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(shuō)對于任何一個(gè)電壓值都只有256個(gè)0和1來(lái)重組，如果包括+/-符號位,示波器的數字量程是-128—+127。圖一很清楚地顯示了這種數字化采樣的原理，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，為獲得最接近于真實(shí)值的電壓值，應使垂直分辨率盡可能地小，使顯示的波形盡量占滿(mǎn)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(shí)候測試相同的信號的效果。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(zhù)小于31.25mV的信號是無(wú)法準確測量出來(lái)的。而對于高壓測量，假設量程是100V/div,示波器的量化誤差是800V/256=3.125V，這意味著(zhù)小于3.125V的信號是無(wú)法準確測量出來(lái)的。



圖二
圖三
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??！您現在就可以做這個(gè)實(shí)驗。這表示在100V/div時(shí)測試出來(lái)的20V的信號，可能實(shí)際上只有20mV！

測量輸出電壓很小的電源紋波時(shí)需要用1:1的探頭，將示波器的量程設置為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(xiàn)平坦度問(wèn)題
　就示波器的行業(yè)標準而言,示波器幅頻曲線(xiàn)距離理想響應的偏差允許達到+/-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(méi)有在測量界定義為計量的工具,它只能說(shuō)是調試的工具.
　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曲線(xiàn)也是有差別的，有的是高斯響應，有的是矩形響應，有的是四階貝塞爾響應。對于同一個(gè)輸入頻率，不同示波器的垂直參數的測量結果肯定是不一致的。在相同頻率，不同垂直通道設置下的測量結果也應是不一致的。
我從我們的維修校準中心了解到，示波器在校準時(shí)，我們一般會(huì )把平坦度校準到+/-1.5%以?xún)?，這是比較嚴格的標準。這意味著(zhù)，對于理想中的1V的信號，測試的結果偏差15mv是很正常的。
　　　

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