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。
該(gai)文(wen)所(suo)描(miao)述(shu)的(de)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)得(de)到(dao)的(de)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)雖(sui)然(ran)有(you)誤(wu)差(cha),但(dan)畢(bi)竟(jing)提(ti)供(gong)了(le)不(bu)花(hua)錢(qian)的(de)一(yi)種(zhong)定(ding)性(xing)的(de)結(jie)果(guo)。文(wen)中(zhong)圖(tu)片(pian)也(ye)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)這(zhe)種(zhong)帶(dai)有(you)明(ming)顯(xian)誤(wu)差(cha)的(de)做(zuo)法(fa)和(he)使(shi)用(yong)電(dian)流(liu)探(tan)頭(tou)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)是(shi)有(you)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)差(cha)別(bie)的(de)。
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。
沒mei有you昂ang貴gui的de電dian流liu探tan頭tou就jiu無wu法fa用yong示shi波bo器qi看kan到dao電dian流liu的de變bian化hua過guo程cheng嗎ma?其qi實shi我wo們men換huan個ge思si路lu還hai是shi可ke以yi找zhao到dao解jie決jue方fang法fa的de,方fang法fa其qi實shi很hen簡jian單dan,就jiu是shi我wo們men中zhong學xue物wu理li學xue過guo的deI=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:
方fang法fa總zong是shi比bi問wen題ti多duo,在zai很hen多duo情qing況kuang下xia,換huan個ge思si路lu就jiu可ke能neng找zhao到dao解jie決jue問wen題ti的de辦ban法fa。比bi如ru很hen多duo工gong程cheng師shi由you於yu無wu合he適shi的de儀yi器qi可ke觀guan察cha到dao電dian流liu的de變bian化hua過guo程cheng,對dui電dian路lu中zhong電dian流liu是shi如ru何he變bian化hua的de,很hen多duo時shi候hou可ke能neng是shi靠kao經jing驗yan去qu估gu算suan,但dan這zhe種zhong估gu算suan不bu一yi定ding跟gen實shi際ji情qing況kuang吻wen合he,本ben文wen提ti出chu的de方fang法fa可ke讓rang工gong程cheng師shi在zai不bu花hua錢qian的de情qing況kuang下xia使shi用yong現xian有you的de示shi波bo器qi觀guan察cha到dao電dian路lu中zhong電dian流liu的de變bian化hua過guo程cheng,雖sui然ran其qi理li論lun基ji礎chu不bu是shi“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”。
其qi實shi這zhe文wen章zhang的de想xiang法fa是shi多duo年nian前qian我wo公gong司si還hai沒mei買mai電dian流liu探tan頭tou時shi自zi己ji的de一yi些xie嚐chang試shi,當dang時shi這zhe樣yang去qu嚐chang試shi是shi因yin為wei沒mei有you合he適shi的de工gong具ju又you想xiang知zhi道dao電dian流liu是shi如ru何he變bian化hua的de,現xian在zai應ying該gai還hai有you很hen多duo不bu想xiang買mai或huo買mai不bu起qi有you源yuan電dian流liu探tan頭tou的de中zhong小xiao公gong司si工gong程cheng師shi麵mian臨lin我wo當dang年nian的de困kun惑huo,希xi望wang把ba我wo當dang年nian的de想xiang法fa整zheng理li成cheng的de文wen章zhang能neng對dui他ta們men有you所suo幫bang助zhu。
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