测试仪器基础应用知识总结（一）

电子工程师在平时进行电子设计中离不开测试测量所用的仪器仪表，而如何准确用好这些测试仪表，使电子工程师提高设计效率，缩短产品设计周期，则成为合格电子工程师必备的硬功夫。为给工程师朋友提供较为全面的测量仪表相关应用知识，或学习，或参考，或温故而知新，电子发烧友会陆续整合推出《测试仪器基础应用知识总结》系列章节，敬请留意。

一、怎样去调试一个新设计的电路板

　　对于一个新设计的电路板，调试起来往往会遇到一些困难，特别是当板比较大、元件比较多时，往往无从下手。但如果掌握好一套合理的调试方法，调试起来将会事半功倍。对于刚拿回来的新PCB板，我们首先要大概观察一下，板上是否存在问题，例如是否有明显的裂痕，有无短路、开路等现象。如果有必要的话，可以检查一下电源跟地线之间的电阻是否足够大。

　　然后就是安装元件了。相互独立的模块，如果您没有把握保证它们工作正常时，最好不要全部都装上，而是一部分一部分的装上（对于比较小的电路，可以一次全部装上），这样容易确定故障范围，免得到时遇到问题时，无从下手。一般来说，可以把电源部分先装好，然后就上电检测电源输出电压是否正常。如果在上电时您没有太大的把握（即使有很大的把握，也建议您加上一个保险丝，以防万一），可考虑使用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护电流，然后将稳压电电源的电压值慢慢往上调，并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中，没有出现过流保护等问题，且输出电压也达到了正常，则说明电源部分OK。反之，则要断开电源，寻找故障点，并重复上述步骤，直到电源正常为止。

　　接下来逐渐安装其它模块，每安装好一个模块，就上电测试一下，上电时也是按照上面的步骤，以避免因为设计错误或/和安装错误而导致过流而烧坏元件。

　　寻找故障的办法一般有下面几种：

　　①测量电压法。首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常，其次检查各种参考电压是否正常，另外还有各点的工作电压是否正常等。例如，一般的硅三极管导通时，BE结电压在0.7V左右，而CE结电压则在0.3V左右或者更小。如果一个三极管的BE结电压大于0.7V（特殊三极管除外，例如达林顿管等），可能就是BE结就开路。

　　②信号注入法。将信号源加至输入端，然后依次往后测量各点的波形，看是否正常，以找到故障点。有时我们也会用更简单的办法，例如用手握一个镊子，去碰触各级的输入端，看输出端是否有反应，这在音频、视频等放大电路中常使用（但要注意，热底板的电路或者电压高的电路，不能使用此法，否则可能会导致触电）。如果碰前一级没有反应，而碰后一级有反应，则说明问题出在前一级，应重点检查。

　　③当然，还有很多其它的寻找故障点的方法，例如看、听、闻、摸等。“看”就是看元件有无明显的机械损坏，例如破裂、烧黑、变形等;“听”就是听工作声音是否正常，例如一些不该响的东西在响，该响的地方不响或者声音不正常等;“闻”就是检查是否有异味，例如烧焦的味道、电容电解液的味道等，对于一个有经验的电子维修人员来说，对这些气味是很敏感的;“摸”就是用手去试探器件的温度是否正常，例如太热，或者太凉。一些功率器件，工作起来时会发热，如果摸上去是凉的，则基本上可以判断它没有工作起来。但如果不该热的地方热了或者该热的地方太热了，那也是不行的。一般的功率三极管、稳压芯片等，工作在70度以下是完全没问题的。70度大概是怎样的一个概念呢？如果你将手压上去，可以坚持三秒钟以上，就说明温度大概在70度以下（注意要先试探性的去摸，千万别把手烫伤了）。

　　二、选选择电子测试仪器的几个重要指标

　　以数字示波器为例，很多用户可能都知道示波器的一些传统的指标，比如带宽，采样率，存储深度等等，甚至出现在选型的时候根据指标”比数大小”，以为数大的就比数小的好 ---其实不然！要想真正了解数字示波器，就必须深入洞察隐藏在标称的指标背后的产品的真正性能和质量，就像有不少消费者在选购数码相机的时候往往很在意像素数，其实除了这个”数”之外，还有很多（更）重要的指标甚至材质需要考虑的。

　　在可扩展性、支持的通信标准数量、测试精度、动态范围和解调带宽等方面，这些参数都很重要。未来的基站可能向双模和多模演进，很多手机都已经具备多模功能，如GSM和WCDMA双模手机，如果仪器支持的通信标准多，那么需采购仪器的品种和数量就大大减少。另外，随着3G、LTE等技术的出现，对仪表提出了更高的要求，高测试精度、大动态范围和大解调带宽的仪器非常受欢迎。移动通信技术发展很快，目前中国还没有大量商用3G，而LTE，作为WCDMA和TD-SCDMA的后续技术，已经快推出原型机了。网络运营商可能会加快新的技术的引入，这对基站和终端生产厂商确实是挑战：他们现在购买的测试仪器必须具备很好的扩展性，能方便地升级到未来技术，这样才能更大限度保护厂商的投资。

　　另外，示波器的带宽、采样率等都是示波器的常见参数。示波器带宽由于制造与研发技术的发展，使示波器带宽能够得到修正和补偿。但这些修正和补偿未尝都是好事一桩，有些客户并不希望这些技术带入到测试中去，他们更需要原始的测试数据，比如雷达实验。目前泰克在1G～2G全系列示波器家族中，提供纯硬件的示波器，示波器带宽是最真实的。泰克的前端技术可以保证将示波器的硬件前置放大器做的足够好。采样率是ADC的指标。捕获率参数反映的是一个内存管理的（是否能够在保存的信号中找到所需的信号）的概念。泰克采用的是分段式管理，在信号跳变时保存信息。包括Inspector等方法。
三、电池电量的两种测试方法

　　检测普通锌锰干电池的电量是否充足，通常有两种方法。第一种方法是通过测量电池瞬时短路电流来估算电池的内阻，进而判断电池电量是否充足；第二种方法是用电流表串联一只阻值适当的电阻，通过测量电池的放电电流计算出电池内阻，从而判断电池电量是否充足。

　　第一种方法的最大优点是简便，用万用表的大电流档就可直接判断出干电池的电量，缺点是测试电流很大，远远超过干电池允许放电电流的极限值，在一定程度上影响干电池使用寿命。第二种方法的优点是测试电流小，安全性好，一般不会对干电池的使用寿命产生不良影响，缺点是较为麻烦。

　　笔者用MF47型万用表对一节新2号干电池和一节旧2号干电池分别用上述两种方法进行测试对比。假设ro是干电池内阻，RO是电流表内阻，用第二种测试方法时，RF是附加的串联电阻，阻值3Ω，功率2W。

　　实测结果如下。新2号电池E=1.58V（用2.5V直流电压档测量），电压表内阻为50kΩ，远大于ro，故可近似认为1.58V是电池的电动势，或称开路电压。用第一种方法时，万用表置5A直流电流档，电表内阻RO=0.06Ω，测得电流为3.3A。所以ro+RO=1.58V÷3.3A≈0.48Ω，ro=0.48-0.06=0.42Ω。用第二种方法时，测得电流为0.395A，RF+ro+RO=1.58V÷0.395A=4Ω，电流500mA档内阻为0.6Ω，所以ro=4-3-0.6=0.4Ω。

　　旧2号电池用第一种方法测量时，先测得开路电压E=1.2V，电表内阻RO=6Ω，读数为6.5mA，万用表置50mA直流电流档，ro+RO=1.2V÷0.0065A≈184.6Ω，ro=184.6-6=178.6Ω。用第二种方法，测得电流为6.3mA，ro+RO+RF=1.2V÷0.0063A=190.5Ω，ro=190.5-6-3=181.5Ω。

　　显然两种测试方法的结果基本一致。最终计算结果的微小差别是由于读数误差、电阻RF的误差以及接触电阻等多方面因素造成的，这种微小误差不致影响对电池电量的判断。 如果被测电池的容量小、电压高（例如15V、9V叠层电池），则应将RF的阻值适应增大。

　　四、测试仪器选择：如何选择合适的示波器带宽

　　带宽是大多数工程师在选择一款示波器时首先考虑的参数。本文将为您提供一些有用的窍门，教您如何为您的数字和模拟应用选择合适的示波器带宽。但首先，我们先看看示波器带宽的定义。

　　示波器带宽的定义

　　所有示波器都表现出如图1所示的在较高频率处滚降的低通频率响应。大多数带宽参数在1 GHz及以下的示波器通常表现为高斯响应，即具备约从-3 dB频率的三分之一处开始缓慢滚降的