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這篇文章不是在鼓勵(lì)山寨，只是在分享示波器的發(fā)燒級(jí)功能。類(lèi)似方法還有諸如用無(wú)源探頭的地線和信號(hào)針短路當(dāng)作近場(chǎng)探頭。 該文所描述的這種方法得到的測(cè)量結(jié)果雖然有誤差，但畢竟提供了不花錢(qián)的一種定性的結(jié)果。文中圖片也可以看出這種帶有明顯誤差的做法和使用電流探頭測(cè)量結(jié)果是有比較大的差別的。 PS：有錢(qián)還是不要省電流探頭和高壓差分探頭哦。測(cè)量有風(fēng)險(xiǎn)，誤差要防范。 問(wèn)題提出： 示波器是大多數(shù)電子工程師使用最多的一種儀器，提起示波器大家馬上想到的是測(cè)試電壓，當(dāng)然很多示波器還可做比較粗略的頻譜分析等，但很多示波器對(duì)電子工程師很關(guān)注的一項(xiàng)指標(biāo)--- 電流卻無(wú)法測(cè)試，在一些分析驗(yàn)證中不光需要測(cè)試電壓，有時(shí)更需要測(cè)試電流；目前一些比較高端的示波器可以測(cè)試電流，不過(guò)需要另購(gòu)有源電流探頭，提到有源兩字，就意味著不菲的價(jià)格，不錯(cuò)，購(gòu)買(mǎi)一根有源電流探頭的花費(fèi)差不多可以購(gòu)買(mǎi)一些品牌的中端示波器了，所以這不是一般小公司玩得起的“土豪”裝備啊。 提到電流測(cè)試，有人可能會(huì)說(shuō)萬(wàn)用表不就可以測(cè)量嗎？當(dāng)然萬(wàn)用表可以測(cè)量某個(gè)時(shí)刻的電流，但存在幾個(gè)問(wèn)題：1、由于萬(wàn)用表的反應(yīng)速度較慢（一般都是百mS量級(jí)），用這樣的反應(yīng)速度來(lái)捕捉某些稍縱即逝的信號(hào)猶如騎自行車(chē)去追緝坐高鐵的疑犯；2、萬(wàn)用表無(wú)法記錄長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試結(jié)果，好一些的表可以記錄最大、最小值等；3、最關(guān)鍵的是萬(wàn)用表無(wú)法看到電流變化的過(guò)程，很多時(shí)候我們希望看到的是變化過(guò)程而不只是結(jié)果，比如我們想知道三極管過(guò)流損壞最可能在什么時(shí)候發(fā)生的而不是只想看到三極管在冒煙。 沒(méi)有昂貴的電流探頭就無(wú)法用示波器看到電流的變化過(guò)程嗎？其實(shí)我們換個(gè)思路還是可以找到解決方法的，方法其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是我們中學(xué)物理學(xué)過(guò)的I=V/R，淚奔了吧？注意這個(gè)V不是某點(diǎn)的電壓，而是兩點(diǎn)的電位差，這是個(gè)關(guān)鍵，也是一些初學(xué)者容易陷入誤區(qū)的地方，如果用某點(diǎn)的電壓變化去推測(cè)電流的變化那很多時(shí)候就要出錯(cuò)了，后面我們從實(shí)例測(cè)試可看到這點(diǎn)。 具體方法： 這個(gè)方法的具體做法是：用兩根探頭分別測(cè)出一個(gè)電阻（甚至可以是一段線，當(dāng)然前提是這段線的電阻大到其兩端可以產(chǎn)生合適的電位差）兩端的電壓V1、V2，然后用示波器的計(jì)算功能就能實(shí)時(shí)地計(jì)算出△V=V1-V2，而I=△V /R，只要環(huán)境不發(fā)生激烈的變化等我們可認(rèn)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。我們下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)驗(yàn)證一下這個(gè)方法是否可行。 實(shí)例驗(yàn)證： 下面示波器截圖1測(cè)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(guò)示波器運(yùn)算功能計(jì)算出來(lái)的漏源極電壓 △Vsd =Vs-Vd（本例中通道C1測(cè)量的是Vs，通道C2測(cè)量的是Vd，因此具體的運(yùn)算設(shè)置就如圖2所示的C1-C2）；綠色波形是用有源電流探頭測(cè)試出來(lái)的漏源極電流Isd，從Isd和 △Vsd兩者的波形對(duì)比可看出，它們的變化過(guò)程非常接近；用有源電流探頭測(cè)出的Isd峰值大概為3.6A；計(jì)算得到的△Vsd峰值大概為0.43V，用萬(wàn)用表測(cè)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(cè)試的結(jié)果有差別，當(dāng)然這跟MOS管不同狀態(tài)的導(dǎo)通電阻、示波器、無(wú)源探頭、萬(wàn)用表的誤差等有關(guān)，但是用這個(gè)方法來(lái)測(cè)試我們最關(guān)注的電流變化過(guò)程是完全可行的，通過(guò)觀察電流的變化可以大致知道MOS管的損壞最可能在什么時(shí)候發(fā)生，從而為采取正確的措施提供依據(jù)。 看到這里，有經(jīng)驗(yàn)的工程師可能會(huì)提出一個(gè)問(wèn)題: 使用普通的探頭進(jìn)行測(cè)試，共模抑制比CMRR如何解決？ 確實(shí)是存在這個(gè)問(wèn)題，不過(guò)我們前面也提過(guò)，這方法最主要是可讓我們看到電流的變化過(guò)程，在各種因素的影響下用這方法測(cè)試出來(lái)的具體電流值的準(zhǔn)確程度肯定比不上專(zhuān)門(mén)的有源電流探頭（如果這個(gè)不花錢(qián)的方法能完全解決幾萬(wàn)元才能解決的問(wèn)題，以后有源電流探頭就賣(mài)不出去了，當(dāng)然如果你恰好看到本文，某天用電流的變化分析解決了以前的某個(gè)懸案，不妨可以此說(shuō)服老板少喝兩瓶，買(mǎi)個(gè)電流探頭^_^）；而且要解決CMRR的話(huà)就需要用到有源差分探頭，這東東的身價(jià)跟電流探頭可有一拼了，這樣的話(huà)就達(dá)不到我們不花錢(qián)的目的了^_^；不過(guò)，Vs-Vd有個(gè)好處就是可消除一部分信號(hào)上的干擾。 另外，我們從截圖可以看到，單點(diǎn)的電壓Vs或Vd的變化不同于Isd的變化，所以不要陷入用單點(diǎn)電壓變化來(lái)估算電流變化的誤區(qū)。 圖1 通過(guò)兩個(gè)電壓相減得到電壓差近似測(cè)量電流的變化 另外，使用這個(gè)方法有個(gè)前提是示波器需要具有通道間的數(shù)據(jù)計(jì)算功能（如圖2），這個(gè)功能對(duì)現(xiàn)在很多基于Windows操作系統(tǒng)的示波器來(lái)說(shuō)是小菜一碟；當(dāng)然，如果示波器的運(yùn)算公式能加入R，就是圖2的Summary為I=△V/R，計(jì)算得到的結(jié)果就更直觀了。 總結(jié)思考： 方法總是比問(wèn)題多，在很多情況下，換個(gè)思路就可能找到解決問(wèn)題的辦法。比如很多工程師由于無(wú)合適的儀器可觀察到電流的變化過(guò)程，對(duì)電路中電流是如何變化的，很多時(shí)候可能是靠經(jīng)驗(yàn)去估算，但這種估算不一定跟實(shí)際情況吻合，本文提出的方法可讓工程師在不花錢(qián)的情況下使用現(xiàn)有的示波器觀察到電路中電流的變化過(guò)程，雖然其理論基礎(chǔ)不是“高大上”，但具有較好的實(shí)用價(jià)值，使現(xiàn)有的示波器多了一只“眼睛”。 其實(shí)這文章的想法是多年前我公司還沒(méi)買(mǎi)電流探頭時(shí)自己的一些嘗試，當(dāng)時(shí)這樣去嘗試是因?yàn)闆](méi)有合適的工具又想知道電流是如何變化的，現(xiàn)在應(yīng)該還有很多不想買(mǎi)或買(mǎi)不起有源電流探頭的中小公司工程師面臨我當(dāng)年的困惑，希望把我當(dāng)年的想法整理成的文章能對(duì)他們有所幫助。 本文來(lái)源于： 示波器的藝術(shù)的博客 |
