硬件电路测量中的陷阱分析

　　在平时测试硬件电路的时候，经常会遇到一些容易忽视又不容易觉察的问题，但是我们又必须正视这些问题的存在，并想方设法减弱或者消除这些问题，这里称之为硬件电路测量中的陷阱。

　　测试仪器和仪表的负载效应和滤波器效应

　　在用万用表测量电压或者电流的时候，万用表都是作为一个负载和测量对象并联或者串联在一起。如果测量对象的负载大小和万用表的等效负载的大小相比，如果属于相同数量级大小，那么万用表负载就一定会对测量对象产生影响。比如测量电压，被测负载的大小如果是10K，那么如果所采用万用表的等效负载也是这个这个数量级的，那么测试的结果一定会有很大的误差。根据并联电路中的分流理论，如果要减小这种误差，就必须选择等效负载大的万用表，并且是越大越好。一般而言，指针万用表在测量电压的时候，其等效负载根据量程的不同分布在几十千欧到几百千欧数量级，数字万用表在测量电压的时候，因其采用了有源电路做为等效负载，所以其值一般根据量程不同分布在兆欧数量级到十几兆欧数量级，相对而言，其对被测对象的影响就小很多，测试的结果可信度也比较高。但是，如果将数字万用表看做一个电压传感器的话，其高阻值的等效负载，又会容易拾取一些噪声电压，所以也会引进一些测试上的误差，如果要减小这个高阻的探头效应，就必须在测量的时候，表笔和表体尽可能远离一些潜在的噪声干扰源。矛盾论的又一次体现在这里。

　　再用联系的观点来看，测量仪器作为等效负载实际上也参与了所测量的电路的工作，如果要考虑其影响的话，一旦测量仪器介入了测试电路，整个电路的工作状态就发生了变化，如果测量仪器对电路的影响比较小，那么这个测量仪器的影响就是一个微扰，可以忽略，如果测量仪器对电路的影响比较大，那么这个测量仪器的影响就是对这个电路系统的一个冲击。这就是为什么，有时候我们做测试的时候，表笔一旦放在测试对象上，却看到了测试对象自激了，或者不工作了，或者有莫名其妙的噪声出现的原因，这个时候，我们需要做的就是更换负载效应小的仪器或者表笔探头。

　　在用万用表测量交流信号的时候，还需要注意测量对象的工作频率，万用表作为负载参与测量的时候，如果单纯从测量表笔向万用表看进去，可以认为万用表是一个滤波器，因为其测量电路无非是由一些电阻，电容，晶体管组成的测量电路，那么这个电路必然存在一个工作频率范围（带宽），如果在这个频率范围内测量，那么测试结果有效，如果在这个频率范围之外测量，测试结果就不准确了。所以必须关注测试仪器的频率范围。这个就是万用表的滤波器效应。

　　同样，在使用示波器，交流毫伏表，超高频微伏表和频谱仪时，也必须注意相应的负载效应和滤波器效应，应该根据所测试对象的负载和工作频率去选择相应的仪器。在仪器的说明书上，一般都有等效负载的大小说明，以及工作频率的说明，这个比较常见，非常容易理解。

　　一般而言，测量低频交流信号时，如果单纯想测量信号的大小，可以选择数字万用表，如果还想看到信号的时域波形，那么选择示波器。如果信号很微弱，可以选择毫伏表和示波器搭配使用。测量音频信号时，根据信号的大小，可以选择示波器或者毫伏表，mV数量级的交流信号，可以用示波器和毫伏表搭配使用。高频信号时，可选择超高频毫伏表或者频谱仪。在使用这些仪器的时候，必须注意负载效应和滤波器效应。尤其是在测量高频小信号（uV数量级）电路的时候，如果高频放大器的负载为并联谐振电路，这个时候如果用频谱仪（50ohm负载效应）进行测量，必然导致50ohm的频谱仪和并联谐振电路一起作为高频放大器的负载，这样必然导致放大器的增益降低，所测试的结果必然是不准确的，这个时候可以采用差分高阻探头配合频谱仪进行测量，可以很大程度上减小负载效应的影响。

　　另外，在测试晶体的时候，一般常见的是用示波器进行时序的测量，还有的是测试晶体是否振荡。这个时候，一定要注意示波器探头的负载效应，因为探头上会存在寄生电容，比较小，一般是pF量级，但是晶体的负载电容一般也是pF量级，所以探头的介入，会引起晶体振荡电路的频率的偏移，从而影响晶体振荡电路的工作，严重的，会导致晶体电路无法起振。这个时候，就必须选择差分高阻探头进行测量。