Analog Discovery 2 测评(4) 时域测试也可玩花样

cruelfox · 发表于2019-11-24 18:16

Analog Discovery 2 测评(4) 时域测试也可玩花样 [复制链接]

本帖最后由 cruelfox 于 2019-11-24 18:15 编辑

　　在上一个帖子 Analog Discovery 2 测评(3) 频率响应测试利器我给大家分享了用这个小工具测了几种元件或电路的频率特性。它的功能不仅于此，其实联合波形发生器和采集系统可以做很多测试，扫频只是其中之一了。

　　例如，将波形发生器信号通过一个电阻注入二极管，通过测量二极管两端电压和电阻两端电压(换算电流)，可以测量二极管的电压－电流关系：

　　上图是测量普通的 1N4148 管子时的显示。波形发生器产生的是三角波，输出串1k电阻接到1N4148的阳极。模拟输入通道C1测量二极管的压降，通道C2测量电阻的压降。适当调整波形发生器的参数，决定测量范围。利用软件的"Math"功能，将C2通道电压换算成电流，再开一个XY视图，即显示出这个二极管的 I-V 曲线。

　　再测几个二极管，将图片叠起来对比：

　　也可以测量LED的，下面是几只老式的LED I-V 特性（图线颜色表示LED光色类型）

　　测测三极管的电流放大系数也该不是问题，电路如下：

　　就用面包板搭个，测试频率低的话连线的寄生参数影响也不大。R1 100k, R2 1k.

　　电源VCC用Analog Discovery 2提供，3V到5V都是合适的。试着调整波形发生器的输出（100Hz正弦信号叠加在直流上），从波形测量窗口观察工作电流，直到调整到合适的范围。

　　使用运算功能，将C1 C2两个通道的数据都换算成电流，并且可以分别设置名称标签为IB, IC。上图，在X-Y视图中观察IB IC的关系，发现并不是呈一条线状。这是数据的噪声引起的，因为X-Y视图是用时域信号描点点出来的，并不是X输入Y输出的扫描，只有X,Y数据呈函数关系时才能呈现一条曲线形状。从左边波形图上也可以看到噪声——这是面包板加飞线实验的代价：容易受干扰。

　　不过，WaveForms软件的数学功能中提供了滤波器，那么就用低通滤波器把高频干扰滤除看看啦。

　　如上图，我新建了两个数据，分别将 C1, C2 经过4阶IIR低通滤波处理，然后IB, IC的计算也根据滤波后的数据进行。这样噪点就一下子都没有了。但是，X-Y 图的形状还不够好。一个原因是IIR滤波器在数据开始时的阶跃响应并非测试信号中的，这可以调整数据窗口的位置排除。但后面的若干个周期也没有完全重合，就还有别的问题。

　　我怀疑还有工频干扰影响（低通滤波只是把开关电源这类高频干扰排除了），于是把信号输出关掉，开一个FFT分析窗口，果然就发现是这个原因。

　　那么解决办法可以是使用带通滤波器——但是这样就不能看到直流了；要不然就把信号发生器的频率弄得更低，比如10Hz，然后用20Hz的低通滤波，如下图这样：

　　目测所见 hFE 的线形度很好。但是低通滤波器把信号自身的谐波也去掉了，也就是把本来存在的非线性也改变了，测量的准确度就可以被怀疑。至少应当先在不加低通滤波器的时候已经确认过线性才可以。

　　再生成一个直流放大系数 hFE 的图，用IC/IB简单一除得到。注意，这虽然是用交流信号测试的，但不是交流放大系数。

　　手持万用表上的hFE挡测量的就是直流放大系数，而且它只是某个电流下的值(可能是固定IB)。用我上面的方法测出来的是一段电流范围内的值。在计算三极管直流偏置的时候hFE在不同集电极电流下的值都要考虑进来（不过因为hFE受温度影响大，也不能太依赖它进行设计）。

　　网上还有用Analog Discovery实现简单的三极管图示仪的例子，比如下面这个电路（来自 ADI 网站）：

　　图示仪需要显示一簇曲线，而我上面的方法只能显示一条。为此需要使用第二个波形发生器，相当于多阶段扫描。我按照这个思路进行了一番尝试，波形发生器用一个通道产生三角波作为VCE激励，用一个通道产生阶梯电压控制IB (近似于恒流，因为VBE实际上会有小幅度变动）：设置如下：

　　波形图工具用来采集VCE和IC(用电阻压降换算)，然后X-Y图观察。细致调节(包括波形发生器)以后可以得到一个还像是图示仪出来的结果：

　　因为Analog Discovery 2波形发生器输出电压和电流的限制，这么实现的三极管测量工具只能测量小电压小电流下管子的特性，一般不能覆盖实际电路的工作范围。

　　这里我补充说一点：并不是低电压下小信号放大用途的管子选择面宽（耐压, hFE, Ic都不成问题）就随便可以换。比如我下图所测的这个管子（测试范围和上面的一样）特性就“不一般”：

　　测场效应管就简单一些，因为栅极电流为零，只要把信号发生器输出直接作为VGS就可以了。下图方法类似，是测一只JFET (2SK30-Y) 的VDS-ID特性曲线。

　　以上这几个例子只是借助了WaveForms软件波形图的X-Y视图功能，就可以发掘很多用法。其实，Analog Discovery 2采集的数据是可以从WaveForms另存成文本文件，再用其它软件处理、计算的。在WaveForms中还可以编写Script进行数据处理和硬件设置（我还没有研究这些）。通过SDK还可以用C语言等进行软件开发，直接通过函数调用获得采集数据。

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