硬件测试 - 常用测试仪器（三）：信号发生器、直流电源、电子负载、频谱分析仪的基本操作与应用场景

好咱们继续聊仪器。前面讲了示波器和万用表今天这四位也是硬件测试工程师吃饭的家伙。信号发生器、直流电源、电子负载、频谱分析仪它们各有脾气但用好了能帮你解决不少头疼的问题。5.1 信号发生器给电路“喂”信号信号发生器说白了就是给电路输入一个你想要的波形。你想让电路怎么动它就怎么动。我刚开始用的时候总觉得这东西就是输出个正弦波、方波没啥技术含量。后来才发现门道多着呢。5.1.1 基本操作操作其实不复杂。你主要关注这几个参数波形类型正弦波、方波、三角波、锯齿波还有任意波。我最常用的是正弦波和方波。频率信号每秒变化的次数单位是Hz。比如你要测一个音频放大器就给个1kHz的正弦波。幅度信号的大小单位是Vpp峰峰值或者Vrms有效值。注意看你的负载能承受多大电压。偏移信号整体的直流偏置。比如你想让信号在0V到5V之间摆动那就设置2.5V的偏移。小技巧我个人习惯在输出前先把输出通道关掉设置好参数再接上被测电路。这样可以避免瞬间的大信号把电路打坏。你想想看万一输出个10V的方波直接把芯片引脚烧了那可就亏大了。5.1.2 应用场景信号发生器的应用场景太多了。我举几个典型的放大器频率响应测试给放大器输入不同频率的正弦波用示波器看输出幅度变化就能画出幅频特性曲线。数字电路时钟模拟用方波模拟时钟信号测试数字芯片的逻辑功能。传感器激励有些传感器需要交流激励比如电桥信号发生器就能提供这个激励源。避坑指南我曾经遇到过一个问题信号发生器输出正常但接到电路上波形就变了。后来发现是阻抗不匹配。信号发生器的输出阻抗通常是50Ω如果你的电路输入阻抗不是50Ω信号就会反射导致波形失真。解决办法是加一个匹配电阻或者用高阻模式如果有的话。5.2 直流电源给电路“喂”能量直流电源就是给电路提供稳定的直流电压和电流。这玩意儿看着简单但用不好电路板冒烟是常有的事。5.2.1 基本操作操作上你主要设置两个参数电压你希望输出的电压值。比如给一个3.3V的芯片供电就设3.3V。电流电源能提供的最大电流。这个很重要它是保护你的电路的。嗯这里要注意电源有两种工作模式——恒压CV和恒流CC。正常情况下电源工作在恒压模式输出你设定的电压。但如果负载电流超过了你设定的电流上限电源就会自动切换到恒流模式电压会下降。这时候你的电路可能就有问题了。警告上电前一定要先设置好电流限值。我一般会先设一个比预期工作电流大一点的数值比如预期100mA我就设150mA。这样如果电路短路电流被限制住不会烧东西。千万别上来就设最大电流那是给自己找麻烦。5.2.2 应用场景直流电源的应用场景说白了就是给任何需要供电的电路供电。但有几个场景特别典型电路板调试新板子焊好后先用电源供电观察电流是否正常。如果电流异常大赶紧断电检查。电池模拟有些设备用电池供电你可以用电源模拟电池的电压测试设备在不同电压下的工作状态。限流测试测试电源管理芯片的限流功能看看它能不能在过流时保护电路。个人经验我记得有一次调试一个电机驱动板上电后电流一直很大但电机不转。我以为是驱动芯片坏了后来用万用表一量发现电源的电压设置错了设成了12V但芯片是5V的。从那以后我每次上电前都会再确认一遍电压设置。5.3 电子负载模拟“吃”电的设备电子负载你可以把它理解成一个可以调节的“大电阻”。它用来模拟真实的负载测试电源的输出能力。5.3.1 基本操作电子负载有几种工作模式恒流CC模式设定一个电流值电子负载会从电源里“吸”走这么多电流。这是最常用的模式。恒压CV模式设定一个电压值电子负载会调整电流让电源的输出电压保持在这个值。恒阻CR模式设定一个电阻值电子负载就像一个固定电阻。恒功率CP模式设定一个功率值电子负载会消耗这么多功率。操作时你先把模式选好再设定对应的参数。然后接上被测电源打开负载开关它就开始“吃”电了。避坑指南我曾经有一次测试一个开关电源用电子负载拉载到额定电流结果电源直接保护了。我以为是电源有问题后来发现是电子负载的引线太长线阻太大导致电源检测到的电压偏低误以为输出短路了。所以测试时尽量用粗短的线或者用四线法开尔文连接来消除线阻影响。5.3.2 应用场景电子负载主要用来测试电源的性能电源输出能力测试看看电源在不同负载电流下的输出电压是否稳定。动态响应测试让电子负载在轻载和重载之间快速切换观察电源的输出电压波动。这个能看出电源的响应速度。电池放电测试用电子负载给电池放电记录放电曲线评估电池容量。5.4 频谱分析仪看信号的“频率成分”频谱分析仪和示波器不一样。示波器看的是信号随时间的变化频谱仪看的是信号在不同频率上的能量分布。说白了就是告诉你信号里都有哪些频率成分每个成分有多大。5.4.1 基本操作频谱仪的操作稍微复杂一点但核心参数就几个中心频率你关注的频率范围的中心点。比如你想看2.4GHz附近的信号中心频率就设2.4GHz。扫宽你关注的频率范围有多宽。比如扫宽设100MHz那你就看2.35GHz到2.45GHz之间的信号。参考电平显示的最大信号幅度。如果信号太大会削波太小又看不清。分辨率带宽RBW这个参数决定了你能分辨多近的两个频率。RBW越小分辨率越高但扫描速度会变慢。操作时你先设好中心频率和扫宽然后调整参考电平让信号显示在屏幕中间。再根据需要调整RBW让频谱图清晰。小技巧我刚开始用频谱仪时总找不到信号。后来发现可以先设一个很大的扫宽比如从0Hz到3GHz看看整个频段里都有什么信号。找到目标信号后再缩小扫宽仔细分析。这就像先看地图再放大看细节。5.4.2 应用场景频谱仪的应用场景主要集中在射频和无线通信领域谐波测试看看一个信号除了基波还有哪些谐波分量。比如一个放大器输出信号里有没有二次谐波、三次谐波。杂散测试看看信号里有没有不该有的频率成分。比如一个无线发射器除了工作频率还有没有其他杂散信号。电磁兼容EMC预测试在产品做正式EMC认证前用频谱仪加一个近场探头先看看板子上有没有明显的辐射源。避坑指南我曾经遇到过一个问题用频谱仪测一个无线模块发现频谱上有很多毛刺。我以为是模块有问题折腾了半天。后来发现是频谱仪的输入信号太强导致内部放大器饱和了。解决办法是加一个衰减器或者降低参考电平。所以测强信号时一定要小心输入功率不要超过频谱仪的最大允许输入。好了这四种仪器就聊到这儿。它们各有各的用处但很多时候需要配合使用。比如用信号发生器给电路输入信号用直流电源供电用示波器看波形用频谱仪看频谱。你想想看是不是这个道理