變化可以大致知道MOS管的損壞最可能在什麼時候發生,從而為采取正確的措施提供依據。
看到這裏,有經驗的工程師可能會提出一個問題: 使用普通的探頭進行測試,共模抑製比CMRR如何解決? 確que實shi是shi存cun在zai這zhe個ge問wen題ti,不bu過guo我wo們men前qian麵mian也ye提ti過guo,這zhe方fang法fa最zui主zhu要yao是shi可ke讓rang我wo們men看kan到dao電dian流liu的de變bian化hua過guo程cheng,在zai各ge種zhong因yin素su的de影ying響xiang下xia用yong這zhe方fang法fa測ce試shi出chu來lai的de具ju體ti電dian流liu值zhi的de準zhun確que程cheng度du肯ken定ding比bi不bu上shang專zhuan門men的de有you源yuan電dian流liu探tan頭tou(ruguozhegebuhuaqiandefangfanengwanquanjiejuejiwanyuancainengjiejuedewenti,yihouyouyuandianliutantoujiumaibuchuqule,dangranruguoniqiahaokandaobenwen,moutianyongdianliudebianhuafenxijiejueleyiqiandemougexuanan,bufangkeyicishuofulaobanshaoheliangping,maigedianliutantou^_^);而且要解決CMRR的話就需要用到有源差分探頭,這東東的身價跟電流探頭可有一拚了,這樣的話就達不到我們不花錢的目的了^_^;不過,Vs-Vd有個好處就是可消除一部分信號上的幹擾。
另外,我們從截圖可以看到,單點的電壓Vs或Vd的變化不同於Isd的變化,所以不要陷入用單點電壓變化來估算電流變化的誤區。

圖1 通過兩個電壓相減得到電壓差近似測量電流的變化
另外,使用這個方法有個前提是示波器需要具有通道間的數據計算功能(如圖2),這個功能對現在很多基於Windows操作係統的示波器來說是小菜一碟;當然,如果示波器的運算公式能加入R,就是圖2的Summary為I=△V/R,計算得到的結果就更直觀了。
總結思考:
fangfazongshibiwentiduo,zaihenduoqingkuangxia,huangesilujiukenengzhaodaojiejuewentidebanfa。biruhenduogongchengshiyouyuwuheshideyiqikeguanchadaodianliudebianhuaguocheng,duidianluzhongdianliushiruhebianhuade,henduoshihoukenengshikaojingyanqugusuan,danzhezhonggusuanbuyidinggenshijiqingkuangwenhe,benwentichudefangfakeranggongchengshizaibuhuaqiandeqingkuangxiashiyongxianyoudeshiboqiguanchadaodianluzhongdianliudebianhuaguocheng,suiranqililunjichubushi“高大上”,但具有較好的實用價值,使現有的示波器多了一隻“眼睛”。
qishizhewenzhangdexiangfashiduonianqianwogongsihaimeimaidianliutantoushizijideyixiechangshi,dangshizheyangquchangshishiyinweimeiyouheshidegongjuyouxiangzhidaodianliushiruhebianhuade,xianzaiyinggaihaiyouhenduobuxiangmaihuomaibuqiyouyuandianliutantoudezhongxiaogongsigongchengshimianlinwodangniandekunhuo,xiwangbawodangniandexiangfazhenglichengdewenzhangnengduitamenyousuobangzhu。
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