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2021年08月24日 | 如何提高示波器测量小信号精度

2021-08-24 来源:eefocus

数字示波器工作原理如图所示,模拟信号通过输入通道进入示波器即会通过一个放大器,我们称之为垂直增益放大器。该放大器是处于ADC之前,对模拟信号进行放大(若信号过大,则通过衰减器进行衰减)。经过放大或衰减的信号再通过ADC才转化成数字信号,然后通过处理最终显示在示波器屏幕上面。

图1 数字示波器基本结构


垂直灵敏度

众所周知,进行波形测量时需要调整垂直旋钮,使波形尽量占满示波器整个显示栅格。这样做的目的是使测量当中的量化噪声尽量小。因此,在进行小信号测量时,比如毫伏级的信号,我们需要将垂直灵敏度设置到最小才能尽可能的降低量化误差的影响。由于各个示波器厂家的垂直增益放大器各不相同,因此体现出来的放大性能也不一样,垂直灵敏度所能达到的最小值也不一样。


触发

我们还需要对信号进行测量肯定需要一个稳定的触发,尤其是对于小信号。因为在信噪比小的时候噪声或干扰较大,往往不能形成稳定的触发,这就需要一个稳定的能抗噪声干扰的触发系统。值得注意的是我们ZDS2024使用的是数字触发器使用全数字处理技术,不存在物理通路,不受外在因素(器件特性、环境温度等)影响,因此触发抖动非常小,波形显示稳定性高。并且触发灵敏度调节方便,可适应于各种场合,非常有用。我们对比了几家同行的示波器,可以通过触发点的抖动情况看出。

图2 某其他品牌3000系列示波器的触发点稳定情况

图3 某其他品牌4000系列示波器的触发点稳定情况

图4 ZDS2022示波器的触发点稳定情况

底噪

测量精度是受多方面影响的,比如本底噪声就是其中很重要的一个因素,特别是对于小信号测量。举个例子:如果示波器本底噪声过大,淹没了小信号,那此时即使用再好的测量手段,量化误差再小也是测量不到信号的,因为在输入ADC之前的模拟前端,信号就已经“消失”在本底噪声之中了。本底噪声主要受示波器模拟前端设计影响。优秀的模拟前端设计可以将示波器本底噪声降至最低,这样就可以在测量小幅值信号的时候,给测量带来最小的影响。

图5 某其他品牌示波器的底噪Pk-Pk值为1.66mV

图6 ZDS2022的底噪Pk-Pk值为580uV,在小信号测试时候非常有优势

所以,对于信号的测量精度,需要综合各方面的因素来看。

我们利用Keysight 33600A信号源发生一个10KHz,5mV峰峰值的正弦波,对比一下我们ZDS2022示波器和同行示波器的测试效果。

图7 ZDS2022的测试值为5.28Mv,和信号源偏差0.28mV

图8 某品牌3000系列示波器测试值为5.65mV,和信号源偏差0.65mV


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对于恒温箱控制器电路,网友可能会有多种问题,以下是一些常见问题及其详细回答:

一、恒温箱控制器电路的基本原理是什么?

回答
恒温箱控制器电路的基本原理是通过温度传感器(如热敏电阻、热电偶等)实时检测恒温箱内的温度,并将检测到的温度信号转换为电信号(如电压或电流信号)。这个电信号随后被送入控制器中进行处理,与预设的温度值进行比较。如果检测到的温度高于或低于预设值,控制器会发出指令,通过调节加热元件(如电热丝、加热管等)或制冷元件(如压缩机、半导体制冷片等)的工作状态,使恒温箱内的温度回到预设值,从而实现恒温控制。

二、恒温箱控制器电路常见的故障有哪些?

回答
恒温箱控制器电路常见的故障包括但不限于以下几种:

  1. 温度显示异常
    • 可能原因:温度传感器损坏、控制器内部电路故障、显示屏故障等。
    • 解决方法:检查并更换损坏的温度传感器、修复或更换控制器内部故障电路、更换显示屏等。
  2. 温度控制不准确
    • 可能原因:控制器参数设置错误、温度传感器位置不当、加热/制冷元件故障等。
    • 解决方法:重新校准控制器参数、调整温度传感器位置、检查并修复加热/制冷元件等。
  3. 控制器无法启动
    • 可能原因:电源故障、控制器内部保险丝熔断、电路板短路等。
    • 解决方法:检查电源是否正常、更换熔断的保险丝、修复电路板短路等。

三、如何检查恒温箱控制器电路是否正常工作?

回答
检查恒温箱控制器电路是否正常工作,可以按照以下步骤进行:

  1. 检查电源
    • 确认电源插头是否牢固插入插座,电源线是否完好无损。
    • 使用万用表测量电源电压,确保在控制器要求的范围内。
  2. 检查温度传感器
    • 使用万用表测量温度传感器的电阻值或电压值,与标准值进行比较,判断传感器是否正常。
    • 检查传感器与控制器之间的连接是否牢固可靠。
  3. 检查控制器显示
    • 观察控制器显示屏上的温度读数是否准确,有无异常显示。
  4. 检查加热/制冷元件
    • 检查加热/制冷元件是否正常工作,可以通过观察其工作状态或使用万用表测量其电流/电压值来判断。
  5. 进行功能测试
    • 设置一个预设温度值,观察恒温箱是否能准确达到并保持在预设温度。
    • 如果条件允许,可以使用更精确的温度测量设备(如高精度温度计)对恒温箱内的温度进行校验。

四、如何维护和保养恒温箱控制器电路?

回答
为了保持恒温箱控制器电路的长期稳定工作,可以进行以下维护和保养工作:

  1. 定期清洁
    • 定期清洁恒温箱内部和外部的灰尘和污垢,防止对控制器电路造成不良影响。
    • 清洁时应断开电源,并使用合适的清洁工具和清洁剂。
  2. 检查连接
    • 定期检查温度传感器、加热/制冷元件与控制器之间的连接是否牢固可靠,如有松动应及时紧固。
  3. 校准参数
    • 定期对控制器进行校准,确保温度读数准确可靠。
    • 校准时应按照控制器的使用说明书或生产厂家的建议进行操作。
  4. 更换老化部件
    • 对于已经老化或损坏的部件(如温度传感器、加热/制冷元件等),应及时进行更换。
  5. 注意使用环境
    • 恒温箱应放置在通风良好、干燥清洁的环境中,避免阳光直射和潮湿环境对控制器电路造成损害。
  6. 定期维护
    • 定期对恒温箱进行全面检查和维护,包括控制器电路、加热/制冷系统、进出料装置等部分。
    • 维护时应按照设备的操作手册和生产厂家提供的维护保养指导进行。
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