大多数工程试验室都有数字示波器，可是许多工程师并未彻底探究其功用。数字示波器更风趣的功用之一是其数学通道，能够帮助您剖析热插拔和负载开关电路。数学函数能够供给有关热插拔电路参数的具体信息，能够帮助您进行规划和毛病扫除。例如，您能够运用示波器的数学函数来核算负载电容，然后可显现MOSFET在发动或封闭期间的瞬态功耗。本文利用了美信MOSFET MAX5976热插拔器材，教我们怎么才干用好示波器。
示波器设置
为了了解怎么运用数学函数，请考虑运用集成MOSFET MAX5976热插拔器材，它内部集成了MOSFET开关元件，电流检测和驱动器电路，然后构成了完好的电源开关电路。该测验办法还适用于由分立元件构成的热插拔操控电路，将示波器探头衔接到图1中的热插拔电路，能够使示波器拜访核算所需的信号。电压探头衔接到电路的输入和输出，然后在MOSFET上供给压降。电流探头供给了最简略的办法来检测经过设备的负载电流。
图1将电压探针衔接到MOSFET上以丈量VDS（a），将电流探针衔接到ID（b）。
相同的根本衔接适用于非集成热插拔电路，在MOSFET之前和之后衔接输入和输出电压探头，这些探头坐落MAX5976内部，将电流探头与电路的电流检测电阻串联。为了精确丈量流过开关元件的电流，请将电流探头放置在输入旁路电容器之后和输出电容器之前。探头有必要丈量流经操控器的电流。电容器COUT和CIN不能在操控器和电流探头之间。
MOSFET功耗
开关元件（一般为N沟道MOSFET）中的功耗是VDS（漏极至源极电压）和ID（漏极电流）的乘积。挑选示波器探头，以使VDS为通道2和通道1之差，并运用电流探头丈量漏极电流。本例中的示波器Tektronix DPO3034具有经过高档数学菜单装备的数学轨道。
要丈量MOSFET的功耗，只需输入一个方程，该方程从通道2中减去通道1，然后将成果乘以电流探针信号即可。使能热插拔电路时，其输出电压以特定的dV / dt压摆率向输入电势上升。负载电容充电电流依据以下公式流过MOSFET：ID = COUT&TImes;（dV / dt）。
在示波器上捕获此发动事情会发生图2的波形，其输出电容为360μF，输入电压为12V。热插拔设备将浪涌电流限制为2A。请注意，在稳定电流为负载电容COUT充电的情况下，功率波形呈递减斜率，从24W（12V&TImes;2A）开端，跟着输出上升至12V而下降至0W。
图2 COUT的电路MOSFET功耗（中心迹线，赤色）为360F。热插拔设备将浪涌电流限制为2A。
这些丈量值能够告诉您MOSFET是否在电压，电流和温度的安全范围内。您能够经过参阅MOSFET数据表中的相关图表来预算MOSFET的结温升高，直接从实践电压和电流丈量成果核算出功率波形，消除了近似预算功耗所固有的差错。此外，当浪涌电流和dV / dt都不恒守时，您能够在发动事情期间精确捕获功率波形（图3）。 COUT为360μF，浪涌电流钳位在2A。
图3在发动期间，流过MOSFET的电压（顶部迹线，黄色）和流过MOSFET的电流（底部迹线，绿色）ID都不稳定。
假如示波器的数学功用包含积分功用，则能够进一步进行波形核算。积分能够显现事情期间沉积在MOSFET中的总能量。图4将积分功用应用于MOSFET的功率信息。由于功率波形为三角形，其发动时刻约为2毫秒，因而能够预期取得约24W / 2&TImes;2毫秒= 24毫焦的能量，该能量会在MOSFET中转换为热量。在发动事情结束时，数学通道的功率积分简直达到了24 mJ的能量。
图4功耗积分核算了耗费在MOSFET中的总能量。
您能够将此技能应用于影响MOSFET的其他瞬态条件，例如关断，短路或过载事情。如此具体的功率和能量信息，使您能够在查看MOSFET的安全作业区和热特性时精确核算脉冲持续时刻和“单脉冲功率”。
丈量负载电容
您还能够运用示波器的积分功用来丈量热插拔负载电容，条件是在发动过程中电阻负载电流很小。电容是施加到电容器的每伏特所存储的电荷量，而电荷仅仅电流的时刻积分。因而，经过积分热插拔浪涌电流并除以输出电压，示波器的数学功用能够精确地丈量总负载电容。
图5中的热插拔操控器衔接三个陶瓷输出电容器，每个电容器的标称值为10F。电容迹线（赤色）开始是无意义的，由于在输出电压上升之前会发生零分频问题。可是，当输出电压超越0V时，数学通道会敏捷收敛至约27μF的丈量电容。
图5输出电容丈量成果表明COUT为30μF。
图6重复了图5的试验，但在输出端增加了一个标称值为330μF的铝电解电容器。在发动事情结束时，显现测得的输出电容约为350μF，简直彻底符合希望。
图6增加一个330μF电容器可发生350μF的丈量输出电容。
请记住，电阻性负载会吸收未存储在电容器中的电流，然后降低了电容丈量的精确性。可是，关于短时刻的丈量，成果依然有用。
本文作者：德怀特·拉森（Dwight Larson），Maxim Integrated Products高档技能人员。 他在休斯顿大学取得电气工程学士学位，并具有四项专利。拉尔森（Larson）从1985年到1991年在美国海军执役，担任潜水艇核反应器机械师和放射操控技能员
