示波器基礎(chǔ)系列之九 —— 關(guān)于高壓測(cè)試中電壓“測(cè)不準(zhǔn)”問(wèn)

高壓“測(cè)不準(zhǔn)”的原因其實(shí)很簡(jiǎn)單，還是我常強(qiáng)調(diào)的四個(gè)因素：第一是示波器的量化誤差問(wèn)題，第二是示波器的幅頻特性曲線的平坦度問(wèn)題;第三是環(huán)境噪聲的干擾問(wèn)題，第四是探頭的共模抑制比和快恢復(fù)特性問(wèn)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(duì)示波器測(cè)量的影響。為保持單獨(dú)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(shuō)對(duì)于任何一個(gè)電壓值都只有256個(gè)0和1來(lái)重組，如果包括+/-符號(hào)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(gè)原則告訴了我們使用示波器的一個(gè)常識(shí)，為獲得最接近于真實(shí)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(shí)候測(cè)試相同的信號(hào)的效果。在1V/div的時(shí)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(hào)是無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)的。而對(duì)于高壓測(cè)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(hào)是無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)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(lái)說(shuō)明量化誤差：將探頭的地和信號(hào)針直接相連懸在空中，比較量程為20mV/div和100V/div時(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)。這表示在100V/div時(shí)測(cè)試出來(lái)的20V的信號(hào)，實(shí)際上只有不到20mV！ 所以對(duì)于測(cè)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(cè)試效果

2，幅頻特性曲線平坦度問(wèn)題

就示波器的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)而言,示波器幅頻曲線距離理想響應(yīng)的偏差允許達(dá)到+/-2dB，這對(duì)有些精確度要求很高的測(cè)量似乎是很不能接受的誤差范圍。因此,示波器并沒(méi)有在測(cè)量界定義為計(jì)量的工具,它只能說(shuō)是調(diào)試的工具或測(cè)試的工具。

此外，不同型號(hào)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(duì)于輸入相同頻率的信號(hào)，不同示波器的垂直參數(shù)的測(cè)量結(jié)果肯定是不一致的，不同垂直通道設(shè)置下的測(cè)量結(jié)果也應(yīng)是不一致的。