《电子技术应用》

仪器带宽对测量结果的影响

作者:ZLG致远电子
2017/11/9 14:07:00

工程师们在调试的过程中,会经常发现,同一个信号用不同的设备测试,结果往往会有些差别。到底哪一个结果才是准确的?我们要科学的选用设备进行测试,不要被错误的结果“蒙骗”了。

不同的测试设备都有典型的应用场合和测量范围,之所以会出现测量结果不一致的情况,往往和测试设备本身的参数特性有关系,其中很关键的一个指标就是仪器的带宽。带宽不同的仪器,哪怕测试相同的信号,测试结果往往也都不同。

首先我们来看看仪器测量带宽是什么。仪器的测量带宽简单而言就是仪器能够测试的频率范围,我们将信号幅值衰减到-3dB的频率点称为带宽截止频率点,即在输入某一频率正弦波,测量到的幅度衰减为实际幅度的70.7%时,该频率点称为带宽,如下图所示。

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不同测量仪器,其带宽都不相同。原因有很多,有些是产品应用和测试对象决定的,比如某些测试应用,用不到很高的带宽,或者信号频率比较固定,测试也有对应的标准,如我们常见的电能质量分析仪,其主要针对电网信号做测量,而电网的信号频率就是50Hz/60Hz,因此专用的电能质量分析仪的带宽往往也在这个范围。又比如示波器,示波器的带宽往往非常大,市场上常用的带宽一般有200MHz、350MHz、500MHz,高频应用还会用到1GHz以上的带宽。因为示波器常用来捕获时间很快的信号,并且要求能完整的还原波形形状,所以带宽必须很高才能实现功能。

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还有一些仪器是因为产品定位不同或者本身的技术瓶颈问题,带宽也各有差异。如功率分析仪、功率计、电参数表等。功率分析仪作为高端测量仪器,一般为高精度高带宽,带宽可以到2MHz甚至5MHz;功率计更多用于产品的检测和生产测试,所以带宽会相对低一些,一般在100KHz~500KHz;而电参数表多数用于低端应用产品,带宽一般不超过50KHz。

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带宽的不同对测试结果而言到底有什么样的影响呢?下面我们看一个实际测试案例,在某LED测试现场,用两台带宽不同的功率计测试LED驱动的输入(市电工频50Hz)电参数,包括电压、电流、功率、功率因数等,测试结果如下图所示:

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从图中可以看到,两台设备测试的电压、有功功率基本一致,但是功率因素确相差很大。而功率因数的计算跟无功功率有非常密切的关系,因此可以判断两台设备测试的无功功率肯定有相差。两台设备的标称的基本精度都一样,但带宽却相差很大。致远电子的PA310带宽为300KHz,而另一台设备的带宽只有5KHz,LED驱动模块的工作原理为开关输出,因此必然会有高频的信号引入,带宽低的设备测试不到高频信号,因此测试结果也就与带宽高的设备相差甚远。

为了验证测试结果确实是带宽引起的,我们对PA310进行了线路滤波器的设置,打开了一个5.5KHz的线路滤波器,而后对比两台测试的功率因素,结果两台设备的功率因素确实一致,这也就证明了带宽确实是影响测试结果的重要因素。

看到这里,有人会问,带宽是否越高越好,其实带宽也并不是越高越好,因为带宽越高,引入的高频信号也就越多,很多高频信号对测试结果会造成负面影响,这也不是我们所希望的。但是仪器的测试带宽一定要能满足被测设备的频率范围,否则测试不到真实信号,掩耳盗铃,最终也是错误的结论。

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