示波器不是垂直量的计量工具

2015-09-14 09:20:44来源: eefocus 关键字:示波器  垂直量  计量工具
1,量化误差的概念      
我们都知道,示波器的A/D只有8位,也就是说对于任何一个电压值都只有256个0和1来重组,如果包括+/-符号位,示波器的数字量程是-128—+127。图一很清楚地显示了这种数字化采样的原理,示波器的屏幕最顶部代表的是+127,中间代表的是0,最底部代表的是-128。这种原理就产生了使用示波器的第一原则:最小化量化误差。这个原则告诉了我们使用示波器的一个常识,为获得最接近于真实值的电压值,应使垂直分辨率尽可能地小,使显示的波形尽量占满示波器的屏幕。
  

   图一
 
图二和图三分别表示在1V/div和200mv/div的时候测试相同的信号的效果。在1V/div的时候,示波器的最小量化误差是(1V*8)/256=31.25mv,这意味着小于31.25mV的信号是无法准确测量出来的。而对于高压测量,假设量程是100V/div,示波器的量化误差是800V/256=3.125V,这意味着小于3.125V的信号是无法准确测量出来的。

            
       
     图二
                 图三
    我常举下面的更令人印象深刻的例子来说明量化误差:将探头的地和信号针直接相连悬在空中,比较量程为20mV/div和100V/div时的pk-pk值,其差异是多大?几十伏的差异!!您现在就可以做这个实验。这表示在100V/div时测试出来的20V的信号,可能实际上只有20mV!
  
   测量输出电压很小的电源纹波时需要用1:1的探头,将示波器的量程设置为2mv/div。   下面是测试10mV左右的电源纹波的例子.
     
 
2,幅频特性曲线平坦度问题
     就示波器的行业标准而言,示波器幅频曲线距离理想响应的偏差允许达到+/-2dB,这对有些精确度要求很高的测量似乎是很不能接受的误差范围. 因此,示波器并没有在测量界定义为计量的工具,它只能说是调试的工具.  
    此外,不同型号的示波器,不同品牌的示波器,其前端放大器的响应曲线也是有差别的,有的是高斯响应,有的是矩形响应,有的是四阶贝塞尔响应。对于同一个输入频率,不同示波器的垂直参数的测量结果肯定是不一致的。在相同频率,不同垂直通道设置下的测量结果也应是不一致的。
    我从我们的维修校准中心了解到,示波器在校准时,我们一般会把平坦度校准到+/-1.5%以内,这是比较严格的标准。这意味着,对于理想中的1V的信号,测试的结果偏差15mv是很正常的。
   
 
  
   上图显示的是6GHz的幅频特性曲线。  可以看出其最大偏差小于+/-2dB. 示波器使用一段时间后平坦度会有些改变需要送校准机构进行校准。但通常很多第三方机构并不能将平坦度校准到厂家能校准到的水平。因此,现在常有些客户要求示波器原厂提供校准服务。

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编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0914/article_13104.html
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