Как измерить пульсации блока питания осциллографом
Перейти к содержимому

Как измерить пульсации блока питания осциллографом

  • автор:

Три метода измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа

Наши общие блоки питания включают в себя линейные блоки питания и импульсные блоки питания. округ Колумбия напряжение их выход получается путем выпрямления, фильтрации и стабилизации напряжения переменного тока. Из-за нечистой фильтрации сигналы помех, содержащие периодические и случайные компоненты будет присоединен к уровню постоянного тока, что приводит к пульсациям.

Генерация пульсаций мощности

Наши общие блоки питания включают в себя линейные блоки питания и импульсные блоки питания. Выходное постоянное напряжение получается путем выпрямления, фильтрации и стабилизации переменного напряжения. Из-за нечистой фильтрации сигналы помех, содержащие периодические и случайные компоненты, будут привязаны к уровню постоянного тока, что приводит к пульсациям.

В случае номинального выходного напряжения и тока пиковое значение переменного напряжения в выходном постоянном напряжении представляет собой так называемое пульсирующее напряжение. Пульсация представляет собой сложный сигнал помех, это периодический сигнал, который колеблется вверх и вниз вокруг выходного напряжения постоянного тока, но период и амплитуда не являются постоянными, а меняются со временем, и пульсации различных источников питания. Формы сигналов также различаются.

Опасность пульсации

Вообще говоря, пульсация вредна, а не полезна. Основные опасности пульсации заключаются в следующем:

・ Пульсации в источнике питания будут генерировать гармоники в электроприборах, снижая эффективность источника питания;
・ Более высокая пульсация может привести к выбросу напряжения или тока, что может вызвать ненормальную работу электрооборудования или ускорить его старение;
・ Пульсации в цифровых цепях будут мешать логической связи схема;
・ Рябь также создаст шумовые помехи для средств связи, измерительных и измерительных приборов и счетчиков, нарушит нормальное измерение и измерение сигналов и даже повредит оборудование.

Следовательно, при создании источников питания мы должны учитывать снижение пульсаций до уровня менее нескольких процентов, а оборудование с высокими требованиями к пульсациям должно учитывать снижение пульсаций до меньшего значения.

Методы измерения пульсаций источника питания обычно делятся на две категории: одна — это идентификация отдельного источника питания, а другая — измерение отладки продукта.

В отрасли электроснабжения и у пользователей электроснабжения для идентификации источника питания необходимо выбирать помещение (около 20 ℃), влажность должна быть менее 80%, окружающая механическая вибрация и электромагнитные помехи, влияющие на измерение, минимальны. , а стандартный прибор и тестируемый источник питания должны находиться в тестовой среде более 24 часов.

Для чистого источника питания при измерении пульсаций источника питания требуется измерение во время нагрузки, а добавленная нагрузка должна сделать выходной ток более 80% от номинального выходного тока.

Для малошумящих чисто резистивных нагрузок или Электронный нагрузки, также выберите соответствующий эталон измерения. Различные стандарты дают разные результаты измерений.

Напряжение пульсаций может быть выражено абсолютной величиной или относительной величиной. Как правило, отношение напряжения пульсаций к выходному напряжению постоянного тока используется для оценки характеристик фильтрации источника питания постоянного тока, то есть коэффициента пульсаций. Коэффициент пульсаций является важным показателем для оценки источника питания постоянного тока, а методом его расчета является отношение среднеквадратичного значения напряжения пульсаций к выходному напряжению постоянного тока.

Три метода измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа

Измерение пульсаций источника питания

Измерение пульсаций источника питания обычно измеряется осциллографом. Существует три широко используемых метода измерения:

1. По способу подключения

Используйте щуп осциллографа с петлей заземления, прикоснитесь щупом непосредственно к контакту положительного выхода, а петля провода непосредственно касается контакта отрицательного выхода. Это связано с тем, что цикл поддерживается максимально коротким, так что пиковое значение, считываемое с осциллографа, представляет собой выходную пульсацию и шум на линии, как показано на следующем рисунке:

Три метода измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа

2. Прямой метод

Подсоедините заземляющее кольцо непосредственно к отрицательному выходному контакту и используйте заземляющее кольцо пробника для проверки выхода.

Три метода измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа

3. Метод скручивания

Выходной контакт подключается к витой паре, затем подключается конденсатор, и два конца конденсатора измеряются с помощью осциллографа.

Три метода измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа

При измерении пульсаций необходимо обратить внимание: необходимо знать верхнюю границу полосы пропускания пульсаций. Пульсации представляют собой низкочастотный шум, поэтому обычно используется осциллограф, не превышающий верхний предел полосы пропускания пульсаций.

При измерении сначала включите функцию ограничения полосы пропускания осциллографа, ограничьте полосу пропускания до 20 МГц и напрямую подключите заземление экрана пробника к выходной земле, чтобы уменьшить помехи контура, вызванные длинным проводом заземления.

Небольшой керамический конденсатор и небольшой электролитический конденсатор подключены параллельно в точке доступа пробника, чтобы отфильтровать сигналы внешних помех и предотвратить их попадание в осциллограф.

Метод подавления пульсаций

Пульсации на выходе источника питания в основном происходят из пяти аспектов: низкочастотные пульсации на входе, высокочастотные пульсации, синфазные пульсации, вызванные паразитными параметрами, и пульсации, вызванные регулированием с обратной связью.

Обычными методами подавления этих пульсаций являются: увеличение емкости схемы фильтра, использование схемы LC-фильтра, использование схемы многокаскадного фильтра, замена импульсного блока питания линейным блоком питания, рациональная разводка. Однако, согласно его классификации, принятие целенаправленных мер часто позволяет достичь вдвое большего результата при вдвое меньших усилиях.

1. Подавление высокочастотных пульсаций

Высокочастотный пульсирующий шум в основном возникает из-за высокочастотных цепей преобразования мощности. В схеме высокочастотного преобразования мощности регулируемый выходной сигнал, достигаемый за счет выпрямления и фильтрации после преобразования входного постоянного напряжения с помощью высокочастотных силовых устройств, обычно содержит высокочастотные пульсации той же частоты, что и рабочая частота переключения, что влияет на внешний схема. Размер в основном связан с частотой преобразования импульсного источника питания, а также структурой и параметрами выходного фильтра. В конструкции постарайтесь увеличить рабочую частоту силового Преобразователь для снижения требований к фильтрации высокочастотных пульсаций переключения.

2. Подавление низкочастотных пульсаций

Величина низкочастотных пульсаций связана с емкостью фильтрующего конденсатора в выходной цепи. Емкость конденсатора нельзя увеличивать бесконечно, что неизбежно приведет к остаточной низкочастотной пульсации на выходе. Пульсации переменного тока ослабляются схемой преобразования постоянного тока в постоянный, а затем выводятся на выход, который относится к диапазону низкочастотных шумов, а его величина определяется коэффициентом усиления системы управления и схемой преобразования постоянного тока в постоянный. Поскольку схемы преобразования постоянного тока в постоянный режим управления режимом тока и режимом напряжения имеют относительно низкие возможности подавления пульсаций, а их выходная низкочастотная пульсация переменного тока относительно велика. Следовательно, необходимо принять меры по фильтрации низкочастотных пульсаций источника питания, чтобы добиться низких пульсаций на выходе источника питания.

Для некоторых источников питания цепь усиления с обратной связью преобразователя постоянного тока может быть увеличена, а схема предварительного регулятора может использоваться для усиления эффекта подавления пульсаций. Этого можно добиться изменением емкости фильтра выпрямителя и регулировкой параметров контура обратной связи. Подавление низкочастотных пульсаций.

3. Подавление синфазных пульсаций

Шум пульсаций синфазного сигнала обычно возникает в импульсных источниках питания. Когда прямоугольное напряжение импульсного источника питания воздействует на силовое устройство, оно взаимодействует с паразитной емкостью между силовым устройством и нижней пластиной радиатора, первичной и вторичной сторонами трансформатора и паразитной индуктивностью в проводах. , что приводит к синфазному пульсирующему шуму. Методы подавления шума синфазных пульсаций:

・ Уменьшите паразитную емкость между устройством управления питанием, трансформатором и заземлением шасси и добавьте индуктивность и емкость для подавления синфазного сигнала на выходе;
・Использование фильтра электромагнитных помех может эффективно подавить помехи синфазных пульсаций;
・ Уменьшить амплитуду сбоев при переключении.

4. Подавление пульсаций замкнутого контура управления

Причина пульсации замкнутого контура управления обычно заключается в том, что параметры в контуре не установлены должным образом. Когда на выходе есть определенные колебания, цепь обратной связи возвращает флуктуирующее напряжение на выходе в контур регулятора, заставляя регулятор генерировать отклик с автовозбуждением. производит дополнительную пульсацию.

К методам подавления в основном относятся: подавление самовозбуждающейся реакции регулятора, разумный выбор коэффициента усиления контура, стабильности регулятора и подключение LDO-фильтра к выходу источника питания. Это наиболее эффективный способ уменьшить пульсации и шумы.

Генерация пульсаций мощности

Наши общие блоки питания включают в себя линейные блоки питания и импульсные блоки питания. Выходное постоянное напряжение получается путем выпрямления, фильтрации и стабилизации переменного напряжения. Из-за нечистой фильтрации сигналы помех, содержащие периодические и случайные компоненты, будут привязаны к уровню постоянного тока, что приводит к пульсациям.

В случае номинального выходного напряжения и тока пиковое значение переменного напряжения в выходном постоянном напряжении представляет собой так называемое пульсирующее напряжение. Пульсация представляет собой сложный сигнал помех, это периодический сигнал, который колеблется вверх и вниз вокруг выходного напряжения постоянного тока, но период и амплитуда не являются постоянными, а меняются со временем, и пульсации различных источников питания. Формы сигналов также различаются.

Опасность пульсации

Вообще говоря, пульсация вредна, а не полезна. Основные опасности пульсации заключаются в следующем:

・ Пульсации в источнике питания будут генерировать гармоники в электроприборах, снижая эффективность источника питания;
・ Более высокая пульсация может привести к выбросу напряжения или тока, что может вызвать ненормальную работу электрооборудования или ускорить его старение;
・ Пульсации в цифровых цепях будут мешать логической связи цепи;
・ Рябь также создаст шумовые помехи для средств связи, измерительных и измерительных приборов и счетчиков, нарушит нормальное измерение и измерение сигналов и даже повредит оборудование.

Следовательно, при создании источников питания мы должны учитывать снижение пульсаций до уровня менее нескольких процентов, а оборудование с высокими требованиями к пульсациям должно учитывать снижение пульсаций до меньшего значения.

Методы измерения пульсаций источника питания обычно делятся на две категории: одна — это идентификация отдельного источника питания, а другая — измерение отладки продукта.

В отрасли электроснабжения и у пользователей электроснабжения для идентификации источника питания необходимо выбирать помещение (около 20 ℃), влажность должна быть менее 80%, окружающая механическая вибрация и электромагнитные помехи, влияющие на измерение, минимальны. , а стандартный прибор и тестируемый источник питания должны находиться в тестовой среде более 24 часов.

Для чистого источника питания при измерении пульсаций источника питания требуется измерение во время нагрузки, а добавленная нагрузка должна сделать выходной ток более 80% от номинального выходного тока.

Для малошумящих чисто резистивных нагрузок или электронных нагрузок также выберите соответствующий эталон измерения. Различные стандарты дают разные результаты измерений.

Напряжение пульсаций может быть выражено абсолютной величиной или относительной величиной. Как правило, отношение напряжения пульсаций к выходному напряжению постоянного тока используется для оценки характеристик фильтрации источника питания постоянного тока, то есть коэффициента пульсаций. Коэффициент пульсаций является важным показателем для оценки источника питания постоянного тока, а методом его расчета является отношение среднеквадратичного значения напряжения пульсаций к выходному напряжению постоянного тока.

Три метода измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа

Измерение пульсаций источника питания

Измерение пульсаций источника питания обычно измеряется осциллографом. Существует три широко используемых метода измерения:

1. По способу подключения

Используйте щуп осциллографа с петлей заземления, прикоснитесь щупом непосредственно к контакту положительного выхода, а петля провода непосредственно касается контакта отрицательного выхода. Это связано с тем, что цикл поддерживается максимально коротким, так что пиковое значение, считываемое с осциллографа, представляет собой выходную пульсацию и шум на линии, как показано на следующем рисунке:

Три метода измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа

2. Прямой метод

Подсоедините заземляющее кольцо непосредственно к отрицательному выходному контакту и используйте заземляющее кольцо пробника для проверки выхода.

Три метода измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа

3. Метод скручивания

Выходной контакт подключается к витой паре, затем подключается конденсатор, и два конца конденсатора измеряются с помощью осциллографа.

Три метода измерения пульсаций источника питания с помощью осциллографа

При измерении пульсаций необходимо обратить внимание: необходимо знать верхнюю границу полосы пропускания пульсаций. Пульсации представляют собой низкочастотный шум, поэтому обычно используется осциллограф, не превышающий верхний предел полосы пропускания пульсаций.

При измерении сначала включите функцию ограничения полосы пропускания осциллографа, ограничьте полосу пропускания до 20 МГц и напрямую подключите заземление экрана пробника к выходной земле, чтобы уменьшить помехи контура, вызванные длинным проводом заземления.

Небольшой керамический конденсатор и небольшой электролитический конденсатор подключены параллельно в точке доступа пробника, чтобы отфильтровать сигналы внешних помех и предотвратить их попадание в осциллограф.

Метод подавления пульсаций

Пульсации на выходе источника питания в основном происходят из пяти аспектов: низкочастотные пульсации на входе, высокочастотные пульсации, синфазные пульсации, вызванные паразитными параметрами, и пульсации, вызванные регулированием с обратной связью.

Обычными методами подавления этих пульсаций являются: увеличение емкости схемы фильтра, использование схемы LC-фильтра, использование схемы многокаскадного фильтра, замена импульсного блока питания линейным блоком питания, рациональная разводка. Однако, согласно его классификации, принятие целенаправленных мер часто позволяет достичь вдвое большего результата при вдвое меньших усилиях.

1. Подавление высокочастотных пульсаций

Высокочастотный пульсирующий шум в основном возникает из-за высокочастотных цепей преобразования мощности. В схеме высокочастотного преобразования мощности регулируемый выходной сигнал, достигаемый за счет выпрямления и фильтрации после преобразования входного постоянного напряжения с помощью высокочастотных силовых устройств, обычно содержит высокочастотные пульсации той же частоты, что и рабочая частота переключения, что влияет на внешний схема. Размер в основном связан с частотой преобразования импульсного источника питания, а также структурой и параметрами выходного фильтра. В проекте постарайтесь увеличить рабочую частоту силового преобразователя, чтобы снизить требования к фильтрации высокочастотных пульсаций переключения.

2. Подавление низкочастотных пульсаций

Величина низкочастотных пульсаций связана с емкостью фильтрующего конденсатора в выходной цепи. Емкость конденсатора нельзя увеличивать бесконечно, что неизбежно приведет к остаточной низкочастотной пульсации на выходе. Пульсации переменного тока ослабляются схемой преобразования постоянного тока в постоянный, а затем выводятся на выход, который относится к диапазону низкочастотных шумов, а его величина определяется коэффициентом усиления системы управления и схемой преобразования постоянного тока в постоянный. Поскольку схемы преобразования постоянного тока в постоянный режим управления режимом тока и режимом напряжения имеют относительно низкие возможности подавления пульсаций, а их выходная низкочастотная пульсация переменного тока относительно велика. Следовательно, необходимо принять меры по фильтрации низкочастотных пульсаций источника питания, чтобы добиться низких пульсаций на выходе источника питания.

Для некоторых источников питания цепь усиления с обратной связью преобразователя постоянного тока может быть увеличена, а схема предварительного регулятора может использоваться для усиления эффекта подавления пульсаций. Этого можно добиться изменением емкости фильтра выпрямителя и регулировкой параметров контура обратной связи. Подавление низкочастотных пульсаций.

3. Подавление синфазных пульсаций

Шум пульсаций синфазного сигнала обычно возникает в импульсных источниках питания. Когда прямоугольное напряжение импульсного источника питания воздействует на силовое устройство, оно взаимодействует с паразитной емкостью между силовым устройством и нижней пластиной радиатора, первичной и вторичной сторонами трансформатора и паразитной индуктивностью в проводах. , что приводит к синфазному пульсирующему шуму. Методы подавления шума синфазных пульсаций:

・ Уменьшите паразитную емкость между устройством управления питанием, трансформатором и заземлением шасси и добавьте индуктивность и емкость для подавления синфазного сигнала на выходе;
・Использование фильтра электромагнитных помех может эффективно подавить помехи синфазных пульсаций;
・ Уменьшить амплитуду сбоев при переключении.

4. Подавление пульсаций замкнутого контура управления

Причина пульсации замкнутого контура управления обычно заключается в том, что параметры в контуре не установлены должным образом. Когда на выходе есть определенные колебания, цепь обратной связи возвращает флуктуирующее напряжение на выходе в контур регулятора, заставляя регулятор генерировать отклик с автовозбуждением. производит дополнительную пульсацию.

К методам подавления в основном относятся: подавление самовозбуждающейся реакции регулятора, разумный выбор коэффициента усиления контура, стабильности регулятора и подключение LDO-фильтра к выходу источника питания. Это наиболее эффективный способ уменьшить пульсации и шумы.

О проверке импульсных цепей питания с помощью осциллографа

Для питания современной вычислительной техники в основном используют питающие напряжения +12, +5, +3.3 вольта (постоянный ток), формирующиеся блоком питания. Электронные компоненты, установленные на видеокартах, материнских платах часто требуют других номиналов питающих напряжений. Чаще всего вольтаж, необходимый для их работы, формируется путем понижения питающего напряжения до нужного значения.

При питании маломощных компонентов нет необходимости обеспечивать высокую эффективность работы схем преобразования входного питающего напряжения, так как потери мощности достаточно мизерные. В связи с этим маломощные узлы (например, микросхема флеш-памяти Bios) запитываются с помощью цепей прямо (линейно) преобразующих питающее напряжение до нужного номинала.

При питании мощных электронных компонентов, таких как процессор (видеоядро) и оперативная память, необходимо обеспечить высокую мощность от источника питания. Если величина потерь будет высокой (при низком КПД цепей питания), то будет происходит излишний нагрев устройства, а также расходоваться лишние средства на оплату электроэнергии.

Для обеспечения высокой эффективности работы питающих цепей большой мощности используются схемы, работающие в импульсном режиме. Это делается для сохранения компактных размеров устройств и увеличения КПД.

Пример использования ШИМ-преобразования напряжения в импульсном блоке питания:

В статье Как работает VRM материнских плат рассматривались некоторые особенности работы фаз питания, использующихся в современной вычислительной технике. В данной статье динамические процессы, происходящие в фазе питания, рассматриваются с другой точки зрения. Эти знания помогут не только при ремонте неисправных устройств, но и помогут осуществлять более осмысленную эксплуатацию компьютерной техники.

О работе фаз питания, работающих в импульсном режиме

В импульсных цепях фаз питания напряжение от блока питания используется не постоянно, а периодически, с помощью коммутации ключевыми транзисторами:

Благодаря этому на нагрузке появляется не все питающее напряжение, а лишь его часть. Это позволяет понижать вольтаж до нужного значения при сохранении достаточно высокого КПД.

При работе большинства импульсных цепей питания используются коммутационные ключи на мощных полевых транзисторах, управляемые микросхемой, формирующей управляющие импульсы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), длительность которых меняется в зависимости от напряжения на выходе.

Чем больший вольтаж нужно получить на выходе — тем дольше должны быть открыты ключевые транзисторы, соответственно должен дольше длиться управляющий импульс:

Чем большая частота используется при работе, тем больше энергии накапливается в катушке индуктивности, что позволяет значительно уменьшить ее размеры. Слишком сильному увеличению частоты препятствует значительное увеличение реактивного сопротивления проводников на высоких частотах и другие сложности, присущие ВЧ-технике.

Сбалансированная работа схем импульсного преобразования требует использования ключевых транзисторов с наименьшим внутренним сопротивлением в момент рабочего цикла, задействования сглаживающих, фильтрующих (блокировочных) конденсаторов, использования цепей обратной связи и ряда других узлов/компонентов.

Уменьшение пульсаций (Ripple) осуществляется с помощью электролитических накопительных конденсаторов, а ВЧ-шумов (Noise) — с помощью блокировочных:

Использование некачественных электронных элементов, огрехи при сборке, перегрев, старение электронных компонентов иногда приводят к выходу из строя фаз питания. Так как через них проходят большие токи, то последствия от их выхода из строя могут привести к возгоранию, а также повлечь за собой другие компоненты, включая дорогостоящие процессор/память.

При поиске неисправностей фаз питания нужно понимать пути прохождения тока через их ключевые транзисторы, а также его величину. Полную картину процессов, происходящих в фазах питания невозможно получить без осциллографа.

Проверка напряжения и тока на выходе импульсного источника питания на наличие пульсаций и шума с помощью двухканального осциллографа:

При изучении конкретной схемы нужно понимать, как проходят токи, напряжения и управляющий сигнал на фазе питания.

Как проходят токи через транзисторы верхнего и нижнего плеча фаз питания?

Фаза питания импульсных источников питания работает в два цикла, при которых ток проходит поочередно через транзистор(-ы) верхнего и нижнего плеча.

Упрощенная схема фазы питания с двумя полевыми транзисторами:

При открытом верхнем ключе (первый цикл работы, ключевой транзистор нижнего плеча при этом закрыт) ток проходит по цепи: плюсовой вывод источника питания (в данном случае +12 вольт) — транзистор верхнего ключа T1 — катушка индуктивности L — нагрузка Rн — общий провод (минус от источника питания).

На протяжении второго цикла работы открывается нижний ключевой транзистор T2 (верхний закрывается), а ток проходит по цепи: накопительная катушка индуктивности L — нагрузка Rн — транзистор нижнего ключа T2 — катушка индуктивности L.

Во время второго цикла работы источником энергии является дроссель (катушка индуктивности L), отдающий электричество, накопленное во время первого цикла.

Сглаживание пульсаций на выходе фазы питания происходит за счет накопления электрической энергии в LC-элементах (конденсатор С на схеме выше).

Визуализация прохождения тока в динамике есть в ролике Ток через нижнее и верхнее плечо шим контроллера на Youtube.

Для согласования работы различных электронных элементов, обеспечения стабильности выходного напряжения, защиты, контроля и управления используются дополнительные компоненты.

Как правило, в фазах питания видеокарт и материнских плат используется по два мощных транзистора нижнего плеча и один — в верхнем плече. Это связано с тем, что ток, проходящий во время первого цикла работы значительно больше, чем при работе от накопительного дросселя. В связи с этим обычно используются более мощные транзисторы нижнего плеча, обычно работающие параллельно, что увеличивает допустимый рабочий ток и снижает сопротивление сток-исток (Rds) во время рабочего цикла (в открытом состоянии).

Транзисторы верхнего ключа пропускают меньший ток, но должны работать с большей частотой. Поэтому для них более важна скорость открытия td(on) и закрытия td(off), чем допустимый ток.

Проверка работоспособности транзисторов фаз питания рассматривается в статьях О проверке полевых транзисторов импульсных цепей питания, а также Устранение проблем с запуском материнской платы. Для проверки работы фаз питания в динамике нужно использовать осциллограф.

Проверка напряжений и токов в цепи с помощью осциллографа

Проверка бросков (пускового) тока (inrush current) осциллографом может осуществляться на токовом резисторе (шунте) и с помощью токового щупа.

Изучение формы тока в цепи с помощью токового шунта:

Для проверки сдвига фаз между током и напряжением в электрической цепи нужно использовать двухканальный осциллограф.

Пример проверки работы транзистора фазы питания с помощью двухканального осциллографа:

На приведенной выше схеме производится одновременное измерение формы напряжения и тока на выходе полевого транзистора. Для изучения напряжения минус щупа (Diff Probe) подключается непосредственно к истоку (source), а плюс — к стоку (drain) ключевого MOSFET-транзистора. Щуп Current Probe (токовые клещи) второго канала показывает форму пульсирующего (перменного) тока в цепи.

Кроме токового щупа изучить форму тока в цепи можно путем подключения второго канала осциллографа к токовому резистору Rт (шунту) в составе исследуемой цепи:

Для исследования сдвига фаз между током и напряжением на двухканальном осциллографе с использованием токового резистора используют следующую схему подключения:

В приведенной выше схеме первый канал измеряет напряжение на выходе источника питания, а второй — напряжение на токовом резисторе (сигнал на нем при изучении сдвига фаз нужно инвертировать из-за встречного включения относительно первого канала). Синхронизация прибора в данном случае осуществляется от первого канала, так как вольтаж U Rт значительно меньше напряжения на первом канале, что ухудшило бы условия работы прибора при использовании второго канала для синхронизации.

Чем больше сопротивление токового резистора, тем большее на нем падение напряжения. Таким образом, в цепях с невысоким вольтажом можно использовать резисторы высокого сопротивления, что обеспечит лучшую чувствительность при проведении измерений.

При проверке обязательно нужно обеспечить гальваническую развязку систем питания осциллографа и проверяемого устройства. Кроме того, при использовании двухканального осциллографа нужно исключить ситуации, когда в исследуемую схему щупами осциллографа (например, общим проводом разных каналов) вносятся изменения.

Правильное и неправильное подключение двухканального осциллографа (масса обеих каналов должна быть подключена к одной общей точке):

Проверка формы напряжения, которое формируется на выходе источника питания с помощью осциллографа:

Проверка работы ШИМ-контроллера

При проверке работы микросхемы ШИМ в первую очередь нужно проверить ее выходное сопротивление (между контактами GND и OUT) — как правило, оно должно быть очень большим, близким к бесконечности (при этом на измерения не должны оказывать влияние окружающие элементы). Если при исправном ключевом полевом транзисторе на выходе ШИМ-контроллера (не выпаянного из платы) малое сопротивление (ниже одного килоОма) — то микросхема пробита.

При выходе из строя силовых транзисторов, нужно проверять исправность не только микросхемы ШИМ-контроллера, но и ее обвязку, так как элементы выходных цепей часто оказываются неисправными при пробоях MOSFET-ов.

Правильно работающий ШИМ-контроллер при импульсном преобразовании напряжения должен формировать сигнал управления, имеющий одинаковую периодически изменяющуюся форму. Этот сигнал через драйверы попеременно открывает и закрывает ключевые полевые транзисторы верхнего и нижнего плеча каждой фазы питания. Обычный мультиметр не может корректно отображать сигнал на ШИМ-контроллере, так как он имеет слишком высокую частоту. Поэтому для изучения сигнала, формируемого ШИМ-контроллером нужно использовать осциллограф, который фактически является вольтметром с продвинутыми функциями.

При проверке ШИМ-контроллера можно использовать следующую последовательность действий:

  • подать на ШИМ-микросхему проверяемого устройства от внешнего источника питания (лабораторного блока питания) необходимое ей питающее напряжение с ограничением тока;
  • проверить референсное напряжение на выводе VREF, оно должно соответствовать номиналу (согласно даташиту);
  • проверить стабильность референсного напряжения при изменениях питающего напряжения от лабораторного источника питания в пределах, соответствующих Datasheet;
  • осциллографом проверить сигнал на выходе частотозадающей цепи ШИМ-контроллера, которое должно оставаться в пределах нормы даже при изменениях питающего напряжения в заданных пределах;
  • проверить на осциллографе импульсы, идущие на ключевой транзистор фаз питания с выхода PWM-контроллера.

Вам также может понравиться

Некоторые особенности дискретных видеокарт Intel DG1 c 4GB VRAM

12 сентября, 2021

Цифровые и аналоговые осцилографы практика измерений

Главная функция осциллографа — регистрация изменения исследуемого сигнала и выводить его на экран для просмотра и анализа.

При измерение осциллографом на экране, для удобства имеется координатная система. Обычная декартова система, на которой существует ось X и Y. По оси X окладывается время, а по оси Y осуществляется измерение напряжения.

Различные управляющие ручки и кнопки измерительного прибора предназначены для того, чтобы можно было легко настраивать отображение сигнала: масштаб по осям Х и Y, курсоры и триггеры. Управление процессом измерения позволяет как бы приблизить или отдалить исследуемый сигнал, чтобы рассмотреть его как можно тщательнее.

Для измерения различных электротехнических величин необходимо правильно подключать любой осциллограф к исследуемой цепи или схеме, это делается с помощью специального измерительного щупа, обычно состоящего из коаксильного провода, на одном конце которого имеется разъем для подключения к прибору, а на втором щуп и заземление для подсоединения к исследуемой схеме. Любой провод в роли щупа применять нельзя. Только специальные щупы, иначе вместо реальной картины дел увидишь только шумы.

Итак с помощью осциллографа можно измерить:

Осциллограф способен точно измерять как постоянное, так и переменное напряжение. У всех таких измерительных устройств имеются два режима: измерение только переменного напряжения и измерение постоянного и переменного одновременно.

Например, если ты выберешь измерение переменного напряжения и подсоединишь щуп к батарейке, то на дисплее ничего не изменится. А если выберешь другой режим, то линия на экране сместится приблизительно на 1.5 Вольта вверх (величина ЭДС обычной батарейки типа АА). Это необходимо для четкого разделения постоянной и переменной составляющей.

Допустим захотел ты измерить пульсации в источнике постоянного напряжения вольт на 30. Подключаешь к осциллографу, а луч сместился далеко вверх. Для того, чтобы можно было наблюдать сигнал необходимо настроить значение В/дел на клетку. Но тогда пульсаций уже не видно. Что делать? Переключаешь режим входа на измерение переменной составляющей и вращаешь регулятор В/Дел на масштаб поменьше. Постоянная составляющая сигнала не может пройти, поэтому на дисплее будут видны только только пульсации блока питания.

Амплитуду переменного напряжения легко померить зная цену деления В/дел и просто посчитать число клеток по оси У от нулевого значения (среднего), до максимума.

Измерение частоты с помощью осциллографа, а в случае необходимости можно даже сравнить частоты двух сигналов, с помощью фигур Лиссажу

С помощью двухканального осциллографа можно измерить и сдвиг фаз, например, после прохождения через конденсатор или индуктивность фаза тока и напряжения обычно расходятся

Измерение силы тока с помощью осциллографа

Для этого в схему нужно последовательно включить резистор, имеющий значительно более низкое сопротивление, чем сама цепь.

После этого измеряют напряжения по принципу, рассказанному выше. А уже зная номинальное сопротивление резистора и общее напряжение в цепи несложно найти и силу тока, если вы конечно дружите с законом Ома.

Они применяются при создании, ремонте, наладке различных электронных устройств: от мобильных телефонов, до электронных цепей автомобильных двигателей. От военных до гражданских. Они нужны абсолютно везде.

Использование этих приборов не ограничивается лишь миром электроники, как упоминалось выше. При применении дополнительных преобразователей осциллографы могут контролировать абсолютно любые природные явления.

Ведь как мы уже знаем из курса метрологии, преобразователь – это устройство, генерирующие различный сигналы электрической природы в ответ на физическое воздействие, например звук, ультразвук, давление, механический удар, тепло или свет . Например, хорошо знакомое всем устройство для записи — микрофон это типовой преобразователь звука в электрический сигнал. Автоэлектрики при обслуживании автомобилей применяют осциллографы для фиксации вибраций двигателей . В медтехнике измеряют волны, генерируемые человеческим моз гом, мышечные сокращения сердца и т.п. Возможности измерительного прибора под названием осциллограф бесконечны, как вселенная и параллельные миры.

Большинство современных цифровых осциллографов имеют различные дополнительные функции, с помощью них можно быстро измерить частоту, амплитуду и многие другие характеристики. Некоторые модели позволяют провести в реальном времени различные математические преобразования или, допустим, быстрое преобразование фурье. В целом, этот прибор позволяет наблюдать на дисплее временные и физические характеристики сигнала.

Временными характеристиками при измерении считаются: Частота, скважность, период и коэффициент заполнения, время нарастания и спада.

К Физическим характеристикам можно отнести: максимум и минимум сигнала, амплитуду, средне квадратичное, среднее значение и т.п

Ключевым свойством любой осциллографической системы является её возможность точно воспроизводить форму исследуемого импульса сигнала . Она определяется наиважнейшей характеристикой осциллографа, называемой целостность сигнала.

Все узлы и системы этого измерительного прибора, их свойства в зависимости от выбранных режимов работы, вносят свою лепту в способность отражать на дисплее наиболее точную информацию об исследуемом сигнале. Незабываем, что щупы также оказывают существенное воздействие на целостность в любой измерительной системе.

Понятие характеристики целостности нужно учитывать при проектировании различных электронных схем. Раньшьше это в принципе не касалось цифровых разработок на логических схемах, функционирующих по законам булевой алгебры.

Но во времена уже не столь удаленные трудно выделяемые сильно зашумлённые сигналы, стали характерной чертой для схем высокоскоростной обработки , что сразу же стало предметом серьезного беспокойства для разработчиков высокочастотной схемотехники.

Во времена чуть более удаленные, но не столь темные цифровые системы работали на низких тактовых частотах, поэтому форма сигналов была предсказуемой. К сегодняшним реалиям тактовая частота процессоров увеличилась на порядки.

Высокоскоростные устройства ввода-вывода, требуют наличия широкой полосы пропускания. Микропроцессорные схемы обрабатывают данные со скоростями 5-10 Гвыб\с (гига выборок за секунду), а современные на сегодня микросхемы памяти DDR3 работают на частотах более 2 ГГц, с временем нарастания фронта импульса 200 пс. Кроме того тенденция роста быстродействия затрагивает и ИМС общего назначения, используемые в бытовой и автомобильной электронике.

Даже 20 МГц микропроцессоры могут столкнуться с сигналами, которые можно правильно отследить процессорами от 800 МГц и более.

В погрешность измерения вносит коррективы факт рассогласования прибора с пробником, для устранения этого влияния современные осциллографы имеют специальную опцию компенсации влияния измерительной системы на выводимый на дисплей сигнал.

В то же время и компоненты сигнального тракта обладают паразитными свойствами . Слои заземления и питания обладают индуктивными свойствами из-за этого питающие развязки становятся менее эффективными. Электромагнитные помехи возрастают тем сильнее, чем ниже время нарастания.

Кроме того импульсы с малым временем нарастания требуют для своей генерации более высоких токовых уровней, что приводит к возникновению особых требований к заземлению многоразрядных шин, где может случаться параллельное переключение многих сигналов. Вдобавок более высокие токовые значения являются причиной роста электромагнитных помех, а вместе с ними и перекрёстных наводок.

Итак у современного осциллографа имеется множество характеристик, перечислим основные из них.

Еще десятилетие назад большинство российских радиолюбителей пользовались приборами, выпущенными еще в СССР. В свое время это были просто замечательные измерительные приборы со своими большими плюсами и небольшими минусами. Технологии ушли вперед и им на смену приходят более функциональные приборы с более продвинутыми характеристиками и свойствами, рассмотрим их более подробно

Осциллографом называют измерительный прибор, отображающий электрические сигналы в графической форме, т.е он выводит на свой экран диаграмму электрического сигнала. Диаграмма отражает все изменения электрического сигнала во временном интервале: вертикальная ось (Y) представляет собой значения уровня напряжения, а горизонтальная ось (X) – время . Яркость или интенсивность выведенной на экран картинки называют осью Z.

В осциллографах с цифровым люминофором ось Z представлена различными градациями светового диапазона. Простейшая диаграмма способна многое рассказать об измереном сигнале:

Осциллограф измеряет различные виды колебаний напряжения . Один период колебания представляет собой волну, которая полностью повторяется . Форма волны – есть ни что иное как, графическое отображение колебания. Форма изменения напряжения выражается в виде графика зависимости величины напряжения (по вертикальной рси) от времени (по горизонтальной оси).

Формы волны многое многое может поведать о сигнале . Каждый раз, наблюдая изменения по высоте сигнала, мы видим, что это изменилось значение уровня напряжения . Если мы наблюдаем плоскую горизонтальную линию, то можно сделать вывод, что за этот временной промежуток значение напряжения не изменилось . Прямые диагональные линии говорят о линейном изменении напряжения, т.е . периодический спад или нарастание указывают на резкие изменения. На рисунке ниже представлены наиболее распространенные формы сигналов.

Современный цифровой осциллограф отличается от своих аналоговых предшественников только тем, что представляет собой почти полноценный компьютер, который измеряет, преобразует, собирает, анализирует и манипулирует полученными значениями сигнала, поступающего на его входы.

Сегодня существует огромное количество разных осциллографов. Но принципы работы у них один — прибор осуществляет измерение напряжения сигнала и выводит его на дисплей. На картинке ниже представлена обычная панель управления. На которой много всяких кнопок, регуляторов, разъемов и дисплей. Два главных органа управления осциллографом называются «Развертка» или «Длительность», «В/дел».

Что такое «В/дел»? На вход осциллографа можно подавать напряжение разной амплитуды. Нужно подал синусоиду с амплитудой в 1 Вольт, а захотел 0.2В или 10В. Как видно на рисунке выше, экран измерительного устройства разделен на клеточки — по принципу декартовой системы координат. Так вот регулятор «В/дел» (Volts/ Div) позволяет изменять масштаб по оси Y? т.е менять размер одной клеточки в вольтах. Если выбрать 0.1 Вольт и подать синусоиду амплитудой в 0.2 Вольта, тогда вся синусоида займёт на дисплее четыре клетки.

А во время измерений в реальной схеме амплитуда может быть такой, что не помещается на дисплее. Вот тогда и нужно крутить ручку регулировки «В/дел», задавая требуемый масшатаб по оси ординат.

«Длительность«. Раньше все осциллографы были аналоговыми. В роли дисплея применялась электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). И в них, ручка «длительность» («разёртка») использовалась для того, чтобы задать скорость перемещения луча на экране слева на право. Когда луч перемещается слева на право, а входящий сигнал отклоняет его вниз или вверх. Поэтому мы и видишь на экране осциллографа красивую картинку, например синусоиды.

Если частота развертки будет близка с частотой исследуемой импульсной последовательности, то на дисплее мы сможем произвести измерение, т.к получим статичное изображение, а с разверткой будет казаться, что синусоида куда-то двигается.

Все остальные функции современного осциллографа уже являются приятным дополнением. Их наличие сильно упрощает исследование в электронике и схемотехнике.

Принцип работы цифровых осциллографов, в отличие от аналоговых, не повторяют получаемый сигнал сразу на дисплей, а в начале преобразует его в «цифровую» форму. Для этого входной сигнал замеряется некоторое число раз за секунду, далее после ряда преобразований цифровые данные воссоздают сигнал и отображает его на цисплее. Оцифровка измеряемого сигнала происходит в блоке аналогово-цифрового преобразования.

Как измерить пульсации блока питания осциллографом

Цифровые и аналоговые осцилографы практика измерений

Главная функция осциллографа — регистрация изменения исследуемого сигнала и выводить его на экран для просмотра и анализа.

При измерение осциллографом на экране, для удобства имеется координатная система. Обычная декартова система, на которой существует ось X и Y. По оси X окладывается время, а по оси Y осуществляется измерение напряжения.

Различные управляющие ручки и кнопки измерительного прибора предназначены для того, чтобы можно было легко настраивать отображение сигнала: масштаб по осям Х и Y, курсоры и триггеры. Управление процессом измерения позволяет как бы приблизить или отдалить исследуемый сигнал, чтобы рассмотреть его как можно тщательнее.

Для измерения различных электротехнических величин необходимо правильно подключать любой осциллограф к исследуемой цепи или схеме, это делается с помощью специального измерительного щупа, обычно состоящего из коаксильного провода, на одном конце которого имеется разъем для подключения к прибору, а на втором щуп и заземление для подсоединения к исследуемой схеме. Любой провод в роли щупа применять нельзя. Только специальные щупы, иначе вместо реальной картины дел увидишь только шумы.

Итак с помощью осциллографа можно измерить:

Осциллограф способен точно измерять как постоянное, так и переменное напряжение. У всех таких измерительных устройств имеются два режима: измерение только переменного напряжения и измерение постоянного и переменного одновременно.

Например, если ты выберешь измерение переменного напряжения и подсоединишь щуп к батарейке, то на дисплее ничего не изменится. А если выберешь другой режим, то линия на экране сместится приблизительно на 1.5 Вольта вверх (величина ЭДС обычной батарейки типа АА). Это необходимо для четкого разделения постоянной и переменной составляющей.

Допустим захотел ты измерить пульсации в источнике постоянного напряжения вольт на 30. Подключаешь к осциллографу, а луч сместился далеко вверх. Для того, чтобы можно было наблюдать сигнал необходимо настроить значение В/дел на клетку. Но тогда пульсаций уже не видно. Что делать? Переключаешь режим входа на измерение переменной составляющей и вращаешь регулятор В/Дел на масштаб поменьше. Постоянная составляющая сигнала не может пройти, поэтому на дисплее будут видны только только пульсации блока питания.

Амплитуду переменного напряжения легко померить зная цену деления В/дел и просто посчитать число клеток по оси У от нулевого значения (среднего), до максимума.

Измерение частоты с помощью осциллографа, а в случае необходимости можно даже сравнить частоты двух сигналов, с помощью фигур Лиссажу

С помощью двухканального осциллографа можно измерить и сдвиг фаз, например, после прохождения через конденсатор или индуктивность фаза тока и напряжения обычно расходятся

Измерение силы тока с помощью осциллографа

Для этого в схему нужно последовательно включить резистор, имеющий значительно более низкое сопротивление, чем сама цепь.

После этого измеряют напряжения по принципу, рассказанному выше. А уже зная номинальное сопротивление резистора и общее напряжение в цепи несложно найти и силу тока, если вы конечно дружите с законом Ома.

Они применяются при создании, ремонте, наладке различных электронных устройств: от мобильных телефонов, до электронных цепей автомобильных двигателей. От военных до гражданских. Они нужны абсолютно везде.

Использование этих приборов не ограничивается лишь миром электроники, как упоминалось выше. При применении дополнительных преобразователей осциллографы могут контролировать абсолютно любые природные явления.

Ведь как мы уже знаем из курса метрологии, преобразователь – это устройство, генерирующие различный сигналы электрической природы в ответ на физическое воздействие, например звук, ультразвук, давление, механический удар, тепло или свет . Например, хорошо знакомое всем устройство для записи — микрофон это типовой преобразователь звука в электрический сигнал. Автоэлектрики при обслуживании автомобилей применяют осциллографы для фиксации вибраций двигателей . В медтехнике измеряют волны, генерируемые человеческим моз гом, мышечные сокращения сердца и т.п. Возможности измерительного прибора под названием осциллограф бесконечны, как вселенная и параллельные миры.

Большинство современных цифровых осциллографов имеют различные дополнительные функции, с помощью них можно быстро измерить частоту, амплитуду и многие другие характеристики. Некоторые модели позволяют провести в реальном времени различные математические преобразования или, допустим, быстрое преобразование фурье. В целом, этот прибор позволяет наблюдать на дисплее временные и физические характеристики сигнала.

Временными характеристиками при измерении считаются: Частота, скважность, период и коэффициент заполнения, время нарастания и спада.

К Физическим характеристикам можно отнести: максимум и минимум сигнала, амплитуду, средне квадратичное, среднее значение и т.п

Ключевым свойством любой осциллографической системы является её возможность точно воспроизводить форму исследуемого импульса сигнала . Она определяется наиважнейшей характеристикой осциллографа, называемой целостность сигнала.

Все узлы и системы этого измерительного прибора, их свойства в зависимости от выбранных режимов работы, вносят свою лепту в способность отражать на дисплее наиболее точную информацию об исследуемом сигнале. Незабываем, что щупы также оказывают существенное воздействие на целостность в любой измерительной системе.

Понятие характеристики целостности нужно учитывать при проектировании различных электронных схем. Раньшьше это в принципе не касалось цифровых разработок на логических схемах, функционирующих по законам булевой алгебры.

Но во времена уже не столь удаленные трудно выделяемые сильно зашумлённые сигналы, стали характерной чертой для схем высокоскоростной обработки , что сразу же стало предметом серьезного беспокойства для разработчиков высокочастотной схемотехники.

Во времена чуть более удаленные, но не столь темные цифровые системы работали на низких тактовых частотах, поэтому форма сигналов была предсказуемой. К сегодняшним реалиям тактовая частота процессоров увеличилась на порядки.

Высокоскоростные устройства ввода-вывода, требуют наличия широкой полосы пропускания. Микропроцессорные схемы обрабатывают данные со скоростями 5-10 Гвыб\с (гига выборок за секунду), а современные на сегодня микросхемы памяти DDR3 работают на частотах более 2 ГГц, с временем нарастания фронта импульса 200 пс. Кроме того тенденция роста быстродействия затрагивает и ИМС общего назначения, используемые в бытовой и автомобильной электронике.

Даже 20 МГц микропроцессоры могут столкнуться с сигналами, которые можно правильно отследить процессорами от 800 МГц и более.

В погрешность измерения вносит коррективы факт рассогласования прибора с пробником, для устранения этого влияния современные осциллографы имеют специальную опцию компенсации влияния измерительной системы на выводимый на дисплей сигнал.

В то же время и компоненты сигнального тракта обладают паразитными свойствами . Слои заземления и питания обладают индуктивными свойствами из-за этого питающие развязки становятся менее эффективными. Электромагнитные помехи возрастают тем сильнее, чем ниже время нарастания.

Кроме того импульсы с малым временем нарастания требуют для своей генерации более высоких токовых уровней, что приводит к возникновению особых требований к заземлению многоразрядных шин, где может случаться параллельное переключение многих сигналов. Вдобавок более высокие токовые значения являются причиной роста электромагнитных помех, а вместе с ними и перекрёстных наводок.

Итак у современного осциллографа имеется множество характеристик, перечислим основные из них.

Еще десятилетие назад большинство российских радиолюбителей пользовались приборами, выпущенными еще в СССР. В свое время это были просто замечательные измерительные приборы со своими большими плюсами и небольшими минусами. Технологии ушли вперед и им на смену приходят более функциональные приборы с более продвинутыми характеристиками и свойствами, рассмотрим их более подробно

Осциллографом называют измерительный прибор, отображающий электрические сигналы в графической форме, т.е он выводит на свой экран диаграмму электрического сигнала. Диаграмма отражает все изменения электрического сигнала во временном интервале: вертикальная ось (Y) представляет собой значения уровня напряжения, а горизонтальная ось (X) – время . Яркость или интенсивность выведенной на экран картинки называют осью Z.

В осциллографах с цифровым люминофором ось Z представлена различными градациями светового диапазона. Простейшая диаграмма способна многое рассказать об измереном сигнале:

Осциллограф измеряет различные виды колебаний напряжения . Один период колебания представляет собой волну, которая полностью повторяется . Форма волны – есть ни что иное как, графическое отображение колебания. Форма изменения напряжения выражается в виде графика зависимости величины напряжения (по вертикальной рси) от времени (по горизонтальной оси).

Формы волны многое многое может поведать о сигнале . Каждый раз, наблюдая изменения по высоте сигнала, мы видим, что это изменилось значение уровня напряжения . Если мы наблюдаем плоскую горизонтальную линию, то можно сделать вывод, что за этот временной промежуток значение напряжения не изменилось . Прямые диагональные линии говорят о линейном изменении напряжения, т.е . периодический спад или нарастание указывают на резкие изменения. На рисунке ниже представлены наиболее распространенные формы сигналов.

Современный цифровой осциллограф отличается от своих аналоговых предшественников только тем, что представляет собой почти полноценный компьютер, который измеряет, преобразует, собирает, анализирует и манипулирует полученными значениями сигнала, поступающего на его входы.

Сегодня существует огромное количество разных осциллографов. Но принципы работы у них один — прибор осуществляет измерение напряжения сигнала и выводит его на дисплей. На картинке ниже представлена обычная панель управления. На которой много всяких кнопок, регуляторов, разъемов и дисплей. Два главных органа управления осциллографом называются «Развертка» или «Длительность», «В/дел».

Что такое «В/дел»? На вход осциллографа можно подавать напряжение разной амплитуды. Нужно подал синусоиду с амплитудой в 1 Вольт, а захотел 0.2В или 10В. Как видно на рисунке выше, экран измерительного устройства разделен на клеточки — по принципу декартовой системы координат. Так вот регулятор «В/дел» (Volts/ Div) позволяет изменять масштаб по оси Y? т.е менять размер одной клеточки в вольтах. Если выбрать 0.1 Вольт и подать синусоиду амплитудой в 0.2 Вольта, тогда вся синусоида займёт на дисплее четыре клетки.

А во время измерений в реальной схеме амплитуда может быть такой, что не помещается на дисплее. Вот тогда и нужно крутить ручку регулировки «В/дел», задавая требуемый масшатаб по оси ординат.

«Длительность«. Раньше все осциллографы были аналоговыми. В роли дисплея применялась электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). И в них, ручка «длительность» («разёртка») использовалась для того, чтобы задать скорость перемещения луча на экране слева на право. Когда луч перемещается слева на право, а входящий сигнал отклоняет его вниз или вверх. Поэтому мы и видишь на экране осциллографа красивую картинку, например синусоиды.

Если частота развертки будет близка с частотой исследуемой импульсной последовательности, то на дисплее мы сможем произвести измерение, т.к получим статичное изображение, а с разверткой будет казаться, что синусоида куда-то двигается.

Все остальные функции современного осциллографа уже являются приятным дополнением. Их наличие сильно упрощает исследование в электронике и схемотехнике.

Принцип работы цифровых осциллографов, в отличие от аналоговых, не повторяют получаемый сигнал сразу на дисплей, а в начале преобразует его в «цифровую» форму. Для этого входной сигнал замеряется некоторое число раз за секунду, далее после ряда преобразований цифровые данные воссоздают сигнал и отображает его на цисплее. Оцифровка измеряемого сигнала происходит в блоке аналогово-цифрового преобразования.

Процесс убийства вашего ПК дешёвыми блоками питания

Всем привет. Делюсь этой информацией для тех, кто не разбирается в радиоэлектронике, возможно данный материал поможет понять процесс "убийства" ваших комплектующих дешёвыми блоками питания.

Самый главный параметр компьютерного блока питания — не мощность, не просадка по 12В, как демонстрируют в своих видео на ютубе некоторые, не стандарты 80 плюс и т.д. Самый важный параметр — уровень пульсаций переменного тока на выходе БП.

da553825c13628bdd395f920dcec3606.jpg

Все современные блоки — импульсные, поэтому во все выходные линии постоянного напряжения эти пульсации и попадают. Соответственно, чем уровень пульсаций выше, тем быстрее выйдут из строя компоненты вашего ПК. И наоборот.

Теперь — суть темы. Как конкретно пульсации убивают железо. Смотрите рисунок.

2b4b74f20dba8eb0b40e343834331789.jpg

Абсолютно во всех компонентах ПК есть керамические SMD конденсаторы. Они есть на мат. плате, в видеокарте, в SSD, в оперативке и даже внутри микросхем, чипов и контроллеров. У конденсаторов есть такой параметр, как ESR, говоря понятнее — это эквивалентное сопротивление диэлектрика конденсатора переменному току. Так вот, ESR у всех керамических конденсаторов — единицы Ом, а у электролитических или танталовых — десятые и сотые доли Ом.

Постоянный ток через конденсаторы не проходит, то есть для постоянного тока конденсатор имеет сопротивление сотни кОм или даже МОм. Однако, для переменного, импульсного тока — сопротивление диэлектрика конденсатора очень низкое. Поэтому, когда через конденсатор проходит переменный/импульсный ток, диэлектрик нагревается и постепенно, планомерно вырабатывает свой ресурс. Соответственно, чем некачественнее(дешевле) блок питания, чем выше уровень его пульсаций на выходе БП, тем быстрее керамические конденсаторы выработают свой ресурс.

Что происходит, когда керамический конденсатор вырабатывает ресурс. Обычно — случается просто его обрыв. В таком случае компонент компьютера просто перестаёт работать. Но иногда, особенно на видеокартах случается обратный процесс — диэлектрик конденсатора пробивается, замыкает. Результат — прогар видеокарты. Особенно это актуально для мощных карт с большим нагревом платы, 1070, 570 и выше. А так же актуально для дешевых карт(Palit, MSI и ноу-нейм с Алиэкспресс), где производители часто ставят некачественные конденсаторы. То есть керамические конденсаторы мало того, что подогреваются от GPU, питающими цепями, так ещё и сами по себе греются от проходящих через них пульсаций блока питания.

Как узнать уровень пульсаций.
Существует единственный способ — только с помощью осциллографа. Но, покупать прибор стоимостью во много тысяч только для проверки пульсаций вашего блока — не имеет смысла. Поэтому, если у вас есть любимые блогеры-ютуберы, давите им на мозги, чтобы они качество БП проверяли не мультиметром, по просадке 12В шины, а купили осциллограф и измеряли под нагрузкой именно уровень пульсаций того или иного блока

Как косвенно определить некачественный блок.
По цене и сроку гарантии. Если, к примеру какой-нибудь Cooler Master на 750Вт стоит 6к и имеет гарантию 5 лет, а на такую же мощность Aerocool или Cougar стоят 2.5к и гарантию год-два — выводы о качестве и уровне пульсаций можно сделать соответствующие. Так же, однозначно не стоит брать ноу-нейм или китайские, дешевые блоки с Алиэкспресса. Так же, категорически не рекомендуется покупать б/у блоки питания с рук, поскольку, даже самый качественный и надежный блок — рано или поздно теряет свои качества, повышая уровень пульсаций на выходе.

И вообще, рекомендуется придерживаться правила — собирая ПК или ферму, фирма и модель Блока Питания должны в вашей голове отложиться сильнее, нежели видеокарты, процессор и прочие комплектующие. Поскольку блок питания — это САМАЯ важная часть компьютера .

daledale
Местный житель
  • 4 Июн 2018
  • #2
Tort17
Свой человек
  • 4 Июн 2018
  • #3
Mark-msk
Бывалый
  • 4 Июн 2018
  • #4
NVA42
Друг форума
  • 4 Июн 2018
  • #5
Местный житель
  • 4 Июн 2018
  • #6
imenno
Великий мудрец
  • 4 Июн 2018
  • #7
Kit_r
Друг форума
  • 4 Июн 2018
  • #8
Свой человек
  • 4 Июн 2018
  • #9

1. Электролитические конденсаторы хорошо фильтруют только низкочастотные переменные составляющие. Например, работает импульсный блок питания на частоте условно 40кГц. Электролиты эти пульсации хорошо погасят. Однако, при прохождении переменного тока через выпрямительные диоды или ключевые транзисторы, появляются гармоники, первая, вторая, третья и т.д. Эти гармоники имеют частоту сотни кГц и даже единицы мегагерц. Эти частоты электролиты уже не сглаживают, потому что просто не успевают на таких частотах заряжаться, разряжаться.

2. Чтобы фильтровать высшие гармоники — и ставят керамические SMD конденсаторы на все компоненты компьютера. Если блок питания качественный, то у него уже внутри стоят хорошие керамические кондёры, поэтому и уровень пульсаций у них с самого начала низкий. В дешёвых блоках питания керамику на выход не ставят, потому и уровень пульсаций выше, который уже идёт на комплектующие компьютера, снижая их ресурс жизни.

Вот, не пожалейте времени, посмотрите это видео. Инженер проводит наглядную демонстрацию, как электролитические и керамические конденсаторы влияют на уровень и форму пульсаций. Жалко, что на английском, но интуитивно всё понятно. Очень интересное видео!

imenno
Великий мудрец
  • 4 Июн 2018
  • #10
Mark-msk
Бывалый
  • 4 Июн 2018
  • #11
imenno
Великий мудрец
  • 4 Июн 2018
  • #12
Местный житель
  • 4 Июн 2018
  • #13
fiatlux
Бывалый
  • 4 Июн 2018
  • #14
Свой человек
  • 4 Июн 2018
  • #15

Глупость. ESR — это не определённая величина сопротивления, а сопротивление току разной частоты. Для электролитов ESR на частоте 10кГц будет, к примеру 0.1Ом, но для керамики на этой же частоте ESR будет уже 100 Ом. С другой стороны, для электролитов на частоте 1МГц ESR будет 100Ом, а для керамики на той же частоте уже условно 0.1Ом.

Смотрите рисунок, чтобы было наглядно и понятно:

1039542862792869c8fd4565732d1edf.jpg

В процессе работы блока питания на его выходе появляется пульсация не только рабочей частоты, но и её гармоники(Fg), которые уходят до единиц мегагерц. Электролитический конденсатор может фильтровать только низшие гармоники, то есть гармоники низкой частоты. А керамический конденсатор может фильтровать высшие гармоники, то есть гармоники высокой частоты. Вот в дешёвых блоках питания керамики параллельно с электролитами нет, поэтому вся эта импульсная гадость — уходит на материнку, видеокарту, оперативку, винт и т.д. Таким образом, уровень пульсаций гасится не керамикой блока питания, а керамическими кондёрами комплектующих компьютера, что и приводит к снижению их срока службы.

p.s. Уровень гармоник на рисунке условный, просто для удобства понимания.

yuraspb
Свой человек
  • 4 Июн 2018
  • #16

Всем привет. Делюсь этой информацией для тех, кто не разбирается в радиоэлектронике, возможно данный материал поможет понять процесс "убийства" ваших комплектующих дешёвыми блоками питания.

Самый главный параметр компьютерного блока питания — не мощность, не просадка по 12В, как демонстрируют в своих видео на ютубе некоторые, не стандарты 80 плюс и т.д. Самый важный параметр — уровень пульсаций переменного тока на выходе БП.

da553825c13628bdd395f920dcec3606.jpg

Все современные блоки — импульсные, поэтому во все выходные линии постоянного напряжения эти пульсации и попадают. Соответственно, чем уровень пульсаций выше, тем быстрее выйдут из строя компоненты вашего ПК. И наоборот.

Теперь — суть темы. Как конкретно пульсации убивают железо. Смотрите рисунок.

2b4b74f20dba8eb0b40e343834331789.jpg

Абсолютно во всех компонентах ПК есть керамические SMD конденсаторы. Они есть на мат. плате, в видеокарте, в SSD, в оперативке и даже внутри микросхем, чипов и контроллеров. У конденсаторов есть такой параметр, как ESR, говоря понятнее — это эквивалентное сопротивление диэлектрика конденсатора переменному току. Так вот, ESR у всех керамических конденсаторов — единицы Ом, а у электролитических или танталовых — десятые и сотые доли Ом.

Постоянный ток через конденсаторы не проходит, то есть для постоянного тока конденсатор имеет сопротивление сотни кОм или даже МОм. Однако, для переменного, импульсного тока — сопротивление диэлектрика конденсатора очень низкое. Поэтому, когда через конденсатор проходит переменный/импульсный ток, диэлектрик нагревается и постепенно, планомерно вырабатывает свой ресурс. Соответственно, чем некачественнее(дешевле) блок питания, чем выше уровень его пульсаций на выходе БП, тем быстрее керамические конденсаторы выработают свой ресурс.

Что происходит, когда керамический конденсатор вырабатывает ресурс. Обычно — случается просто его обрыв. В таком случае компонент компьютера просто перестаёт работать. Но иногда, особенно на видеокартах случается обратный процесс — диэлектрик конденсатора пробивается, замыкает. Результат — прогар видеокарты. Особенно это актуально для мощных карт с большим нагревом платы, 1070, 570 и выше. А так же актуально для дешевых карт(Palit, MSI и ноу-нейм с Алиэкспресс), где производители часто ставят некачественные конденсаторы. То есть керамические конденсаторы мало того, что подогреваются от GPU, питающими цепями, так ещё и сами по себе греются от проходящих через них пульсаций блока питания.

Как узнать уровень пульсаций.
Существует единственный способ — только с помощью осциллографа. Но, покупать прибор стоимостью во много тысяч только для проверки пульсаций вашего блока — не имеет смысла. Поэтому, если у вас есть любимые блогеры-ютуберы, давите им на мозги, чтобы они качество БП проверяли не мультиметром, по просадке 12В шины, а купили осциллограф и измеряли под нагрузкой именно уровень пульсаций того или иного блока

Как косвенно определить некачественный блок.
По цене и сроку гарантии. Если, к примеру какой-нибудь Cooler Master на 750Вт стоит 6к и имеет гарантию 5 лет, а на такую же мощность Aerocool или Cougar стоят 2.5к и гарантию год-два — выводы о качестве и уровне пульсаций можно сделать соответствующие. Так же, однозначно не стоит брать ноу-нейм или китайские, дешевые блоки с Алиэкспресса. Так же, категорически не рекомендуется покупать б/у блоки питания с рук, поскольку, даже самый качественный и надежный блок — рано или поздно теряет свои качества, повышая уровень пульсаций на выходе.

И вообще, рекомендуется придерживаться правила — собирая ПК или ферму, фирма и модель Блока Питания должны в вашей голове отложиться сильнее, нежели видеокарты, процессор и прочие комплектующие. Поскольку блок питания — это САМАЯ важная часть компьютера .

Измерение пульсаций источника питания

Технологии производства модулей питания развиваются с невероятной скоростью, что вызывает определённые сложности в выборе наиболее эффективного испочника питания, максимально отвечающим требованиям оборудования. Произодители тестирующего и измерительного оборудования должны предоставить решение для определения пульсации осциллографом.

1.Метод измерения
Много инженеров измеряют пульсацию сотнями милливольт используя цифровой осциллограф. Ошибочные значения в десятки раз выше указанных характеристик в описании – результат неправильного выбора метода измерения. Рассотрим правильные шаги тестирования используя SDS1000:

1.1 Активируйте функцию ограничения полосы пропускания и установите значение 20 МГц, или включите фильтр низкой частоты и настройте максимальное значение предела полосы пропускания. Данная операция необходима для предотвращения негативного воздействия высокочастотного шума на точность измерений.
1.2 Выберите режим входа AC: слишком сильный сигнал постоянного тока не будет захвачен SDS1000. (для детектирования пульсации используйте низковольтный диапазон)
1.3 Кабель заземления пробника должен быть как можно короче. К примеру: отсоедините кабель заземления пробника, подсоедините очень короткий провод заземления непосредственно к корпусу пробника, таким образом длина кабеля заземления не будет превышать 1 см. (исключение шумов других устройств позволит увидеть слабую пульсацию)

1.4 К цифровой осциллографу не должно быть подключено других пробников и кабелей, кроме пробника для измеления пульсации. Также не следует использовать другие методы заземления прибора для избежания шумов.

Сравнение влияния различных факторов при измерении пульсаций источника питания:

2.Требования для проведения измерений

Цифровой осциллограф
Наличие функции ограничения ширины полосы пропускания или цифрового фильтра частоты. Например: осциллограф серии SDS1000.

Пробники
В комплект поставки пробника Siglent входит короткий стальной кабель. Используйте его, или сделайте более короткое заземление самостоятельно; Отсоедините стандартный кабель заземления от пробника и замените коротким, из меди CAT5, алюминия или олова.

Установите коэффициент деления пробника 1X: снизьте искажения от высокочастотного шума используя пассивный пробник с коэффициентом 1X на 6МГц/10МГц. Использование коэффициента коррекции пробника 10X значительно ослабит пульсацию и затруднит детектирование.

3.Сравнение результатов измерения пульсации разными пробниками
Использования стандартного пробника:

Рис 3.1 Пульсация блока питания — 0,18В (чувствительность в 2 мВ/дел. SIGLENT автоматически ограничивает ширину полосы пропускания).

Использование усовершенствованного короткого пробника:


Рис 3.2 Результат после укорачивания кабеля заземления.

Проведение осциллографических измерений с высокой точностью и воспроизводимостью

Осциллограф Agilent серии 7000

«Земляной» вывод пробника через корпус байонетного коаксиального разъема (BNC) соединяется с корпусом осциллографа. В свою очередь корпус, по правилам безопасности, присоединяется через заземляющий контакт сетевой вилки к проводнику защитного заземления питающей сети. Такое заземление осциллографа обычно создает проблемы, связанные со способом заземления исследуемого источника питания. Часто бывает так, что сигнал нужно измерять относительно определенной точки схемы, а не относительно «земли» (измерения с гальванической развязкой). У разработчиков источников питания имеется несколько приемов для решения таких проблем.

Чаще всего используется метод, при котором осуществляется развязка осциллографа: либо откусывается провод защитного заземления в сетевом шнуре, либо питание на осциллограф подается через разделительный трансформатор. Этот прием очень опасен, поскольку на корпусе осциллографа возможно присутствие высокого напряжения. Кроме того, результаты измерений, проведенных таким способом, могут оказаться ошибочными.

Второй прием, используемый для измерения источника питания с гальванической развязкой, — это вычитание результатов измерений, сделанных по каналам А и В с помощью несимметричных пробников напряжения. Сигналы от двух пробников подаются на входы двух каналов. Далее используются возможности осциллографа по математической обработке осциллограмм: выходные сигналы этих двух каналов электрически вычитаются, в результате получается осциллограмма разностного сигнала. Этот прием относительно безопасен, так как осциллограф остается заземленным.

Однако применимость этого метода ограничена измерениями в условиях, когда сигналы сравнительно невелики, поскольку коэффициент подавления синфазного сигнала при этом мал — не более 20 дБ (10:1). Это ограничение вызвано тем, что сигналы поступают через разные пробники на разные входы осциллографа, а коэффициенты передачи этих двух трактов не могут быть абсолютно одинаковыми.

Наилучшим решением выполнения измерений с гальванической развязкой является применение дифференциального пробника (или дифференциального усилителя) (рис. 2). Этот способ позволяет выполнять точные и безопасные измерения. Дифференциальные пробники обеспечивают высокий коэффициент подавления синфазного сигнала, обычно не менее 80 дБ, или 10 000:1, что позволяет измерять слабый разностный сигнал на фоне больших синфазных сигналов, обеспечивая приемлемую точность и высокую чувствительность. Таким образом, для проведения безопасных и точных измерений с гальванической развязкой наилучшим решением является использование дифференциального пробника, у которого динамический диапазон и полоса пропускания достаточны для работы с исследуемой схемой.

Дифференциальный пробник

Рис. 2. Дифференциальный пробник

Измерение пульсаций и шумов

При выполнении измерения шумов с помощью осциллографа следует учитывать следующие моменты.

Во-первых, нужно минимизировать лишний шум, добавляемый пробником. На «земляной» провод длиной 15 см и наконечник-захват обычного пассивного пробника может быть наведен значительный уровень шумов, генерируемых исследуемым источником питания или какими-нибудь другими приборами (рис. 3). Кроме того, индуктивная нагрузка, создаваемая длинным «земляным» проводом, часто добавляет свой «звон» к измеряемому сигналу.

а) Измерение шумов; б) осциллограмма с дополнительными шумами

Рис. 3. а) Измерение шумов на выходе источника питания с использованием длинного «земляного» провода;
б) осциллограмма с дополнительными шумами, наведенными на «земляной» провод

Напротив, использование наконечника меньших размеров и более короткого «земляного» провода (например, подключение к специальному разъему на исследуемой плате через соответствующий адаптер с разъемом BNC) существенно снижает эти паразитные шумы за счет уменьшения размеров образуемой этими проводами петли, а кроме того, уменьшается индуктивность нагрузки (рис. 4).

а) Использование наконечника меньших размеров; б) осциллограмма, демонстрирующая снижение шумов

Рис. 4. а) Использование наконечника меньших размеров и более короткого «земляного» провода;
б) осциллограмма, демонстрирующая существенное снижение шумов

Когда измеряется амплитуда пульсаций или шумы на выходе источника питания, может потребоваться установка максимальной (или близкой к ней) чувствительности по входу осциллографа. Для этого, во-первых, нужно попытаться использовать пробник 1:1 вместо стандартного пассивного пробника 10:1, поставляемого в комплекте с осциллографом. С пробником 10:1 не только отображаемый средний уровень шумов станет больше в десять раз, но и установленное на максимум значение чувствительности тоже станет в десять раз хуже, чем с пробником 1:1.

Кроме того, можно установить режим входа на связь по переменному току, чтобы убрать постоянную составляющую подаваемого на вход сигнала. Пульсации и шумы нормально работающего источника питания малы по сравнению с выходным напряжением. Но если выходное напряжение источника питания сопоставимо с уровнем шумов и лежит в диапазоне мВ, можно использовать вход со связью по постоянному току и настроить осциллограф так, чтобы видеть постоянную составляющую. Некоторые активные пробники, например Agilent InfiniiMax или 1156A, обеспечивают широкие пределы смещений для расширения динамического диапазона.

И последнее. Не надо забывать про встроенную функцию ограничения полосы пропускания. Почти все осциллографы снабжены схемой для ограничения полосы пропускания тракта вертикального отклонения. Эта функция позволяет избавиться от нежелательных высокочастотных шумов в наблюдаемых сигналах.

Как повысить разрешение осциллографа по вертикали?

Для некоторых задач необходимы измерения сигналов с большим динамическим диапазоном и в то же время требуется такое высокое разрешение, которое позволит оценить небольшие изменения какого-либо параметра. Например, нужно измерить высокое напряжение между стоком и истоком закрытого транзистора, работающего в ключевом режиме в импульсном источнике питания, и низкое напряжение в те моменты, когда транзистор открыт. Для таких измерений может потребоваться разрешение большее, чем 8 бит у обычных цифровых осциллографов (рис. 5). Вместо того чтобы прибегнуть к применению АЦП с более высоким разрешением, можно воспользоваться одним из встроенных режимов: «измерения с высоким разрешением» или «измерения с усреднением», которые позволяют проводить измерения с разрешением более 8 бит и пониженным уровнем шума.

Осциллограмма напряжения сток–исток ключевого транзистора при работе осциллографа в обычном режиме

Рис. 5. Осциллограмма напряжения сток–исток ключевого транзистора в импульсном источнике питания, полученная при работе осциллографа в обычном режиме

Обычный режим измерения с усреднением

Для получения разрешения по вертикали, превышающего 8 бит, в современных цифровых осциллографах используются два метода, опирающиеся на схожие математические теории. Первый метод — использование обычного режима измерения с усреднением (рис. 6). Для измерения с усреднением требуется, чтобы сигнал был периодическим. Алгоритм измерения с усреднением состоит в замене нескольких измеренных (в нескольких повторяющихся периодах) точек сигнала одной (средней) точкой, соответствующей определенному моменту времени. Полученные математическим процессом усреднения точки дают нам осциллограмму с более высоким, чем у исходного сигнала, вертикальным разрешением. Сколько точек нужно для усреднения, чтобы получить один дополнительный бит вертикального разрешения? Один дополнительный бит получается усреднением по каждой четверке выборок сигнала. Таким образом, имеем:

где N — количество выборок, по которым проводится усреднение.

Например, усреднение по N = 16 выборкам дает улучшение на 2 бита: количество добавочных битов = 0,5 log216 = 2. Следовательно, эффективное вертикальное разрешение составит 8+2 = 10 бит.

Максимум разрешения по вертикали для этого алгоритма составляет не более 12 бит, поскольку далее начинают влиять другие факторы, в частности, погрешность вертикального усиления или смещения. Преимущество режима усреднения в том, что он не ограничивает полосу пропускания реального времени осциллографа. К недостаткам относится то, что сигнал должен быть периодическим, и то, что снижается скорость обновления сигналов на экране из-за дополнительной нагрузки на центральный процессор осциллографа.

Осциллограмма напряжения сток–исток при работе осциллографа в обычном режиме с усреднением

Рис. 6. Осциллограмма напряжения сток–исток, полученная при работе осциллографа в обычном режиме измерения с усреднением

Режим измерения с высоким разрешением

Для второго метода усреднения, применяемого в цифровом осциллографе, не требуется периодического сигнала. Этот метод называется режимом измерения с высоким разрешением (рис. 7). Современные осциллографы, например Agilent InfiniiVision серий 5000, 6000 и 7000, обеспечивают 8-битовое вертикальное разрешение в обычном режиме (как и большинство других цифровых осциллографов). Режим измерения с высоким разрешением повышает вертикальное разрешение осциллографа до 12 бит в реальном масштабе времени и снижает уровень шумов.

Осциллограмма напряжения сток–исток при работе осциллографа в режиме с высоким разрешением

Рис. 7. Осциллограмма напряжения сток–исток, полученная при работе осциллографа в режиме с высоким разрешением

Как сказано выше, метод измерения с усреднением состоит в замене нескольких измеренных (в нескольких периодах) точек сигнала одной (средней) точкой, соответствующей определенному моменту времени. В отличие от этого в режиме измерения с высоким разрешением усредняются значения сигнала нескольких последовательных выборок. В режиме измерения с высоким разрешением нельзя прямо задать количество точек, по которым ведется усреднение, как в режиме измерения с усреднением. Вместо этого количество дополнительных битов вертикального разрешения зависит от установленного значения скорости развертки.

При работе с малыми скоростями развертки в осциллографе осуществляется фильтрация последовательных выборок сигнала, результаты которой отображаются на экране. Увеличение глубины памяти для отображаемых данных увеличивает и количество точек, по которым ведется усреднение. Режим измерения с высоким разрешением неэффективен при высокой скорости развертки, когда на одну отображаемую точку приходится мало выборок. Этот метод дает значительный эффект при медленных развертках, когда одна точка осциллограммы формируется из многих выборок.

Компенсация сдвига фаз пробников напряжения и тока

Для точных измерений мощности требуется устранение погрешностей, обусловленных, во-первых, длиной кабелей пробников, во-вторых — электрической длиной участка цепи между точками, в которых измеряются ток и напряжение (если пробники тока и напряжения нельзя поместить в одну точку). Разница электрических длин трактов прохождения сигналов приводит к разным задержкам сигналов, приходящих от двух разных точек электрической цепи.

Чем длиннее кабель пробника, тем больше задержка между сигналом, измеряемым пробником, и сигналом на входе осциллографа. Для пробников, кабели которых имеют разную длину, и задержки получаются разные, а это требует проведения предварительной калибровки, чтобы получить правильный результат измерения. После компенсации сдвига фаз между сигналами двух пробников, учитывающей разницу временных задержек, сигналы от этих пробников приходят на осциллограф одновременно.

Другой фактор, который необходимо принимать во внимание, — это электрическая длина участка цепи между точками подключения пробников тока и напряжения. Например, задержка для печатного проводника на стеклотекстолите FR-4 составляет 381 пс/см, а для медного провода — 216 пс/см.

Погрешности из-за сдвига фаз имеют значительное влияние на измерения в источниках питания, особенно если исследуемые сигналы имеют крутые фронты. Сдвиг фаз может привести к тому, что измеренное значение получится очень низким, давая ложное ощущение достоверности, или очень высоким, предполагая проблему там, где ее нет. Компенсация сдвига фаз пробников перед измерениями в источниках питания является залогом наибольшей точности измерений (рис. 8).

Примеры компенсации сдвига фаз пробников

Рис. 8. Примеры компенсации сдвига фаз пробников перед измерениями в источниках питания:

а) сдвиг фаз — измеренное значение слишком низкое;

б) сдвиг фаз — измеренное значение слишком высокое;

в) сдвиг фаз устранен — точный результат

Для наилучшей компенсации сдвига фаз нужно выбирать такие контрольные точки, чтобы пробники напряжения и тока можно было разместить как можно ближе друг к другу. В этом случае развертка напряжения и тока на осциллографе будет точно соответствовать фазе напряжения и тока в исследуемой схеме. В ассортименте компании Agilent имеется приспособление для компенсации сдвига фаз U1880A, которое генерирует специальный тестовый сигнал (рис. 9). По этому сигналу определяются значения компенсации для контрольных точек исследуемой схемы.

Приспособление для компенсации сдвига фаз U1880A

Рис. 9. Приспособление для компенсации сдвига фаз U1880A, которое генерирует специальный тестовый сигнал

В дополнение к вышесказанному важно знать, сигнал какого пробника опережающий, а какого — задержанный. Опережающий сигнал должен быть использован в качестве опорного сигнала, а также в качестве сигнала запуска для осциллографа. Задержка между опережающим и задержанным сигналами от пробников должна вычитаться из задержанного сигнала. Значение сдвига можно затем вручную выставить на осциллографе. А можно воспользоваться какими-либо приложениями, предназначенными для измерений параметров источников питания с использованием осциллографа. Например, приложения Agilent U1881A и U1882A, предназначенные для осциллографов Agilent InfiniiVision или Infiniium, автоматизируют процесс компенсации сдвига фаз, и это позволяет устранять погрешность отсчета и дает уверенность в наибольшей точности измерений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *