使用內置波形發(fā)生器的示波器進(jìn)行元器件測試

本文說(shuō)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(guò)程。這些測試方法可用于確定故障部件或識別無(wú)標注元器件的作用。

測試配置

本測試案例的基本理念是通過(guò)波形發(fā)生器在該元器件上施加一個(gè)激勵，并通過(guò)示波器測量它的響應。安捷倫InfiniiVision X系列示波器采用內置波形發(fā)生器，可為元器件測試提供便利的“一體化”解決方案。應當注意的是，示波器不能完全替代專(zhuān)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(shí)際測試中，一般沒(méi)有現成的專(zhuān)用測試儀。在這種情況下可以選擇使用較為常見(jiàn)的設備來(lái)測試元器件，以作權宜之計。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(guò)波形發(fā)生器的50Ω內阻，對被測件施加電壓。通過(guò)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系列示波器內置了觸發(fā)連接，無(wú)需使用額外的電纜連接和觸發(fā)配置設置。用戶(hù)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(méi)有連接被測件時(shí)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(kāi)Min、Rise和Fall(10-90%)自動(dòng)測量，觸發(fā)點(diǎn)的位置設在左側。

圖2：電容和電感的測試與測量(未連接被測件時(shí))。

使用一個(gè)10Hz、100mVpp的方波作為激勵。針對被測件進(jìn)行低電壓在線(xiàn)測試，無(wú)需再連接偏置半導體器件。這種低電壓測試還可以最大程度減少極化電容中可能會(huì )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(shí)，電路配置為典型的電阻－電容(R-C)結構，其中R是函數發(fā)生器的50Ω內阻。示波器的輸入阻抗為1MΩ，遠遠超過(guò)波形發(fā)生器的50Ω內阻(可以忽略后者)。在測量上升時(shí)間(10-90%)時(shí)，根據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果，必須對測試系統的電容進(jìn)行測量，并考慮它對測試的影響。在確定值時(shí)，我們建議首先測量一個(gè)已知的、精確的1nF電容，隨后在測量結果中減去1nF即為值。圖3顯示了1nF電容測量。通過(guò)上升時(shí)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。

必須認真調整示波器的s/div設置以便顯示完整的跳變；但不能將顯示速度調得過(guò)慢，否則會(huì )導致分辨率不足、無(wú)法精確地測量跳變。根據實(shí)際經(jīng)驗，最好將s/div設置在已測上升時(shí)間(或下降時(shí)間)的1/2~2倍之間。假設已測上升時(shí)間是175ns，則s/div應當設為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(kāi)始時(shí)會(huì )出現“尖峰”。在激勵邊沿通過(guò)測試系統電纜到達被測件并返回的過(guò)程中會(huì )出現這個(gè)尖峰。它是導致無(wú)法精確測得低于1nF的電容值的主要原因。通過(guò)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(shí)，電路配置為電阻－電感(R-L)結構。本例將會(huì )測量下降時(shí)間。通過(guò)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(shí)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(shí)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(guò)高時(shí)，示波器無(wú)法自動(dòng)測量下降時(shí)間。在這種情況下需要手動(dòng)測量下降時(shí)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(huì )得出錯誤的數值，或是顯示為開(kāi)路或短路。開(kāi)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(xiàn)。

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(shí)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(gè)+/-2.5V的斜波信號(100Hz時(shí))。這種低頻測試需采用高分辨率模式來(lái)降低噪聲。同時(shí)還要打開(kāi)Max和Min自動(dòng)測量，觸發(fā)點(diǎn)的位置設在中間。

圖6：二極管測試與測量(未連接被測件時(shí))。

這種測試方法與傳統的曲線(xiàn)追蹤儀不同。曲線(xiàn)追蹤儀可以繪制被測件的電流與電壓。采用這個(gè)測試方法時(shí)，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(xiàn)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(huì )存在最大1.8V的電壓。這意味著(zhù)流經(jīng)二極管的電流最大為36mA。如果被測件無(wú)法容忍這個(gè)電流電平，那么就必須降低波形發(fā)生器的幅度