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示波器應(yīng)用之如何通過(guò)示波器設(shè)置減小測(cè)量誤差
測(cè)量誤差是指測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真實(shí)值之間的差異，測(cè)量誤差越大，測(cè)量結(jié)果的可靠性越低。本文將探討示波器設(shè)置不當(dāng)時(shí)誤差是如何產(chǎn)生的、其典型的表現(xiàn)，以及如何使用示波器設(shè)置減小測(cè)量誤差。
示波器的測(cè)量誤差
示波器測(cè)量誤差可能由硬件限制、設(shè)置不當(dāng)、環(huán)境干擾、人為操作等因素引起。以下是示波器誤差產(chǎn)生的原因及其典型表現(xiàn):
設(shè)置與操作誤差
通過(guò)系統(tǒng)分析誤差來(lái)源以及表現(xiàn)，可針對(duì)性優(yōu)化測(cè)量方案，提升測(cè)量精度。
示波器基礎(chǔ)設(shè)置優(yōu)化
垂直系統(tǒng)（電壓）：
選擇合適量程：信號(hào)幅度占屏幕60%~80%（避免過(guò)小量化誤差或過(guò)大截?cái)啵?
關(guān)閉“帶寬限制”（除非需抑制高頻噪聲）。
水平系統(tǒng)（時(shí)基）：
時(shí)基檔位應(yīng)使信號(hào)周期顯示1~2個(gè)完整周期（如1MHz信號(hào)用500ns/div）。
啟用“高分辨率模式”（降低噪聲，刪除帶寬）。
觸發(fā)設(shè)置
觸發(fā)模式選擇：
邊沿觸發(fā)：適用于周期性信號(hào)（如方波、正弦波）。
脈寬觸發(fā)：捕捉異常脈沖。
觸發(fā)電平調(diào)整：
將觸發(fā)電平設(shè)置在信號(hào)幅度的50%處（避免誤觸發(fā)）。
操作案例 不同衰減比下本底噪聲的大小
圖一為示波器通道一未接任何探頭，衰減比選擇1X檔，懸空的狀態(tài)下，選擇垂直量程為1.00mV/div，測(cè)得本底噪聲為0.72mV Vpp。
圖二為示波器通道一未接任何探頭，衰減比選擇1000X檔，懸空的狀態(tài)下，選擇垂直量程為1.00V/div，測(cè)得本底噪聲為800mV Vpp。
造成這種本底噪聲放大的原因是衰減器噪聲疊加效應(yīng)：示波器的本底噪聲主要由衰減器和前置放大器產(chǎn)生，1000:1衰減比下信號(hào)被大幅衰減后，示波器 需要通過(guò)增益補(bǔ)償恢復(fù)信號(hào)幅度，此過(guò)程會(huì)將衰減器的本底噪聲同步放大，
同樣的情況下，選擇不同的探頭衰減比就會(huì)使得本底噪聲有很大的變化，本底噪聲影響系統(tǒng)測(cè)量的結(jié)果，這是設(shè)置所帶來(lái)的不可避免的系統(tǒng)測(cè)量誤差。
知道這個(gè)對(duì)我們的測(cè)量有什么幫助呢？假設(shè)我手上有一個(gè)衰減比為100：1、1000：1的探頭，我不知道被測(cè)信號(hào)的一個(gè)電平范圍，那么可以優(yōu)先選用衰減比高的擋位（1000：1）進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示被測(cè)信號(hào)在衰減比100：1在量程范圍內(nèi)，那么就選擇100：1的衰減比，以此來(lái)減小本底噪聲，使得測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。
結(jié)論：在量程范圍內(nèi)，選擇較小的衰減比本底噪聲也會(huì)減小，可以在一定程度上減小測(cè)量誤差。
操作案例 不同量程下本底噪聲的大小
圖三為示波器通道一未接任何探頭，衰減比選擇1X檔，懸空的狀態(tài)下，選擇垂直量程為1V/div，測(cè)得本底噪聲為800mV Vpp。
圖四為示波器通道一未接任何探頭，衰減比選擇1000X檔，懸空的狀態(tài)下，選擇垂直量程為10.0kV/div，測(cè)得本底噪聲為400V Vpp。
造成以上結(jié)果的主要原因是垂直分辨率限制：示波器的垂直分辨率由ADC的位數(shù)（如8位、12位）決定。若量程過(guò)大，信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍占用的ADC量化等級(jí)減少，導(dǎo)致幅值細(xì)節(jié)丟失。
如圖四：8位ADC將量程分為256級(jí)。單格量程為10kV，總量程為100kV，每級(jí)100kV/256≈390V，實(shí)際上為400V，本底噪聲在1000X擋位下為800mV，占用1級(jí)，受噪聲以及分辨率的影響，測(cè)量結(jié)果顯示Vmax為0V或者400V；顯示Vmin為0V或者-400V都是有可能的。
受分辨率的限制，垂直量程越大，ADC所測(cè)量判讀的電壓越大，這會(huì)直接影響測(cè)量精度。
結(jié)論：示波器的ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）分辨率有限，使用大量程測(cè)小信號(hào)會(huì)量化誤差，導(dǎo)致幅度測(cè)量不準(zhǔn)確。
總結(jié)
衰減比選擇不當(dāng)或者垂直量程選擇不當(dāng)都可能會(huì)量化誤差，導(dǎo)致誤差偏高。適當(dāng)?shù)氖静ㄆ髟O(shè)置可以減小測(cè)量誤差。
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