如何用示波器测量电源纹波？

0 引言

在直流电压或电流中，经常存在叠加在直流稳定量上的交流分量，也就是纹波，它容易在电器上产生谐波从而降低电源的效率、干扰数字电路的逻辑关系、干扰电子设备的正常工作，甚至产生浪涌电压或电流进而烧毁电器，给电子设备的正常工作带来了非常严重的隐患。所以，对电源纹波的产生机理进行分析，并对其进行测试，对设计与评估电源纹波对电子设备的影响是很有必要的。

1. 定义

纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。纹波用示波器可以看到，在直流电压上下轻微波动，就像水平面上波动的水纹一样，所以被称为纹波。

2. 电源纹波产生

我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源两大类，输出的直流电压是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。由于滤波不干净，直流电压中含有交流成分，这就产生了纹波。纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅不是定值，随时间而变，不同的电源纹波波形不一样。产生电源纹波的因素有许多，即使用电池供电也会因负载的波动而产生纹波。

3. 示波器测量电源纹波

电源纹波的测量方法大致分为电压信号测量法和电流信号测量法，两种方法都是使用示波器对纹波进行测量。用示波器来测量电源纹波，除了可测量纹波的各种电压值，还可以看到波形。

3.1 电压信号测量方法

电压信号测量法是用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于稳压电源的测试可以

直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。电压测量方法的连接如图1 所示，示波器设置的顺序如图2所示。

测试选用的示波器必须配有电压测量探头，并且示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。因此，在测量之前需要进行如下设置：

首先，进行通道设置：选择通道的耦合方式，使得能从被测信号中去掉直流信号，从而直接测量所叠加的交流信号；选择关掉宽带限制；按照衰减要求选用适当衰减

比例探头。

然后，进行触发设置：对所选通道按照上升沿触发的方式根据需要选择自动触发或正常触发。自动触发能够实时地显示你所需要的测量的数值；正常触发在设置触发电平后能够捕捉某次测量时的信号波形。

采样长度(秒/ 格)：在测量时，反复调节旋转按钮，直到所显示波形是真实的完整的波形。以免设置的采样长度过大漏掉实际信号中的高频成分，或设置的采样长度过小只看到所测实际信号的局部。

采样方式和采样次数：根据实际需要设定采样方式，如峰值测量法等。并根据采样频率和采样长度选择合适的采样次数。

测量：通过选择对应通道的峰值测量，示波器就把所需要的数据及时显示出来。也可以选择对应通道的频率、最大值、均方根值等。

3.2 电流信号测量方法

电流信号测量法是测量叠加在直流电流信号上的交流纹波电流信号。对于纹波指标要求比较高的稳流电源，采用电流信号直接测量法可以得到更加真实的纹波信号。电流信号测量法比电压信号测量法多用了一个电流放大器和一个电流探头。测量中用电流探头夹住输出到负载的电流信号来测量输出电流的纹波信号，在整个测试的过程中，示波器及电流放大器的设置是能否采样到真实信号的关键。电流测量方法的连接如图3 所示。

用电流信号测量法测量时，除探头的设置外，示波器的设置方法与电压信号测量法相同。电流信号测量法选用电流探头的方式，探头的比例必须与放大器所设置的比例相同，以使示波器所读数据为真实数据。用电流信号测量法进行测量时，需先打开示波器，然后再打开电放大器。并且在使用前对电流探头进行消磁。

用示波器对电源纹波测量的连线方式有以下几种：

<1> 靠连法

使用带有地线环的示波器探头，将探针直接接触正输出的管脚，地线环直接接触负输出的管脚，这样从示波器中读出的峰峰值为输出线上的纹波与噪声，如图3。

<2> 直连法

将地线环直接与负输出管脚连接，利用探头接地环进行输出端测试，如图4。

<3> 绞连法

输出管脚接双绞线后接电容，在电容两端用示波器测量。

用以上方法连接测量时要注意：首先，根据要求规定示波器测量纹波的带宽上限，以避免拾取超出纹波带宽上限的高频噪声，一般带宽上限设为20MHz，为了滤除叠加的直流电压，采用AC耦合输入方式；其次，摘掉探针的“帽子”，直接用探头的屏蔽地和信号输出地连接，减短长接地引线形成的天线；为减小探头感应的影响，多数情况下都采用在探头接入点的位置并联小电解电容和瓷片电容，并联电容可以减少外界干扰信号进入示波器，也可以将一段短线绕在探针接地引线周围，并使之与电源地相连接。这样做的好处是缩短暴露在

电源附近高强度电磁辐射中的探针长度，从而进一步减少高频拾取。此外，把示波器引线绕在铁芯上可减小共模电流，因为这样会形成一个不影响差分电压测量，但可降低由共模电流产生的测量误差的共模电感，在隔离电源中，真正的共模电流是由在探针接地引线中流动的电流产生的，这就使得在电源地和示波器地之间产生电压降，表现为纹波。