示波器基礎(chǔ)系列之九 —— 關(guān)于高壓測試中電壓“測不準”問

高壓“測不準”的原因其實很簡單，還是我常強調(diào)的四個因素：第一是示波器的量化誤差問題，第二是示波器的幅頻特性曲線的平坦度問題;第三是環(huán)境噪聲的干擾問題，第四是探頭的共模抑制比和快恢復(fù)特性問題。

1,量化誤差的概念

(在之前的多篇文章中我們都談到了量化誤差對示波器測量的影響。為保持單獨這篇文章的完整性，我們還是重復(fù)一下這相關(guān)的解釋。)

我們都知道，示波器的A/D只有8位，也就是說對于任何一個電壓值都只有256個0和1來重組，如果包括+/-符號位,示波器的數(shù)字量程是-128—+127。圖一很清楚地顯示了這種數(shù)字化采樣的原理，示波器的屏幕最頂部代表的是+127,中間代表的是0，最底部代表的是-128。這種原理就產(chǎn)生了使用示波器的第一原則：最小化量化誤差。這個原則告訴了我們使用示波器的一個常識，為獲得最接近于真實值的電壓值，應(yīng)使垂直分辨率盡可能地小，使顯示的波形盡量占滿示波器的屏幕。

圖二分別表示在1V/div和200mv/div的時候測試相同的信號的效果。在1V/div的時候，示波器的最小量化誤差是（1V*8）/256=31.25mv,這意味著小于31.25mV的信號是無法準確測量出來的。而對于高壓測量，假設(shè)量程是100V/div,示波器的量化誤差是800V/256=3.125V，這意味著小于3.125V的信號是無法準確測量出來的。

圖一 量化誤差原理的解釋

我常舉下面的更令人印象深刻的例子來說明量化誤差：將探頭的地和信號針直接相連懸在空中，比較量程為20mV/div和100V/div時的pk-pk值，其差異是多大？幾十伏的差異！！您現(xiàn)在就可以做這個實驗。這表示在100V/div時測試出來的20V的信號，實際上只有不到20mV！ 所以對于測量800V的高壓, 20V的誤差是非常非常正常的！ 50V也是非常正常的！

圖二 在不同量程下的測試效果

2，幅頻特性曲線平坦度問題

就示波器的行業(yè)標準而言,示波器幅頻曲線距離理想響應(yīng)的偏差允許達到+/-2dB，這對有些精確度要求很高的測量似乎是很不能接受的誤差范圍。因此,示波器并沒有在測量界定義為計量的工具,它只能說是調(diào)試的工具或測試的工具。

此外，不同型號的示波器，不同品牌的示波器，其前端放大器的響應(yīng)曲線也是有差別的，有的是高斯響應(yīng)，有的是矩形響應(yīng)，有的是四階貝塞爾響應(yīng)。對于輸入相同頻率的信號，不同示波器的垂直參數(shù)的測量結(jié)果肯定是不一致的，不同垂直通道設(shè)置下的測量結(jié)果也應(yīng)是不一致的。