示波器不是垂直量的計量工具

1，量化誤差的概念
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。


圖一

圖二和圖三分別表示在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(zhǔn)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(zhǔn)確測量出來的。



圖二
圖三
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，可能實際上只有20mV！

測量輸出電壓很小的電源紋波時需要用1:1的探頭，將示波器的量程設(shè)置為2mv/div。下面是測試10mV左右的電源紋波的例子．
　　　

２，幅頻特性曲線平坦度問題
　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.
　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)。對于同一個輸入頻率，不同示波器的垂直參數(shù)的測量結(jié)果肯定是不一致的。在相同頻率，不同垂直通道設(shè)置下的測量結(jié)果也應(yīng)是不一致的。
我從我們的維修校準(zhǔn)中心了解到，示波器在校準(zhǔn)時，我們一般會把平坦度校準(zhǔn)到+/-1.5%以內(nèi)，這是比較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。這意味著，對于理想中的1V的信號，測試的結(jié)果偏差15mv是很正常的。
　　　

　　
　　　上圖顯示的是6GHz的幅頻特性曲線?！?wbr />可以看出其最大偏差小于+/-2dB.示波器使用一段時間后平坦度會有些改變需要送校準(zhǔn)機構(gòu)進行校準(zhǔn)。但通常很多第三方機構(gòu)并不能將平坦度校準(zhǔn)到廠家能校準(zhǔn)到的水平。因此，現(xiàn)在常有些客戶要求示波器原廠提供校準(zhǔn)服務(wù)。