測試儀器基礎(chǔ)應(yīng)用知識總結(jié)（一）

電子工程師在平時進行電子設(shè)計中離不開測試測量所用的儀器儀表，而如何準(zhǔn)確用好這些測試儀表，使電子工程師提高設(shè)計效率，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，則成為合格電子工程師必備的硬功夫。為給工程師朋友提供較為全面的測量儀表相關(guān)應(yīng)用知識，或?qū)W習(xí)，或參考，或溫故而知新，電子發(fā)燒友會陸續(xù)整合推出《測試儀器基礎(chǔ)應(yīng)用知識總結(jié)》系列章節(jié)，敬請留意。

　　一、怎樣去調(diào)試一個新設(shè)計的電路板

　　對于一個新設(shè)計的電路板，調(diào)試起來往往會遇到一些困難，特別是當(dāng)板比較大、元件比較多時，往往無從下手。但如果掌握好一套合理的調(diào)試方法，調(diào)試起來將會事半功倍。對于剛拿回來的新PCB板，我們首先要大概觀察一下，板上是否存在問題，例如是否有明顯的裂痕，有無短路、開路等現(xiàn)象。如果有必要的話，可以檢查一下電源跟地線之間的電阻是否足夠大。

　　然后就是安裝元件了。相互獨立的模塊，如果您沒有把握保證它們工作正常時，最好不要全部都裝上，而是一部分一部分的裝上（對于比較小的電路，可以一次全部裝上），這樣容易確定故障范圍，免得到時遇到問題時，無從下手。一般來說，可以把電源部分先裝好，然后就上電檢測電源輸出電壓是否正常。如果在上電時您沒有太大的把握（即使有很大的把握，也建議您加上一個保險絲，以防萬一），可考慮使用帶限流功能的可調(diào)穩(wěn)壓電源。先預(yù)設(shè)好過流保護電流，然后將穩(wěn)壓電電源的電壓值慢慢往上調(diào)，并監(jiān)測輸入電流、輸入電壓以及輸出電壓。如果往上調(diào)的過程中，沒有出現(xiàn)過流保護等問題，且輸出電壓也達到了正常，則說明電源部分OK。反之，則要斷開電源，尋找故障點，并重復(fù)上述步驟，直到電源正常為止。

　　接下來逐漸安裝其它模塊，每安裝好一個模塊，就上電測試一下，上電時也是按照上面的步驟，以避免因為設(shè)計錯誤或/和安裝錯誤而導(dǎo)致過流而燒壞元件。

　　尋找故障的辦法一般有下面幾種：

　　①測量電壓法。首先要確認(rèn)的是各芯片電源引腳的電壓是否正常，其次檢查各種參考電壓是否正常，另外還有各點的工作電壓是否正常等。例如，一般的硅三極管導(dǎo)通時，BE結(jié)電壓在0.7V左右，而CE結(jié)電壓則在0.3V左右或者更小。如果一個三極管的BE結(jié)電壓大于0.7V（特殊三極管除外，例如達林頓管等），可能就是BE結(jié)就開路。

　?、谛盘栕⑷敕ā⑿盘栐醇又凛斎攵?，然后依次往后測量各點的波形，看是否正常，以找到故障點。有時我們也會用更簡單的辦法，例如用手握一個鑷子，去碰觸各級的輸入端，看輸出端是否有反應(yīng)，這在音頻、視頻等放大電路中常使用（但要注意，熱底板的電路或者電壓高的電路，不能使用此法，否則可能會導(dǎo)致觸電）。如果碰前一級沒有反應(yīng)，而碰后一級有反應(yīng)，則說明問題出在前一級，應(yīng)重點檢查。

　?、郛?dāng)然，還有很多其它的尋找故障點的方法，例如看、聽、聞、摸等?！翱础本褪强丛袩o明顯的機械損壞，例如破裂、燒黑、變形等;“聽”就是聽工作聲音是否正常，例如一些不該響的東西在響，該響的地方不響或者聲音不正常等;“聞”就是檢查是否有異味，例如燒焦的味道、電容電解液的味道等，對于一個有經(jīng)驗的電子維修人員來說，對這些氣味是很敏感的;“摸”就是用手去試探器件的溫度是否正常，例如太熱，或者太涼。一些功率器件，工作起來時會發(fā)熱，如果摸上去是涼的，則基本上可以判斷它沒有工作起來。但如果不該熱的地方熱了或者該熱的地方太熱了，那也是不行的。一般的功率三極管、穩(wěn)壓芯片等，工作在70度以下是完全沒問題的。70度大概是怎樣的一個概念呢？如果你將手壓上去，可以堅持三秒鐘以上，就說明溫度大概在70度以下（注意要先試探性的去摸，千萬別把手燙傷了）。

　　二、選選擇電子測試儀器的幾個重要指標(biāo)

　　以數(shù)字示波器為例，很多用戶可能都知道示波器的一些傳統(tǒng)的指標(biāo)，比如帶寬，采樣率，存儲深度等等，甚至出現(xiàn)在選型的時候根據(jù)指標(biāo)”比數(shù)大小”，以為數(shù)大的就比數(shù)小的好 ---其實不然！要想真正了解數(shù)字示波器，就必須深入洞察隱藏在標(biāo)稱的指標(biāo)背后的產(chǎn)品的真正性能和質(zhì)量，就像有不少消費者在選購數(shù)碼相機的時候往往很在意像素數(shù)，其實除了這個”數(shù)”之外，還有很多（更）重要的指標(biāo)甚至材質(zhì)需要考慮的。

　　在可擴展性、支持的通信標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量、測試精度、動態(tài)范圍和解調(diào)帶寬等方面，這些參數(shù)都很重要。未來的基站可能向雙模和多模演進，很多手機都已經(jīng)具備多模功能，如GSM和WCDMA雙模手機，如果儀器支持的通信標(biāo)準(zhǔn)多，那么需采購儀器的品種和數(shù)量就大大減少。另外，隨著3G、LTE等技術(shù)的出現(xiàn)，對儀表提出了更高的要求，高測試精度、大動態(tài)范圍和大解調(diào)帶寬的儀器非常受歡迎。移動通信技術(shù)發(fā)展很快，目前中國還沒有大量商用3G，而LTE，作為WCDMA和TD-SCDMA的后續(xù)技術(shù)，已經(jīng)快推出原型機了。網(wǎng)絡(luò)運營商可能會加快新的技術(shù)的引入，這對基站和終端生產(chǎn)廠商確實是挑戰(zhàn)：他們現(xiàn)在購買的測試儀器必須具備很好的擴展性，能方便地升級到未來技術(shù)，這樣才能更大限度保護廠商的投資。

　　另外，示波器的帶寬、采樣率等都是示波器的常見參數(shù)。示波器帶寬由于制造與研發(fā)技術(shù)的發(fā)展，使示波器帶寬能夠得到修正和補償。但這些修正和補償未嘗都是好事一樁，有些客戶并不希望這些技術(shù)帶入到測試中去，他們更需要原始的測試數(shù)據(jù)，比如雷達實驗。目前泰克在1G～2G全系列示波器家族中，提供純硬件的示波器，示波器帶寬是最真實的。泰克的前端技術(shù)可以保證將示波器的硬件前置放大器做的足夠好。采樣率是ADC的指標(biāo)。捕獲率參數(shù)反映的是一個內(nèi)存管理的（是否能夠在保存的信號中找到所需的信號）的概念。泰克采用的是分段式管理，在信號跳變時保存信息。包括Inspector等方法。
三、電池電量的兩種測試方法

　　檢測普通鋅錳干電池的電量是否充足，通常有兩種方法。第一種方法是通過測量電池瞬時短路電流來估算電池的內(nèi)阻，進而判斷電池電量是否充足；第二種方法是用電流表串聯(lián)一只阻值適當(dāng)?shù)碾娮?，通過測量電池的放電電流計算出電池內(nèi)阻，從而判斷電池電量是否充足。

　　第一種方法的最大優(yōu)點是簡便，用萬用表的大電流檔就可直接判斷出干電池的電量，缺點是測試電流很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過干電池允許放電電流的極限值，在一定程度上影響干電池使用壽命。第二種方法的優(yōu)點是測試電流小，安全性好，一般不會對干電池的使用壽命產(chǎn)生不良影響，缺點是較為麻煩。

　　筆者用MF47型萬用表對一節(jié)新2號干電池和一節(jié)舊2號干電池分別用上述兩種方法進行測試對比。假設(shè)ro是干電池內(nèi)阻，RO是電流表內(nèi)阻，用第二種測試方法時，RF是附加的串聯(lián)電阻，阻值3Ω，功率2W。

　　實測結(jié)果如下。新2號電池E=1.58V（用2.5V直流電壓檔測量），電壓表內(nèi)阻為50kΩ，遠(yuǎn)大于ro，故可近似認(rèn)為1.58V是電池的電動勢，或稱開路電壓。用第一種方法時，萬用表置5A直流電流檔，電表內(nèi)阻RO=0.06Ω，測得電流為3.3A。所以ro+RO=1.58V÷3.3A≈0.48Ω，ro=0.48-0.06=0.42Ω。用第二種方法時，測得電流為0.395A，RF+ro+RO=1.58V÷0.395A=4Ω，電流500mA檔內(nèi)阻為0.6Ω，所以ro=4-3-0.6=0.4Ω。

　　舊2號電池用第一種方法測量時，先測得開路電壓E=1.2V，電表內(nèi)阻RO=6Ω，讀數(shù)為6.5mA，萬用表置50mA直流電流檔，ro+RO=1.2V÷0.0065A≈184.6Ω，ro=184.6-6=178.6Ω。用第二種方法，測得電流為6.3mA，ro+RO+RF=1.2V÷0.0063A=190.5Ω，ro=190.5-6-3=181.5Ω。

　　顯然兩種測試方法的結(jié)果基本一致。最終計算結(jié)果的微小差別是由于讀數(shù)誤差、電阻RF的誤差以及接觸電阻等多方面因素造成的，這種微小誤差不致影響對電池電量的判斷。 如果被測電池的容量小、電壓高（例如15V、9V疊層電池），則應(yīng)將RF的阻值適應(yīng)增大。

　　四、測試儀器選擇：如何選擇合適的示波器帶寬

　　帶寬是大多數(shù)工程師在選擇一款示波器時首先考慮的參數(shù)。本文將為您提供一些有用的竅門，教您如何為您的數(shù)字和模擬應(yīng)用選擇合適的示波器帶寬。但首先，我們先看看示波器帶寬的定義。

　　示波器帶寬的定義

　　所有示波器都表現(xiàn)出如圖1所示的在較高頻率處滾降的低通頻率響應(yīng)。大多數(shù)帶寬參數(shù)在1 GHz及以下的示波器通常表現(xiàn)為高斯響應(yīng)，即具備約從-3 dB頻率的三分之一處開始緩慢滾降的