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安泰频谱仪维修分享---减少示波器幅度测量误差的小经验

发布时间:2018-04-28             西安安泰仪器维修中心    1387
   在测量过程中看到了一个开始让我们有点想不通的现象,就是利用示波器测量信号发生器产生信号的峰峰值,结果有些不一致,而且结果通常偏大。当然,我这里采用的这两台仪器都是顶尖品质的仪器,用于连接的BNC电缆也是高品质的。经过大家的辩论,我也请教了这方面的高手,也通过具体的实验,更深一步地了解到了问题的本质。这里首先和大家分享一下如何更合理使用示波器,来减少幅度测量误差。

  现象:“我用示波器测33220A的正弦波,33220A输出5Vpp,频率10KHz。用示波器测出来幅度是5.2V这是为什么?”我们模拟了的客户的设置,用BNC线缆连接33220A和安捷伦MSO-X2024A示波器。客户将垂直分辨率设为2V/格,结果为5.2V,如下图所示。


  在该设置下,波形只占用了示波器屏幕两格半的范围。也就是说,并没有充分利用示波器的垂直分辨率,示波器这时会有较大的量化误差。因此,我们应该将垂直分辨率设为更适合的参数,一般来说,建议波形占用示波器屏幕6格以上,但不要超过屏幕。


  如下图所示,利用示波器的微调功能,将垂直分辨率设为740mV/格,测试峰峰值为5.06V。相对之前的结果,有了很大改善。


  但测量结果还是偏大。这是由于我们采用了示波器的峰峰值测量,在这种测量方式下,测量的是信号最大值。由于波形上会有些噪声信号,测量结果就是波形的幅度加上噪声的幅度。从而导致了测量结果偏大。

  还有没有办法能进一步改进测试结果呢?答案是肯定的。如果测试信号是一个周期函数信号,例如正弦波或方波,可以在示波器的采集模式菜单中,选择“平均”模式。该模式可以平均多次采集结果以降低噪声并提高分辨率。

  如下图所示,我选择了平均模式,测试结果为4.972V。


  但这种方法,适合于重复性非常好的比较简单的波形。它是捕获若干个波形后,进行平均运行,获得的测量值。这样的好处是可以一定程度上消除随机误差和噪声干扰,如果对于更为复杂的信号,这种方法显然是不行的,而去回隐藏一下波形本身的问题。这就需要更高分辨率的示波器,或者带有高分辨率模式的示波器。高分辨率的示波器直接采用12bit的AD,可以有更高的分辨率,从而减小量化误差。例如安捷伦的9000H系列示波器。但这示波器价格很高,大多数工程师手中不会有这种东西。但在很多通用的示波器中都有高分辨率模式,它通过数学运算的方式,将8bit的AD提升为10-12比特,这样也可以减少测量误差。

  以下这张截屏就是我们利用安捷伦的33220A20MHz波形发生器产生5Vpp的正弦波,同时利用安捷伦MSOX2024A示波器测量到的波形。测量值是5.01V,非常接近于波形发生器的输出设定值!这种方法同样适用于非重复的波形。


  下面客户遇到的问题:
  “我用33220A输出10Hz,5Vpp值的正弦波,怎么示波器测出来只有3.5Vpp啊?如果我把33220A的幅度设为1KHz,示波器测出来就对了。低频信号输出不正常啊!是不是你这台33220A有质量问题啊?”有位用户很生气地给我们打电话来。

  通过与客户的沟通,发现他认为自己测试的是交流信号,所以把示波器的耦合方式设置为AC耦合。殊不知,选择AC耦合后,示波器会把一个3.5Hz高通滤波器(以安捷伦2000X系列示波器为例)与输入波形串联,导致示波器测量值偏小。只要将耦合方式设置为DC耦合,就能得到正确的结果了。

       本文由安泰频谱仪维修中心整理发布,更多有关频谱仪维修知识欢迎访问安泰电子测量仪器维修中心网(www.agitekservice.com