示波器基礎(chǔ)系列之九 —— 關(guān)于高壓測(cè)試中電壓“測(cè)不準(zhǔn)”問

有時(shí)侯有些工程師為了省事，同時(shí)用多個(gè)通道時(shí)，只將一個(gè)探頭的地線接上，這無(wú)疑為對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。探頭的地線越短越好，地線和信號(hào)線之間的環(huán)路面積越大，輻射帶來的影響越大。這在霍華德那本經(jīng)典書中一開始就有談到。

有時(shí)候探頭的地線被磨損了，測(cè)試的波形看起來是一條直流信號(hào)上有很多細(xì)小的毛刺。有一次我查看這種毛刺的來源，找了半天才發(fā)現(xiàn)這根探頭的地線是工程師自己做的。沒有很好屏幕效果的地線也會(huì)極大地增加輻射的干擾，在高壓測(cè)試中很輕松地帶來 100V以上的誤差。

在用高壓差分探頭測(cè)試時(shí)，需要將兩條線絞在一起而不要讓它們自由地散開。這是常識(shí)，但很多工程師都沒有意識(shí)到。

有一次，一個(gè)工程師投訴我說，用我們兩個(gè)相同型號(hào)的探頭測(cè)試同一個(gè)被測(cè)點(diǎn)，交換通道后幅值差別很大。后來我查了半天，發(fā)現(xiàn)本質(zhì)原因不是交換通道，而是和兩個(gè)探頭的線的擺法有關(guān)。兩根線的位置不一樣測(cè)試的結(jié)果就不一樣。

所以，我們?cè)诳吹揭粋€(gè)現(xiàn)象的時(shí)候總要去反復(fù)做一些交叉實(shí)驗(yàn)，對(duì)比測(cè)試后才能找出現(xiàn)象后面的原因，最終解決問題或得出結(jié)論。

傳導(dǎo)和輻射，我們?cè)跍y(cè)試的時(shí)候總要考慮到這兩點(diǎn)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

4，探頭的共模抑制比和快恢復(fù)特性問題

我 們關(guān)注的信號(hào)總是兩個(gè)信號(hào)相減的結(jié)果，對(duì)于單端信號(hào)，是被測(cè)點(diǎn)的電位和地相減，對(duì)差分信號(hào)，是兩個(gè)相對(duì)地的差分信號(hào)之減。我們希望示波器測(cè)試到的信號(hào)是探 頭的減法效應(yīng)之后沒有引進(jìn)對(duì)地的共模噪音。這在實(shí)際中是不可能的。因此，探頭的共模抑制比越大，測(cè)試出來的結(jié)果越準(zhǔn)確。不同的探頭共模抑制比不一樣。單端 探頭的共模抑制比很低，只有幾千分之一，而普通的高壓差分探頭，如力科的ADP305,T公司的P52XX等共模抑制比為一萬(wàn)分之一。這在高壓測(cè)試中是不夠的。如在測(cè)試全橋或半橋電路的上半橋Vds電壓時(shí)，MOSFET關(guān)斷時(shí)的Vds電壓為400V以上，在MOSFET導(dǎo)通時(shí)的Vds電壓只有100mV，我們需要在示波器中清晰地看到 100mV，這意味著示波器和探頭構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)能夠從400V電壓中拾取100mV的小信號(hào)，這需要探頭具有10萬(wàn)分之一的共模抑制比。在這個(gè)世界上，只有力科的差分放大器DA1855A具有這樣高的共模抑制比。

此外，還有很重要的一點(diǎn)是，對(duì)于Vds電壓測(cè)試，由于從400V電壓跳變到100mV的電壓是瞬間的突變，如果探頭沒有很好的快過驅(qū)動(dòng)恢復(fù)能力，會(huì)導(dǎo)致示波器過驅(qū)動(dòng)，測(cè)試出來的結(jié)果也是不準(zhǔn)確的。MOSFET導(dǎo)通時(shí)的100mV的電壓測(cè)試出來的結(jié)果可能為負(fù)的十幾伏。大家可以立即去確認(rèn)下這一點(diǎn):在50V/div的量程下看到導(dǎo)通時(shí)的波形是一條零線，但將量程調(diào)節(jié)到100mV/div的時(shí)候，就看到零線變成了負(fù)線，有的時(shí)候還會(huì)看到這負(fù)線不是恒定的，而是上下跳動(dòng)著的。在這個(gè)世界上，只有力科的差分放大器DA1855A提供了很好的過驅(qū)動(dòng)恢復(fù)能力，使得能準(zhǔn)確測(cè)試出MOSFET在導(dǎo)通時(shí)的低電壓，從而測(cè)試出來的Vds電壓值才是最準(zhǔn)確的。這就好比一個(gè)人騎著一輛自行車從60度的陡坡沖下來，如果這自行車沒有很好的剎車系統(tǒng)，它是無(wú)法停留在它本來應(yīng)停留的位置，總會(huì)沖得更遠(yuǎn)。如果您曾騎車下坡撞到了墻上就會(huì)對(duì)此印象深刻。

圖五所示為差分放大器DA1855A的工作原理和外觀圖。

圖五 具有快過驅(qū)動(dòng)恢復(fù)特性和高共模抑制比的DA1855A

綜上所述，我們知道，測(cè)量是科學(xué)，也是一門藝術(shù)。既需要理論的指導(dǎo)，也需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)?？偨Y(jié)了經(jīng)驗(yàn)之后，我們需要對(duì)測(cè)試規(guī)范做更細(xì)致的描述，對(duì)于有些測(cè)試指標(biāo)應(yīng)重新審視一下是否合理，對(duì)于有些測(cè)試指標(biāo)要詳細(xì)定義測(cè)試的環(huán)境和示波器的設(shè)置等。對(duì)于電源的Vds電壓，超過450伏就超標(biāo)了，這個(gè)問題困擾了太多的工程師了。我們?cè)撊绾沃匦露x這個(gè)指標(biāo)？這個(gè)問題我還沒有給出答案,因?yàn)槲业拇鸢改欢ú粫?huì)滿意——我的答案是需要用DA1855A來測(cè)試，但問題是DA1855A比ADP305要貴得多。還是每個(gè)公司去定義自己的司標(biāo)