高幅度任意波形/函数发生器简化汽车、半导体、科学和工业应用中的测量

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图9. IGBT的开关波形。

　　为优化IGBT门驱动设计，设计工程师必须了解设备在实际负荷条件下的开关特点。为分析这些开关特点，可以使用一系列单个脉冲激励IGBT的门，同时使用示波器测量门到发射器电压、集电极到发射器电压和集电器电流。由于能够生成高幅度脉冲，AFG3011任意波形/函数发生器特别适合完成这一任务。由于IGBT的集电极到发射器电压对电感负荷的动态范围非常高，因此要求使用高压差分探头进行测量。可以使用标准无源探头测量门到发射器电压，使用非插入型电流探头测量集电极电流。

　图9显示了带电感负荷的IGBT的典型开关波形。从这些波形中，设计工程师可以确定开关能量、状态损耗及IGBT是否在安全工作区域内工作。然后根据测量数据，工程师可以确定选定的脉冲重复频率、幅度和边沿跳变是否足以实现设计目标。如果需要调节，可以通过AFG3011前面板上的快捷键直接进入所有脉冲参数。然后可以通过旋转旋钮或数字键改变参数，而不会有定时毛刺，也不必中断测试。

　　在测量过程中，必须考虑各种因素，如传播时延(偏移)、偏置和探头固有的噪声。工程师将发现，使用的示波器最好带有软件工具，能够处理探头相关问题，自动计算开关功率损耗，确定IGBT的安全工作区域。

　　信号幅度和负荷阻抗

　　信号发生器提供的输出电压取决于连接的负荷或被测设备的阻抗，其原因在于发生器的输出阻抗。例如，图10显示了AFG3011的等效输出电路。根据幅度设置，仪器提供了某个电流I。如果50欧姆的负荷ZDUT连接到发生器输出上，一半的I流经发生器的输出阻抗ZOUT，另一半流经ZDUT。如果ZDUT的阻抗明显大于ZOUT，那么几乎所有I都流经ZOUT，导致输出电压几乎是50欧姆负荷的两倍。

任意波形/函数发生器的产品技术资料一般会规定50欧姆负荷和高阻抗负荷的最大输出幅度。例如，AFG3011规定的输出幅度对50欧姆负荷是20 Vpp，对开路是40 Vpp。对其它负荷阻抗值，可以使用下述公式计算最大输出电压：

在标准设置中，任意波形/函数发生器通常配置成50Ω的负荷阻抗。对其它负荷阻抗，阻抗值可以配置到仪器中，可以显示正确的幅度和偏置值。在AFG3000系列中，负荷阻抗设置在Output菜单中进行，按所需的功能键如"Sine"后可以进入菜单。

　　　　　　　　　　　　　　　　　图11 AFG3000系列上的负荷阻抗选择。

　　请注意，负荷阻抗设置既不会改变发生器的输出阻抗，也不会改变负荷阻抗本身。它只会影响幅度和偏置显示，保证仪器显示连接的负荷中正确的有效幅度值。

　　结语

　　现代任意波形/函数发生器如AFG3011可以为50欧姆负荷生成高达20 Vpp的信号幅度，而不需使用外部提升放大器。这简化了许多应用中的测试，降低了设备成本。它还节约了测量时间，因为发生器直接在显示屏上显示有效幅度，而不必使用伏特计进行单独测量。

　　除本指南中描述的测试应用外，还可以使用高幅度任意波形/函数发生器测试显示器、MEMS技术、螺线管及质谱仪和相关科学应用。