使用內(nèi)置波形發(fā)生器的示波器進(jìn)行元器件測試

本文說明了使用示波器和波形發(fā)生器對元器件進(jìn)行測試的方法。將展示電容、電感、二極管、雙極晶體管及電纜的測試過程。這些測試方法可用于確定故障部件或識別無標(biāo)注元器件的作用。

測試配置

本測試案例的基本理念是通過波形發(fā)生器在該元器件上施加一個激勵，并通過示波器測量它的響應(yīng)。安捷倫InfiniiVision X系列示波器采用內(nèi)置波形發(fā)生器，可為元器件測試提供便利的“一體化”解決方案。應(yīng)當(dāng)注意的是，示波器不能完全替代專用的元器件測試儀，后者能提供更高的精度和更全面的測試。然而在實際測試中，一般沒有現(xiàn)成的專用測試儀。在這種情況下可以選擇使用較為常見的設(shè)備來測試元器件，以作權(quán)宜之計。本例涉及到了示波器和波形發(fā)生器。

圖1顯示了測量配置。波形發(fā)生器連接到示波器輸入端，另一支路連接至被測件(DUT)。對于表貼元器件的測試，推薦使用安捷倫11060A(或相近產(chǎn)品)進(jìn)行測試。通過波形發(fā)生器的50Ω內(nèi)阻，對被測件施加電壓。通過示波器輸入通道測量被測件上的電壓。該示波器受到波形發(fā)生器的觸發(fā)。安捷倫X系列示波器內(nèi)置了觸發(fā)連接，無需使用額外的電纜連接和觸發(fā)配置設(shè)置。用戶只需選擇波形發(fā)生器作為觸發(fā)源即可完成觸發(fā)。

電容和電感測試

圖2顯示了示波器在沒有連接被測件時的配置和測量。取平均法可以降低噪聲進(jìn)而提高精度。打開Min、Rise和Fall(10-90%)自動測量，觸發(fā)點(diǎn)的位置設(shè)在左側(cè)。

圖2：電容和電感的測試與測量(未連接被測件時)。

使用一個10Hz、100mVpp的方波作為激勵。針對被測件進(jìn)行低電壓在線測試，無需再連接偏置半導(dǎo)體器件。這種低電壓測試還可以最大程度減少極化電容中可能會降低測量精度的反向泄漏電流.

電容測試

電容作為被測件時，電路配置為典型的電阻－電容(R-C)結(jié)構(gòu)，其中R是函數(shù)發(fā)生器的50Ω內(nèi)阻。示波器的輸入阻抗為1MΩ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過波形發(fā)生器的50Ω內(nèi)阻(可以忽略后者)。在測量上升時間(10-90%)時，根據(jù)下面公式可以算出被測件的電容值：

公式1

為了獲得最精確的測量結(jié)果，必須對測試系統(tǒng)的電容進(jìn)行測量，并考慮它對測試的影響。在確定值時，我們建議首先測量一個已知的、精確的1nF電容，隨后在測量結(jié)果中減去1nF即為值。圖3顯示了1nF電容測量。通過上升時間測量(圖3)可計算出電容值是1.24nF，因此值約為0.24nF。

圖3：1nF電容的測試與測量。

必須認(rèn)真調(diào)整示波器的s/div設(shè)置以便顯示完整的跳變；但不能將顯示速度調(diào)得過慢，否則會導(dǎo)致分辨率不足、無法精確地測量跳變。根據(jù)實際經(jīng)驗，最好將s/div設(shè)置在已測上升時間(或下降時間)的1/2~2倍之間。假設(shè)已測上升時間是175ns，則s/div應(yīng)當(dāng)設(shè)為100ns/div或200ns/div。

求出值后，可進(jìn)一步對大于1nF的電容進(jìn)行測試。因受到波形發(fā)生器的頻率限制，可測得的電容數(shù)值上限為100uF。降低波形發(fā)生器的頻率即可測試較大的電容數(shù)值。圖4顯示了47nF電容測量。在本例中，推算出的電容值是45.9nF。

圖4：47nF電容的測試與測量。

請注意，邊沿跳變開始時會出現(xiàn)“尖峰”。在激勵邊沿通過測試系統(tǒng)電纜到達(dá)被測件并返回的過程中會出現(xiàn)這個尖峰。它是導(dǎo)致無法精確測得低于1nF的電容值的主要原因。通過對被測件進(jìn)行較短的連接(6英寸)可以降低尖峰的干擾，從而能夠測試低至250pF的電容值

電感測試

電感作為被測件時，電路配置為電阻－電感(R-L)結(jié)構(gòu)。本例將會測量下降時間。通過測量可得到電感的直流電阻(DCR)。將DCR添加到波形發(fā)生器的50Ω輸出電阻中，可確定R的總值。電感與下降時間的關(guān)系可由下面公式得出:

公式2

波形發(fā)生器的上升時間把可測得的最小電感值限定為10uH，其上限取決于電感的DCR。DCR過高時，示波器無法自動測量下降時間。在這種情況下需要手動測量下降時間。

圖5顯示了1200uH電感測量。需注意的是，因為受到電感的DCR影響，直流電壓明顯下降。電感值約為1208uH。故障電感或電容會得出錯誤的數(shù)值，或是顯示為開路或短路。開路被測件的圖像如圖2所示，而短路被測件則像是一條水平線。

圖5：1200uF電感的測試與測量。

二極管和雙極晶體管測試

圖6顯示了示波器在未連接被測件時的配置和測量。對于二極管測試，波形發(fā)生器可配置為一個+/-2.5V的斜波信號(100Hz時)。這種低頻測試需采用高分辨率模式來降低噪聲。同時還要打開Max和Min自動測量，觸發(fā)點(diǎn)的位置設(shè)在中間。

圖6：二極管測試與測量(未連接被測件時)。

這種測試方法與傳統(tǒng)的曲線追蹤儀不同。曲線追蹤儀可以繪制被測件的電流與電壓。采用這個測試方法時，示波器的水平軸表示波形發(fā)生器的電壓，垂直軸表示被測件上的電壓。與曲線追蹤儀不同的是，波形發(fā)生器的幅度較低，不適合測試反向擊穿電壓。

該測試方法可對被測件施加大量的電流。假設(shè)二極管兩極的電壓下降0.7V，那么波形發(fā)生器的50Ω輸出電阻上會存在最大1.8V的電壓。這意味著流經(jīng)二極管的電流最大為36mA。如果被測件無法容忍這個電流電平，那么就必須降低波形發(fā)生器的幅度