4000 系列数字荧光示波器应用指南
声明：您必须遵守我们的协议，如果您下载了该资源行为将被视为对《电天下账号管理规范》全部内容的认可，本网站资源来自原创，仅供用于学习和交流，请勿用于商业用途。如有侵权、不妥之处，请举报本资源，我们将及时审核处理！
泰克4000 系列数字荧光示波器应用指南，介绍电源测量。
文本预览
应用指南
介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
引言
在过去一个世纪中，对电能的需求正以指数级提高。这使人们更加看重日常电子设备及高级电子和通信系统
中使用的电源的性能和效率。电源是把电能从一台设备转换到另一台设备的元件、子系统或系统。从个人电
脑到工业机械，电子设备的正常运转离不开电源的性能和可靠性。
电源分成许多不同的类型和规格，包括传统线性电源到 此外，必须检定电源的功率电平、输出纯度和到电源线
高效的开关电源。所有这些电源都面临着复杂的动态工 的谐波反馈，以满足国家和地区电源质量标准。从历史
作环境。设备负载和需求在不同时间之间可能会大幅度 上看，这些测量类型意味着使用数字万用表进行静态电
变化。即使是“日常的”开关电源也必须能够承受突然 流和电压测量，然后在计算器或PC上进行麻烦的计算。
出现的远远超过平均工作电流的峰值电流。 今天，大多数工程师正转向示波器，作为首选的电源测
量平台。本应用指南将重点介绍怎样使用示波器进行基
本电源测量。
www.tektronix.com 1介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
应用指南
准备电源测量 安全准确地探测电压波形和电流波形
对习惯使用示波器进行高带宽测量的工程师来说，电源 在使用数字示波器进行电源测量时，必需测量设备中的
测量频率相对较低，似乎非常简单。事实上，电源测量 电压及电流。这一任务要求使用两只不同的探头：一只
也有很多高速电路设计人员从未见过的一系列挑战。经 电压探头 (通常是高压差分探头)，一只电流探头。图1
过开关设备的电压可能会非常大，而且是“浮动的”，即 显示了开关式电源 (SMPS)中的典型测量方案。在范围
没有参考接地。信号的脉宽、周期、频率和占空比会变 在几kHz到几MHz的时钟驱动下，金属氧化物场效应
化，必须如实地捕获波形，分析其不理想特点。 晶体管(MOSFET)控制着电流。
对示波器的要求非常苛刻。当然，示波器必须有基本带 测量经过MOSFET的电流相对简单，可以使用许多不
宽和采样率，处理SMPS内部的开关频率。电源测量要 同的泰克霍尔效应电流探头完成，如TCP0030。而测
求至少两条通道，一条用于电压测量，一条用于电流测 量电压则会面临更多的问题。MOSFET没有连接到交
量。提高电源测量简便程度和可靠性的工具也同样非常 流电源接地或电路输出接地上。因此，不可能使用示波
重要。下面是部分考虑因素： 器进行接地参考电压测量，因为把探头的地线连接到任
何MOSFET端子上都会使通过示波器接地的电路短路。
是否提供安全精确的电压和电流探测解决方案？
是否有一种快速方式，调节探头的不同延迟？
进行差分测量是测量MOSFET电压的最佳方式。在差
分测量中，可以测量漏极到源极电压(VDS)，即
是否有使探头偏置达到最小的有效流程？
MOSFET漏极和源极端子中的电压。VDS可以位于几
仪器能否配备充足的记录长度，以高分辨率捕获很长
十伏到几百伏电压的顶部，具体视电源的范围而定。
的工频波形？
这些特点为有效执行电源设计测量奠定了基础。
2 www.tektronix.com介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
应用指南
使用商用探头隔离器，隔
离示波器的机箱接地。
探头的地线不再位于接
地电位，可以把探头直
接连接到测试点上。探
头隔离器是一种有效的
TP1
解决方案，但它成本高，
门 漏极
通常是差分探头的2-5
源极 倍。
TP2
使用真正差分探头。高压
差分探头(如泰克P5205)
时钟
可以准确安全地测量
无源元件
VDS。
有源元件
磁性元件
图1. 简化的开关式电源视图
可以通过多种方法测量VDS： 消除电压探头和电流探头之间的时滞
每只电压探头和电流探头都有自己的特性传播延迟。电
浮动示波器的机箱接地。绝对不要采用这种方式，因
流探头和电压探头之间的延迟差称为时滞，会导致幅度
为这种非常不安全，会给用户、被测设备和示波器带
和定时测量不准确。
来危险。
必需了解探头的传播延迟对最大峰值功率和面积测量的
使用传统无源单端探头，把地线相互连接起来，使用
影响，因为功率是电压和电流的乘积。如果两个相乘的
示波器的通道匹配功能。这种测量方式称为准差分
变量没有完美对准，那么会得到不正确的结果。在探头
测量。但是，无源探头与示波器的放大器结合使用
没有正确“校正时滞”时，测量精度会下降，如开关损
时，不能提供充分阻塞任何共模电压的共模抑制比
耗。
(CMRR)。尽管用户可能很想使用这种方法，因为可
以使用已有的探头，但它并不能准确地测量电压。
www.tektronix.com 3介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
应用指南
时钟
图2. 传播延迟差(时滞)对电源测量的影响
图2所示的测试设置比较了探头尖上的信号(下方的曲 30A AC/DC电流探头连接到DUT上。“电压”信号和
线画面)和传播延迟后示波器前面板上的信号(上方的画 “电流”信号由校准夹具提供。
面)。
图3显示了电压探头和电流探头之间的时滞，图4显示
图3到图6是演示探头中时滞影响的实际示波器屏幕截 了在没有校正两只探头的时滞时获得的测量结果。
图。它使用泰克P5205 1.3 kV差分探头和TCP0030
4 www.tektronix.com介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
应用指南
图3. 电压信号和电流信号之间有9.4ns的时滞
图4. 当存在时滞时，电源波形的峰值幅度是4.958W，光标之间的能量损耗是1.597µJ
www.tektronix.com 5介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
引言
在过去一个世纪中，对电能的需求正以指数级提高。这使人们更加看重日常电子设备及高级电子和通信系统
中使用的电源的性能和效率。电源是把电能从一台设备转换到另一台设备的元件、子系统或系统。从个人电
脑到工业机械，电子设备的正常运转离不开电源的性能和可靠性。
电源分成许多不同的类型和规格，包括传统线性电源到 此外，必须检定电源的功率电平、输出纯度和到电源线
高效的开关电源。所有这些电源都面临着复杂的动态工 的谐波反馈，以满足国家和地区电源质量标准。从历史
作环境。设备负载和需求在不同时间之间可能会大幅度 上看，这些测量类型意味着使用数字万用表进行静态电
变化。即使是“日常的”开关电源也必须能够承受突然 流和电压测量，然后在计算器或PC上进行麻烦的计算。
出现的远远超过平均工作电流的峰值电流。 今天，大多数工程师正转向示波器，作为首选的电源测
量平台。本应用指南将重点介绍怎样使用示波器进行基
本电源测量。
www.tektronix.com 1介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
应用指南
准备电源测量 安全准确地探测电压波形和电流波形
对习惯使用示波器进行高带宽测量的工程师来说，电源 在使用数字示波器进行电源测量时，必需测量设备中的
测量频率相对较低，似乎非常简单。事实上，电源测量 电压及电流。这一任务要求使用两只不同的探头：一只
也有很多高速电路设计人员从未见过的一系列挑战。经 电压探头 (通常是高压差分探头)，一只电流探头。图1
过开关设备的电压可能会非常大，而且是“浮动的”，即 显示了开关式电源 (SMPS)中的典型测量方案。在范围
没有参考接地。信号的脉宽、周期、频率和占空比会变 在几kHz到几MHz的时钟驱动下，金属氧化物场效应
化，必须如实地捕获波形，分析其不理想特点。 晶体管(MOSFET)控制着电流。
对示波器的要求非常苛刻。当然，示波器必须有基本带 测量经过MOSFET的电流相对简单，可以使用许多不
宽和采样率，处理SMPS内部的开关频率。电源测量要 同的泰克霍尔效应电流探头完成，如TCP0030。而测
求至少两条通道，一条用于电压测量，一条用于电流测 量电压则会面临更多的问题。MOSFET没有连接到交
量。提高电源测量简便程度和可靠性的工具也同样非常 流电源接地或电路输出接地上。因此，不可能使用示波
重要。下面是部分考虑因素： 器进行接地参考电压测量，因为把探头的地线连接到任
何MOSFET端子上都会使通过示波器接地的电路短路。
是否提供安全精确的电压和电流探测解决方案？
是否有一种快速方式，调节探头的不同延迟？
进行差分测量是测量MOSFET电压的最佳方式。在差
分测量中，可以测量漏极到源极电压(VDS)，即
是否有使探头偏置达到最小的有效流程？
MOSFET漏极和源极端子中的电压。VDS可以位于几
仪器能否配备充足的记录长度，以高分辨率捕获很长
十伏到几百伏电压的顶部，具体视电源的范围而定。
的工频波形？
这些特点为有效执行电源设计测量奠定了基础。
2 www.tektronix.com介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
应用指南
使用商用探头隔离器，隔
离示波器的机箱接地。
探头的地线不再位于接
地电位，可以把探头直
接连接到测试点上。探
头隔离器是一种有效的
TP1
解决方案，但它成本高，
门 漏极
通常是差分探头的2-5
源极 倍。
TP2
使用真正差分探头。高压
差分探头(如泰克P5205)
时钟
可以准确安全地测量
无源元件
VDS。
有源元件
磁性元件
图1. 简化的开关式电源视图
可以通过多种方法测量VDS： 消除电压探头和电流探头之间的时滞
每只电压探头和电流探头都有自己的特性传播延迟。电
浮动示波器的机箱接地。绝对不要采用这种方式，因
流探头和电压探头之间的延迟差称为时滞，会导致幅度
为这种非常不安全，会给用户、被测设备和示波器带
和定时测量不准确。
来危险。
必需了解探头的传播延迟对最大峰值功率和面积测量的
使用传统无源单端探头，把地线相互连接起来，使用
影响，因为功率是电压和电流的乘积。如果两个相乘的
示波器的通道匹配功能。这种测量方式称为准差分
变量没有完美对准，那么会得到不正确的结果。在探头
测量。但是，无源探头与示波器的放大器结合使用
没有正确“校正时滞”时，测量精度会下降，如开关损
时，不能提供充分阻塞任何共模电压的共模抑制比
耗。
(CMRR)。尽管用户可能很想使用这种方法，因为可
以使用已有的探头，但它并不能准确地测量电压。
www.tektronix.com 3介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
应用指南
时钟
图2. 传播延迟差(时滞)对电源测量的影响
图2所示的测试设置比较了探头尖上的信号(下方的曲 30A AC/DC电流探头连接到DUT上。“电压”信号和
线画面)和传播延迟后示波器前面板上的信号(上方的画 “电流”信号由校准夹具提供。
面)。
图3显示了电压探头和电流探头之间的时滞，图4显示
图3到图6是演示探头中时滞影响的实际示波器屏幕截 了在没有校正两只探头的时滞时获得的测量结果。
图。它使用泰克P5205 1.3 kV差分探头和TCP0030
4 www.tektronix.com介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
应用指南
图3. 电压信号和电流信号之间有9.4ns的时滞
图4. 当存在时滞时，电源波形的峰值幅度是4.958W，光标之间的能量损耗是1.597µJ
www.tektronix.com 5介绍电源测量
使用4000系列数字荧光示波器
AIGC"本应用指南详细介绍了4000系列数字荧光示波器的专业技术特性和广泛应用。作为新一代高端电气测试工具，4000系列示波器配备了先进的数字信号处理技术和高速采样率，支持实时捕捉和分析高速脉冲、音频频率信号以及复杂的模拟信号。内容覆盖了该设备的基本操作流程，包括设置参数如触发条件、通道选择、带宽优化、存储与回放等功能的讲解，以及在电子设计与验证、电力系统分析、通信系统调试、半导体测试等多个领域的具体应用场景和解决方案。通过此指南，用户能够充分理解和掌握如何利用4000系列数字荧光示波器进行高效、准确的电气信号检测与故障诊断，从而提升工作效能和产品质量。"
