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示波器应用之如何通过示波器设置减小测量误差

教育装备采购网 2025-07-03 09:02 围观87次

  测量误差是指测量结果与被测量的真实值之间的差异,测量误差越大,测量结果的可靠性越低。本文将探讨示波器设置不当时误差是如何产生的、其典型的表现,以及如何使用示波器设置减小测量误差。

  示波器的测量误差

  示波器测量误差可能由硬件限制、设置不当、环境干扰、人为操作等因素引起。以下是示波器误差产生的原因及其典型表现:

  设置与操作误差

示波器应用之如何通过示波器设置减小测量误差

  通过系统分析误差来源以及表现,可针对性优化测量方案,提升测量精度。

  示波器基础设置优化

  垂直系统(电压):

  • 选择合适量程:信号幅度占屏幕60%~80%(避免过小量化误差或过大截断)。  

  • 关闭“带宽限制”(除非需抑制高频噪声)。 

  水平系统(时基)

  • 时基档位应使信号周期显示1~2个完整周期(如1MHz信号用500ns/div)。  

  • 启用“高分辨率模式”(降低噪声,牺牲带宽)。

  触发设置

  触发模式选择:

  • 边沿触发:适用于周期性信号(如方波、正弦波)。

  • 脉宽触发:捕捉异常脉冲。

  • 触发电平调整:

  • 将触发电平设置在信号幅度的50%处(避免误触发)。

  操作案例

  不同衰减比下本底噪声的大小

示波器应用之如何通过示波器设置减小测量误差

示波器应用之如何通过示波器设置减小测量误差

  图一为示波器通道一未接任何探头,衰减比选择1X档,悬空的状态下,选择垂直量程为1.00mV/div,测得本底噪声为0.72mV  Vpp。

  图二为示波器通道一未接任何探头,衰减比选择1000X档,悬空的状态下,选择垂直量程为1.00V/div,测得本底噪声为800mV  Vpp。

  造成这种本底噪声放大的原因是衰减器噪声叠加效应:示波器的本底噪声主要由衰减器和前置放大器产生,1000:1衰减比下信号被大幅衰减后,示波器 需要通过增益补偿恢复信号幅度,此过程会将衰减器的本底噪声同步放大,

  同样的情况下,选择不同的探头衰减比就会使得本底噪声有很大的变化,本底噪声影响系统测量的结果,这是设置所带来的不可避免的系统测量误差。

  知道这个对我们的测量有什么帮助呢?假设我手上有一个衰减比为100:1、1000:1的探头,我不知道被测信号的一个电平范围,那么可以优先选用衰减比高的挡位(1000:1)进行测量,测量结果显示被测信号在衰减比100:1在量程范围内,那么就选择100:1的衰减比,以此来减小本底噪声,使得测量结果更准确。

  结论:在量程范围内,选择较小的衰减比本底噪声也会减小,可以在一定程度上减小测量误差。

  操作案例

  不同量程下本底噪声的大小

示波器应用之如何通过示波器设置减小测量误差

示波器应用之如何通过示波器设置减小测量误差

  图三为示波器通道一未接任何探头,衰减比选择1X档,悬空的状态下,选择垂直量程为1V/div,测得本底噪声为800mV  Vpp。

  图四为示波器通道一未接任何探头,衰减比选择1000X档,悬空的状态下,选择垂直量程为10.0kV/div,测得本底噪声为400V  Vpp。

  造成以上结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的位数(如8位、12位)决定。若量程过大,信号的动态范围占用的ADC量化等级减少,导致幅值细节丢失。

  如图四:8位ADC将量程分为256级。单格量程为10kV,总量程为100kV,每级100kV/256≈390V,实际上为400V,本底噪声在1000X挡位下为800mV,占用1级,受噪声以及分辨率的影响,测量结果显示Vmax为0V或者400V;显示Vmin为0V或者-400V都是有可能的。

  受分辨率的限制,垂直量程越大,ADC所测量判读的电压越大,这会直接影响测量精度。

  结论:示波器的ADC(模数转换器)分辨率有限,使用大量程测小信号会量化误差,导致幅度测量不准确。

  总结

  衰减比选择不当或者垂直量程选择不当都可能会量化误差,导致误差偏高。适当的示波器设置可以减小测量误差。

点击进入Pintech品致-广州德肯电子股份有限公司展台查看更多 来源:教育装备采购网 作者:Pintech品致 责任编辑:张肖 我要投稿
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