《电子技术应用》

示波器测量“准”与“不准”的问题

ZLG致远电子 2017/1/5 20:18:00

  当波形捕获出来后很多工程师觉得波形占屏幕2格就可以很清晰了,没必要将波形调到铺满屏幕格子去看。其实这是一个误区,今天我们就来看看为什么要让波形铺满示波器屏幕的格子。

  2格显示和尽量满格显示最明显的就是,波形被“拉长”了,也就是垂直档位变小了,而垂直档位的变化直接影响了垂直测量的准确性。这其中最重要就是示波器8位ADC与垂直量测量的关系。

1.png

2.png

  图1 尺子测量

  就比如用1米尺子和用10厘米的尺子去量1.6cm的物件,米尺可能量出来的就是2cm,或很难去估算,而10厘米的尺子量出来的就是1.6cm。最小单位越小测量就越精确,如米尺,直尺,千分尺……

  垂直档位的变化到底如何影响测量的准确度呢?

  1、垂直分辨率对垂直测量的影响

  一般数字示波器采用的都是8位ADC,对任何一个波形值都是用256个0和1来重组。假设示波器垂直方向满量程为8格,对应量化级数256。在垂直档位为500mV/div的情况下,垂直精度为(500mV*8)/256=15.625 mV。测量同一个信号,在垂直档位为50mV/div的情况下,即(50mV*8)/256=1.5625 mV,垂直精度就达到了1.5625 mV。

2.jpg

  图 2 测量精度

  为了尽量使测量准确,可进行以下操作:

  使测试信号幅值尽量占到屏幕6div左右。例如一个峰峰值为7Vpp的正弦波,垂直档位应设为1V/div,而不是2V/div或5V/div。实际上,这涉及到一个电压分辨率的问题, ZDS2024 plus示波器ADC的量化分辨率25LSB/div。例如在1V/div电压下,电压分辨率为1V/25=40mv,而当10V/div时,电压分辨率为10V/25=400mv。可知在1V/div下,测量值有更高的分辨率,测量值更准确。

  2、实例应用

  使用信号发生器产生一个峰峰值为6Vpp的正弦波信号输入ZDS2024 Plus示波器中进行测量,捕获到波形后对波形进行峰峰值测量,如下图3和图4所示。

3.png

  图 3  5V/div档位下

4.png

  图4  1V/div档位下

  1V/div档位下,量化分辨率为40mv,5V/div档位下,量化分辨率为200mv,在测量时可能会相差1~2个分辨率的误差。

  当波形占屏幕1.5格时,所测的峰峰值为6.20V,相差1个分辨率,相对6V的峰峰值误差为3.3%。

  当波形占屏幕6格时,所测的峰峰值为6.08V,相差2个分辨率,相对6V的峰峰值误差为1.3%。

  扩展: 6.12V和6.20V的测量值是否在误差允许范围内呢?

  垂直测量误差允许范围如表1所示。

  表1 垂直测量误差范围列表

5.gif

  (1)垂直档位为1V/div,测量值为6.08V条件下允许的误差:

  由于上述测量中垂直偏移为0,所以直流偏移准确度为±0.1div±2mv±2%*0=12mv;直流增益精度为2%*(1V*8)=0.16V,所以在1V/div档位下允许误差为0.172V。0.172V>0.08V,所以测量值在误差允许范围内。

  (2)垂直档位为5V/div,测量值为6.20V条件下允许的误差:

  由于上述测量中垂直偏移为0,所以直流偏移准确度为±0.1div±2mv±2%*0=12mv;直流增益精度为2%*(5V*8)=0.8V,所以在5V/div档位下允许误差为0.812V。0.812V>0.2V,所以测量值在误差允许范围内。

  综上所述,当波形尽量占屏幕时,即垂直档位越小,垂直分辨率就越高,测量越准确,你赶紧试试吧。


继续阅读>>