在工程師實際使用示波器的時候,很多人會為一個問題所困擾——示波器接上探頭還沒有開始測信號,屏幕中就顯示了波形:
一個像正弦波,但是又有很多噪聲的波形。
這是怎么回事呢?
為了探究原因,當這樣的波形出現時,我們對它進行測量。打開示波器的測量功能,可以看到信號的頻率約為50Hz。
這個時候,如果把探頭靠近示波器或其他用電器再去觀察,可以明顯地觀察到信號變得更加清晰,噪聲也減小了。
如果我們再用手與探頭的信號端接觸,會發現示波器此時出現了一個更大的信號,調整垂直檔位后會發現,此時的信號頻率同為50Hz,但是信號的幅度變大,噪聲變小了,波形也清晰起來。
01 工頻干擾
上述帶噪聲的信號是如何產生的?有人認為是示波器的問題,也有人認為是探頭出了問題。
其實,這是50Hz的工頻干擾,是電力系統中普遍存在的一種現象。
我們的電網供電是220V/50Hz,而室內通常存在很多電纜或用電器,就會產生一些50Hz的電場。
示波器導致工頻干擾的原因一般有兩種:
·經輸電電纜傳導進入示波器
·通過空間輻射由探頭引入示波器
由此可見,以上所說的干擾就是通過空間輻射產生。
示波器的探頭由阻容結構組成。
探頭暴露在空氣中時相當于一個天線,所以將探頭靠近一些容易產生輻射源的設備(如示波器或者其他用電器)時,就會有明顯的干擾信號引入。此外,人體也是導體,是一種電阻很大的導體,就像是一個能夠接收周圍電磁輻射的大天線,所以才會有工頻干擾引入示波器。
這種現象會對我們的測試產生很大的影響,所以我們在測試中應該盡量減少或者避免工頻干擾。
02 如何避免工頻干擾
在我們示波器測量的時候,首先要保證示波器要有良好的接地。
接地不單單可以保證我們的電氣安全,減少觸電風險,也能夠使示波器和被測信號共地,屏蔽部分噪聲信號。
以上述比較有代表性的人體天線為例,我們同樣以手來接觸探頭的信號端,之后再把另一只手觸到探頭的地線上,這個時候可以看到信號的幅度明顯減小。
另外,我們在測試信號的時候,探頭的探針和地線本身也會組成一個環路,這又相當于一個小天線。
為了減少這樣的天線效應,可以把探頭的地線取下來,再用探頭標配的一個接地彈簧進行測量,減少地線的長度來減少信號干擾。