测试仪器基础应用知识总结(一)

2012-03-22 15:58:37来源: 互联网

电子工程师在平时进行电子设计中离不开测试测量所用的仪器仪表,而如何准确用好这些测试仪表,使电子工程师提高设计效率,缩短产品设计周期,则成为合格电子工程师必备的硬功夫。为给工程师朋友提供较为全面的测量仪表相关应用知识,或学习,或参考,或温故而知新,电子发烧友会陆续整合推出《测试仪器基础应用知识总结》系列章节,敬请留意。

测试仪器基础应用知识总结


  一、怎样去调试一个新设计的电路板

  对于一个新设计的电路板,调试起来往往会遇到一些困难,特别是当板比较大、元件比较多时,往往无从下手。但如果掌握好一套合理的调试方法,调试起来将会事半功倍。对于刚拿回来的新PCB板,我们首先要大概观察一下,板上是否存在问题,例如是否有明显的裂痕,有无短路、开路等现象。如果有必要的话,可以检查一下电源跟地线之间的电阻是否足够大。

  然后就是安装元件了。相互独立的模块,如果您没有把握保证它们工作正常时,最好不要全部都装上,而是一部分一部分的装上(对于比较小的电路,可以一次全部装上),这样容易确定故障范围,免得到时遇到问题时,无从下手。一般来说,可以把电源部分先装好,然后就上电检测电源输出电压是否正常。如果在上电时您没有太大的把握(即使有很大的把握,也建议您加上一个保险丝,以防万一),可考虑使用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护电流,然后将稳压电电源的电压值慢慢往上调,并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中,没有出现过流保护等问题,且输出电压也达到了正常,则说明电源部分OK。反之,则要断开电源,寻找故障点,并重复上述步骤,直到电源正常为止。

  接下来逐渐安装其它模块,每安装好一个模块,就上电测试一下,上电时也是按照上面的步骤,以避免因为设计错误或/和安装错误而导致过流而烧坏元件。

  寻找故障的办法一般有下面几种:

  ①测量电压法。首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常,其次检查各种参考电压是否正常,另外还有各点的工作电压是否正常等。例如,一般的硅三极管导通时,BE结电压在0.7V左右,而CE结电压则在0.3V左右或者更小。如果一个三极管的BE结电压大于0.7V(特殊三极管除外,例如达林顿管等),可能就是BE结就开路。

  ②信号注入法。将信号源加至输入端,然后依次往后测量各点的波形,看是否正常,以找到故障点。有时我们也会用更简单的办法,例如用手握一个镊子,去碰触各级的输入端,看输出端是否有反应,这在音频、视频等放大电路中常使用(但要注意,热底板的电路或者电压高的电路,不能使用此法,否则可能会导致触电)。如果碰前一级没有反应,而碰后一级有反应,则说明问题出在前一级,应重点检查。

  ③当然,还有很多其它的寻找故障点的方法,例如看、听、闻、摸等。“看”就是看元件有无明显的机械损坏,例如破裂、烧黑、变形等;“听”就是听工作声音是否正常,例如一些不该响的东西在响,该响的地方不响或者声音不正常等;“闻”就是检查是否有异味,例如烧焦的味道、电容电解液的味道等,对于一个有经验的电子维修人员来说,对这些气味是很敏感的;“摸”就是用手去试探器件的温度是否正常,例如太热,或者太凉。一些功率器件,工作起来时会发热,如果摸上去是凉的,则基本上可以判断它没有工作起来。但如果不该热的地方热了或者该热的地方太热了,那也是不行的。一般的功率三极管、稳压芯片等,工作在70度以下是完全没问题的。70度大概是怎样的一个概念呢?如果你将手压上去,可以坚持三秒钟以上,就说明温度大概在70度以下(注意要先试探性的去摸,千万别把手烫伤了)。

  二、选选择电子测试仪器的几个重要指标

  以数字示波器为例,很多用户可能都知道示波器的一些传统的指标,比如带宽,采样率,存储深度等等,甚至出现在选型的时候根据指标”比数大小”,以为数大的就比数小的好 ---其实不然!要想真正了解数字示波器,就必须深入洞察隐藏在标称的指标背后的产品的真正性能和质量,就像有不少消费者在选购数码相机的时候往往很在意像素数,其实除了这个”数”之外,还有很多(更)重要的指标甚至材质需要考虑的。

  在可扩展性、支持的通信标准数量、测试精度、动态范围和解调带宽等方面,这些参数都很重要。未来的基站可能向双模和多模演进,很多手机都已经具备多模功能,如GSM和WCDMA双模手机,如果仪器支持的通信标准多,那么需采购仪器的品种和数量就大大减少。另外,随着3G、LTE等技术的出现,对仪表提出了更高的要求,高测试精度、大动态范围和大解调带宽的仪器非常受欢迎。移动通信技术发展很快,目前中国还没有大量商用3G,而LTE,作为WCDMA和TD-SCDMA的后续技术,已经快推出原型机了。网络运营商可能会加快新的技术的引入,这对基站和终端生产厂商确实是挑战:他们现在购买的测试仪器必须具备很好的扩展性,能方便地升级到未来技术,这样才能更大限度保护厂商的投资。

  另外,示波器的带宽、采样率等都是示波器的常见参数。示波器带宽由于制造与研发技术的发展,使示波器带宽能够得到修正和补偿。但这些修正和补偿未尝都是好事一桩,有些客户并不希望这些技术带入到测试中去,他们更需要原始的测试数据,比如雷达实验。目前泰克在1G~2G全系列示波器家族中,提供纯硬件的示波器,示波器带宽是最真实的。泰克的前端技术可以保证将示波器的硬件前置放大器做的足够好。采样率是ADC的指标。捕获率参数反映的是一个内存管理的(是否能够在保存的信号中找到所需的信号)的概念。泰克采用的是分段式管理,在信号跳变时保存信息。包括Inspector等方法。
三、电池电量的两种测试方法

  检测普通锌锰干电池的电量是否充足,通常有两种方法。第一种方法是通过测量电池瞬时短路电流来估算电池的内阻,进而判断电池电量是否充足;第二种方法是用电流表串联一只阻值适当的电阻,通过测量电池的放电电流计算出电池内阻,从而判断电池电量是否充足。

  第一种方法的最大优点是简便,用万用表的大电流档就可直接判断出干电池的电量,缺点是测试电流很大,远远超过干电池允许放电电流的极限值,在一定程度上影响干电池使用寿命。第二种方法的优点是测试电流小,安全性好,一般不会对干电池的使用寿命产生不良影响,缺点是较为麻烦。

  笔者用MF47型万用表对一节新2号干电池和一节旧2号干电池分别用上述两种方法进行测试对比。假设ro是干电池内阻,RO是电流表内阻,用第二种测试方法时,RF是附加的串联电阻,阻值3Ω,功率2W。

  实测结果如下。新2号电池E=1.58V(用2.5V直流电压档测量),电压表内阻为50kΩ,远大于ro,故可近似认为1.58V是电池的电动势,或称开路电压。用第一种方法时,万用表置5A直流电流档,电表内阻RO=0.06Ω,测得电流为3.3A。所以ro+RO=1.58V÷3.3A≈0.48Ω,ro=0.48-0.06=0.42Ω。用第二种方法时,测得电流为0.395A,RF+ro+RO=1.58V÷0.395A=4Ω,电流500mA档内阻为0.6Ω,所以ro=4-3-0.6=0.4Ω。

  旧2号电池用第一种方法测量时,先测得开路电压E=1.2V,电表内阻RO=6Ω,读数为6.5mA,万用表置50mA直流电流档,ro+RO=1.2V÷0.0065A≈184.6Ω,ro=184.6-6=178.6Ω。用第二种方法,测得电流为6.3mA,ro+RO+RF=1.2V÷0.0063A=190.5Ω,ro=190.5-6-3=181.5Ω。

  显然两种测试方法的结果基本一致。最终计算结果的微小差别是由于读数误差、电阻RF的误差以及接触电阻等多方面因素造成的,这种微小误差不致影响对电池电量的判断。 如果被测电池的容量小、电压高(例如15V、9V叠层电池),则应将RF的阻值适应增大。

  四、测试仪器选择:如何选择合适的示波器带宽

  带宽是大多数工程师在选择一款示波器时首先考虑的参数。本文将为您提供一些有用的窍门,教您如何为您的数字和模拟应用选择合适的示波器带宽。但首先,我们先看看示波器带宽的定义。

  示波器带宽的定义

  所有示波器都表现出如图1所示的在较高频率处滚降的低通频率响应。大多数带宽参数在1 GHz及以下的示波器通常表现为高斯响应,即具备约从-3 dB频率的三分之一处开始缓慢滚降的特性。而那些带宽规格超过1 GHz的示波器通常则具备最大平坦频率响应,如图2所示。这种频响通常表现为带内响应较平缓,而在约-3 dB频率处滚降较陡。

  

  图1:低通频率响应

  

  图2:最大平坦频率响应

示波器的这两种频率响应各有各的优缺点。具备最大平坦频响的示波器比具备高斯频响的示波器对带内信号的衰减较小,也就是说前者对带内信号的测量更精确。但具备高斯频响的示波器比具备最大平坦频响的示波器对代外信号的衰减小,也就是说在同样的带宽规格下,具备高斯频响的示波器

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关键字:测试仪器  基础应用

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0322/article_15348.html
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