用示波器对LED谐波初步测试方法
中山大学用示波器测量交流信号的基本参数物理实验报告
中山大学用示波器测量交流信号的基本参数物理实验报告在上一篇文章《中山大学用示波器测量交流号的基本参数物理实验报告》中，我们提到了许多与“电”有关的物理概念，如交流电压、交流电流、谐波等，这些在我们日常生活中都经常遇到。
因此本文将介绍有关交流号和电的基本参数。
同时我们还可以通过实验来验证这些概念。
本实验是中山大学在200年的大学生素质教育项目“用示波器测量两个电压之间的正弦号”中开展的“电”与“形”方面的教学实验计划之一，实验目的是通过理论结合物理实验实际，研究两个电压之间正弦号与动态波动电流之间的关系，探讨与电有关概念、物理模型及应用场合等相关问题。
一、基本实验本实验将使用一个示波器，由输入端(ADC)和输出端(ON)组成两个不同正弦号和动态电流。
根据所学知识，本实验将建立一个稳定有序、振荡明显的两个电压之间的正弦号并记录。
这种正琴号可表示为: P=-011;也可以表示为: P=-011-011 (由号源输入端输出端可得: P=-011-011)。
同时还可以记录下两个电压之间动态波动电流所占分位数；分析两个电压之间线性相关系数 S和谐波指数 S。
二、电与形（或电的能量）我们可以把电压与电流看成是一对静止的、静止不动的磁体，它们都是有电元素组成的。
其中磁铁的磁场强度很大，磁体的磁通量很小，它们可以忽略不计。
当两个不同属性的电场作用在同一金属上时，它就会产生一个振荡现象。
它被称为振荡现象，这一现象与电场方向相反。
当这对物理静止物处于带电状态时，也就发生了振荡现象；反之则没有。
也就是说，不能用交流电来表示某一个事物的发生或消亡过程。
三、应用在实际工程中，为了解决数字量宽电路，数字电路一般都是两路号输入，因此可能会产生共模输入或共模变换等两种情况，为了解决这些问题，我们需要对整个电路进行放大测试或分析，因此必须进行实验测量。
我们进行了“示波器测数字电路”实验。
通过实验，我们发现这两个电路之间产生共模变换的条件（1)是一个理想电压值(LC)和一个动态范围(IR)和一个共模变化率(RF)组合电路（2)。
示波器纹波测试方法
示波器纹波测试方法全文共7页第一页示波器纹波测试方法示波器纹波测试方法是通过测量示波器屏幕上显示的波形的正弦波和正弦波之间的时间差来测量示波器的频率精度的一种检验方法。
1、准备材料在开始进行测试之前，首先需要准备好测试所需的各种材料。
（1）准备一台示波器，示波器要求有自动调零功能，能够满足时间分辨率的要求。
（2）准备一台宽带移相器，要求其具有高精度的模拟转换功能，以及可以提供多种输出幅度和频率的能力。
（3）准备一架可以满足测试要求的信号源发生器，要求其能够输出稳定的信号，并具有高精度的调试控制功能。
2、调整测试参数在开始测量之前，需要根据需要进行参数调整，以确保测试的准确性。
（1）调整示波器的触发参数，如触发模式、触发电平等。
（2）调整宽带移相器的参数，如输出幅度、频率等。
（3）调整信号源发生器的参数，如输出频率、偏移量等。
3、同步测量完成参数调整后，即可同步进行测量。
（1）调整示波器和宽带移相器的时间校准，以确保测量的准确性。
（2）调整信号源发生器的频率，以满足测试的要求。
（3）调整示波器的频率范围，以满足测试的要求。
4、测量数据完成上述调整后，即可开始收集测量数据。
通过测量示波器屏幕上显示的正弦波的时间和正弦波之间的时间差，以及正弦波之间的频率差，从而计算出示波器的频率精度。
5、计算结果完成测量后，即可计算结果。
结合测量数据和示波器自身的参数，可以计算出示波器的频率精度，以及其它相关的参数。
综上所述，示波器纹波测试方法是通过测量示波器屏幕上显示的波形的正弦波和正弦波之间的时间差来测量示波器的频率精度的一种检验方法。
结合测量数据和示波器自身的参数，可以计算出示波器的频率精度，以及其它相关的参数。
EMC电源谐波整改
LED电源总谐波失真（THD）分析及对策1.总谐波失真THD 与功率因数PF 的关系市面上很多的LED 驱动电源，其输入电路采用简单的桥式整流器和电解电容器的整流滤波电路，见图1.图1该电路只有在输入交流电压的峰值附近，整流二极管才出现导通，因此其导通角θ比较小，大约为60°左右，致使输入电流波形为尖状脉冲，脉宽约为3ms,是半个周期（10ms）的1/3.输入电压及电流波形如图2 所示。
由此可见，造成LED 电源输入电流畸变的根本原因是使用了直流滤波电解电容器的容性负载所致。
图2对于LED 驱动电源输入电流产生畸变的非正弦波，须用傅里叶（Fourier）级数描述。
根据傅里叶变换原理，瞬时输入电流可表为：式中，n 是谐波次数，傅里叶系数an 和bn 分别表为：每一个电流谐波，通常会有一个正弦或余弦周期，n 次谐波电流有效值In 可用下式计算：输入总电流有效值上式根号中，I1 为基波电流有效值，其余的I2,3,分别代表2,3,…n 次谐波电流有效值。
用基波电流百分比表示的电流总谐波含量叫总谐波失真（THD）,总谐波含量反映了波形的畸变特性，因此也叫总谐波畸变率。
定义为根据功率因数PF 的定义，功率因数PF 是指交流输入的有功功率P 与输入视在功率S 之比值，即其中，为输入电源电压；U cosΦ1 叫相移因数，它反映了基波电流i1 与电压u 的相位关系，Φ1 是基波相移角；输入基波电流有效值I1 与输入总电流有效值Irms 的百分比即K=I1 / Irms 叫输入电流失真系数。
上式表明，在LED 驱动电源等非线性的开关电源电路中，功率因数PF 不仅与基波电流i1 电压u 之间的相位有关，而且还与输入电流失真系数K 有关。
将式（6）代入式（7）,则功率因数PF 与总谐波失真THD 有如下关系：上式说明，在相移因数cosΦ1 不变时，降低总谐波失真THD,可以提高功率因数PF;反之也能说明，PF 越高则THD 越小。
LED电源总谐波失真的分析、测量及预防
LED电源总谐波失真的分析、测量及预防摘要：无论是从保护电力系统的安全还是从保护用电设备和人身的安全来看，严格控制并限定电流谐波含量，以减少谐波污染造成的危害已成为人们的共识。
1. 总谐波失真THD与功率因数 PF 的关系市面上很多的 LED 驱动电源，其输入电路采用简单的桥式整流器和电解电容器的整流滤波电路，见图 1.图1该电路只有在输入交流电压的峰值附近，整流二极管才出现导通，因此其导通角θ比较小，大约为60°左右，致使输入电流波形为尖状脉冲，脉宽约为 3ms，是半个周期（10ms）的 1/3.输入电压及电流波形如图 2 所示。
由此可见，造成 LED 电源输入电流畸变的根本原因是使用了直流滤波电解电容器的容性负载所致。
图2对于 LED 驱动电源输入电流产生畸变的非正弦波，须用傅里叶（Fourier）级数描述。
根据傅里叶变换原理，瞬时输入电流可表为：算：输入总电流有效值上式根号中，I1 为基波电流有效值，其余的 I2，3，分别代表 2，3，… n 次谐波电流有效值。
用基波电流百分比表示的电流总谐波含量叫总谐波失真（THD），总谐波含量反映了波形的畸变特性，因此也叫总谐波畸变率。
定义为根据功率因数 PF 的定义，功率因数 PF 是指交流输入的有功功率 P 与输入视在功率S 之比值，即其中，为输入电源电压； U cosΦ1 叫相移因数，它反映了基波电流 i1 与电压 u 的相位关系，Φ1 是基波相移角；输入基波电流有效值 I1 与输入总电流有效值 Irms 的百分比即 K=I1 / Irms 叫输入电流失真系数。
上式表明，在 LED 驱动电源等非线性的开关电源电路中，功率因数 PF 不仅与基波电流 i1 电压 u 之间的相位有关，而且还与输入电流失真系数 K 有关。
将式（6）代入式（7），则功率因数 PF 与总谐波失真 THD 有如下关系：上式说明，在相移因数 cosΦ1 不变时，降低总谐波失真 THD，可以提高功率因数 PF;反之也能说明， PF 越高则 THD 越小。
谐波如何测试？
谐波如何测试？1.谐波测试两种主要方式有源RF和FEM的第二个关键属性是谐波行为。
谐波行为由非线性器件引起，会导致在比发射频率高数倍的频率下产生输出功率。
由于许多无线标准对带外辐射进行了严格的规定，所以工程师会通过测量谐波来评估RF或FEM是否违反了这些辐射要求。
测量谐波功率的具体方法通常取决于RF的预期用途。
对于通用RF等器件备来说，谐波测量需要使用连续波信号来激励DUT，并测量所生成的不同频率的谐波的功率。
相反，在测试无线手机或基站RF时，谐波测量一般需要调制激励信号。
另外，测量谐波功率通常需要特别注意信号的带宽特性。
1)使用连续波激励测量谐波使用连续波激励测量谐波需要使用信号发生器和信号分析仪。
对于激励信号，需要使用信号发生器生成具有所需输出功率和频率的连续波。
信号发生器生成激励信号后，信号分析仪在数倍于输入频率的频率下测量输出功率。
常见的谐波测量有三次谐波和五次谐波，分别在3倍和5倍的激励频率下进行测量。
RF信号分析仪提供了多种测量方法来测量谐波的输出功率。
一个直截了当的方法是将分析仪调至谐波的预期频率，并进行峰值搜索以找到谐波。
例如，如果要测量生成1GHz信号时的PA三次谐波，则三次谐波的频率就是3GHz。
测量谐波功率的另一种方法是使用信号分析仪的零展频（zero span）模式在时域中进行测量。
配置为零展频模式的信号分析仪可以有效地进行一系列功率带内测量，并将结果以时间的函数形式表现出来。
在此模式下，可以在时域上测量选通窗口中不同频率的功率，并使用信号分析仪内置的取平均功能进行计算。
2)使用调制激励的谐波实际上，许多PA被用来放大调制信号，而且这些PA的谐波性能需要调制激励。
与使用连续波类似，通常在接近设备饱和点的功率电平下，将已知功率激励信号发送到PA的输入端。
测量谐波输出功率时，工程师通常会根据测量时间和所需的准确度等不同限制条件而采用图通方法。
实际上，3GPP LTE和IEEE 802.11ac等无线标准并没有对谐波的要求进行具体的规定，而是规定了在一定频率范围内最大杂散辐射要求。
示波器的测试波形
示波器的测试波形摘要:示波器是电子技术基础实验中和电子设备的检修中最常用的仪器之一,而在使用示波器之时,被测信号测试波形的不稳定常常会造成无法读取波形数据或测量不精确。
经过在教学中和示波器的使用中不断地摸索和总结,要稳定示波器的测试波形,应注意易困惑使用者的几个问题,如触发及触发源的选择,电源触发的方法,触发电平自动锁定,输入耦合开关使用,常态触发(NOR)和自动触发(AUTO)转换,探头合理使用等。
只要合理的使用和调节,选择正确的档位和测量方法就可以使得示波器的测试波形稳定,以达到精确测量。
关键词:示波器?被测信号?触发脉冲?波形稳定正文:一、触发及触发源的选择。
在使用示波器时,一个最基本的问题就是如何使得被显示的波形稳定下来。
这就涉及到触发操作,触发操作是示波器使用中较难掌握的操作技能。
因为它涉及到示波器的触发原理。
示波器中是通过扫描来显示被测信号的,每次扫描都显示被测信号的一部分。
要使得被显示的波形是稳定不变的,就必须做到每次所显示的波形是完全一样的,即重叠的。
对于周期信号来说,只要每次扫描所显示的波形起始相位是相同的,那么每次所显示的波形就是相同的,从而所显示的波形就是稳定的。
为了做到这一点,示波器中除了将被测信号送到示波管去以外,还从中分出一路,用电压比较器来形成触发脉冲,用触发脉冲去控制水平方向的扫描,以保证水平方向的每次扫描起始点都正好对准被测信号的相同相位点。
故而,当由于操作不当而无法形成触发脉冲时,所显示的波形就不可能被稳定下来。
例如,图所示正弦波是从被测信号在送往示波管的途中所分出来的一部分,则所形成的触发脉冲及水平方向的扫描锯齿波均如图1所示:图触发脉冲是这样形成的:将被测信号取出一部分送到一个电压比较器,而电压比较器的另一端则是其电压被触发电平旋钮(Trigger LEVEL)所调节的直流电压。
当被测信号的瞬时电压高于触发电平时电压比较器就输出高电平,而被测信号的瞬时电压低于触发电平时电压比较器就输出低电平。
示波器的使用方法
示波器的使用方法首先，使用示波器之前需要对示波器的各个部分有所了解。
示波器通常包括控制面板、显示屏、输入接口等部分。
控制面板上有各种旋钮和按钮，用于控制示波器的各项参数和功能。
显示屏用于显示被测信号的波形。
输入接口用于连接被测信号源。
在使用示波器之前，需要对这些部分有所了解，以便正确操作示波器。
其次，设置示波器的各项参数是使用示波器的关键步骤。
在进行信号测量之前，需要设置示波器的扫描速度、垂直灵敏度、触发电平等参数。
扫描速度决定了示波器屏幕上波形的水平时间跨度，垂直灵敏度决定了波形的峰值和谷值的显示范围，触发电平决定了示波器触发信号的电平位置。
正确设置这些参数可以使示波器显示出清晰、准确的波形，帮助用户准确测量被测信号的各项参数。
接下来，触发是使用示波器时需要注意的重要功能。
触发功能可以使示波器在特定条件下对信号进行稳定的显示。
在进行信号测量时，触发功能可以帮助用户锁定特定的信号波形，使其显示在屏幕上的固定位置，便于用户对信号进行观察和测量。
正确设置触发条件和触发电平是使用示波器时需要注意的关键步骤。
最后，测量被测信号的各项参数是使用示波器的最终目的。
示波器可以用来测量信号的频率、幅值、相位等参数。
在进行测量时，需要根据被测信号的特点选择合适的测量方法和参数设置，以确保测量结果的准确性和可靠性。
总之，示波器是电子工程领域中不可或缺的测试仪器，掌握其正确的使用方法对于工程师和技术人员来说至关重要。
正确了解示波器的各部分结构，设置各项参数，正确使用触发功能和进行准确的信号测量，都是使用示波器时需要注意的关键步骤。
希望本文所介绍的示波器使用方法能够帮助读者更好地掌握示波器的操作技巧，提高工作效率和测量准确性。
频谱分析仪测量谐波的方法
频谱分析仪测量谐波的方法嘉兆科技无线电工程应用不仅要对射频信号的谐波进行测量，有时还要确定音频信号的总谐波失真(THD)。
射频信号可能是已调信号或连续波信号。
这些信号可以由有漂移的压控振荡器(VCO)或稳定的锁相振荡器或合成器产生。
现代频谱分析仪能利用本文中所述方法来进行这些测量。
本文还将讨论如何断定在分析设备或被测器件(DUT)中是否产生谐波、对不同类型信号的最佳测量方法以及对数平均、电压单位和均方根值(ms)计算的利用。
我们这里所处理的所有信号均假定为周期信号，亦即它们的电压随时间的变化特性是重复的。
傅里叶变换分析可以将任何重复信号表示为若干正弦波之和。
按一定目的产生的频率最低的正弦波称为基频信号。
其它正弦波则称为谐波信号。
可以利用频谱分析仪来测量基频信号及其谐波信号的幅度。
谐波常常是人们不希望存在的。
在无线电发射机中，它们可能干扰射频频谱的其它用户。
例如，在外差接收机的本振(LO)中，谐波可能产生寄生信号。
因此，通常应对它们进行监控并将其减小到最低限度。
利用频谱分析仪对信号进行测量时，分析仪的电路也会引入其自身的某种失真。
为了进行精确测量，用户需要了解所测得的失真究竟是所考察的信号的一部分还是由于引人分析仪所引起的。
分析仪所产生的失真起因于某些微弱非线性特性(因为它没有理想线性特性)。
因此，可以用表明输出电压(O)与输入电压(I)之间的关系的泰勒(Taylor)级数来表示频谱分析仪的信号处理特性：V0=K1V i+K2V i2+K3V3i (1)式中V0=输出电压V i=输入电压K1、K2和K3均为常数利用上面的关系式，可以直接证明：输入电压加倍将引起V i2项增加4倍(6dB)，因而引起对正弦波的二次谐波响应增加4倍。
类似类推，三阶谐波失真随输入电平按三次方规律增加。
有两种方法即依靠技术指标或实验能断定分析仪是否对测出的失真有影响。
为了依据分析仪的谐波失真技术指标来判断其影响，利用对失真量级的了解，将相对于分析仪输入混频器上的特定信号以伽给出的那些技术指标变换成针对选择的输入电平给出的dBC。
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1.谐波标准简要
随着开关电源类电子产品的应用普及，国际电工委员会制定了IEC61000-3-2、欧盟制定了EN60555-2 和我国制定了等法规，对用电设备的电压、电流波形失真作出了具体限制和规定。
目前这些法规也适用于LED 灯具及LED 驱动电源。
对于输入有功功率大于25W 的LED 照明灯具，谐波电流不应超过表1 限值。
表1. C 类设备的限值
对于输入有功功率不大于25W 的LED 照明灯具，规定符合如下的其中一项：
a.谐波电流不应超过表 2 的第 2 栏中与功率相关的限值；
表2 D类设备的限制
用基波电流百分数表示的 3 次谐波电流不应超过86%,5 次谐波不超过61%;而且，假设基波电压过零点为0°，输入电流波形应是60°或之前开始流通，65°或之前有最后一个峰值（如果在半个周期内有几个峰值）,在90°前不应停止流通。
2.标准LED电源选择
看清电源规格中的谐波标准与分类
图中标准为IEC61000-3-2,分类为A.此种是不符合LED应用标准.
图中标准为IEC61000-3-2,分类为C.此种是不符合LED应用标准,但要注意应用时,负载功率需要大于额定负载60%.
3.产品初步测试方法
示波器要求:有FFT 数学计算模式（快速傅立叶变换）
本例示波器型号:TDS2012C;电源恒压,负载100%灯带.
1.测试出输入电流波形时域(YT) 信号:在电压输入端串5Ω电阻,探头分别接电阻两端,
设置通道耦合为AC,按自动设置(Auto Set)进行自动测试,后调整水平标度,使波形在屏幕上稳定显示一个周期波形,以下图.
2.使用FFT 数学计算模式将时域(YT) 信号转换为它的频率分量（频谱）;按示波器 Math 键,操作选择FFT,信源选择当前通道,窗口选择Flattop(各窗口显示特性)
设置好后示波器显示如下图
3.精确读取测试数据:调整水平标度,水平位置,FFT缩放将放大波形显示,后用光标测量精确数据.下图为:基波50HZ与3次谐波150HZ的数据,
下图为:基波50HZ与5次谐波250HZ的数据,
下图为:基波50HZ与7次谐波350HZ的数据,
下图为:基波50HZ与9次谐波450HZ的数据,
折算到分贝为: 20log= db
输入功率:输入电流*输入电压=*220=约31W
作者:
张文超
广东东莞
2017-05-20。