《電子技術(shù)應(yīng)用》
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儀器帶寬對(duì)測量結(jié)果的影響

2017-11-09
作者:ZLG致遠(yuǎn)電子
關(guān)鍵詞: 測量帶寬 PA310 衰減 幅度

工程師們?cè)谡{(diào)試的過程中,會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn),同一個(gè)信號(hào)用不同的設(shè)備測試,結(jié)果往往會(huì)有些差別。到底哪一個(gè)結(jié)果才是準(zhǔn)確的?我們要科學(xué)的選用設(shè)備進(jìn)行測試,不要被錯(cuò)誤的結(jié)果“蒙騙”了。

不同的測試設(shè)備都有典型的應(yīng)用場合和測量范圍,之所以會(huì)出現(xiàn)測量結(jié)果不一致的情況,往往和測試設(shè)備本身的參數(shù)特性有關(guān)系,其中很關(guān)鍵的一個(gè)指標(biāo)就是儀器的帶寬。帶寬不同的儀器,哪怕測試相同的信號(hào),測試結(jié)果往往也都不同。

首先我們來看看儀器測量帶寬是什么。儀器的測量帶寬簡單而言就是儀器能夠測試的頻率范圍,我們將信號(hào)幅值衰減到-3dB的頻率點(diǎn)稱為帶寬截止頻率點(diǎn),即在輸入某一頻率正弦波,測量到的幅度衰減為實(shí)際幅度的70.7%時(shí),該頻率點(diǎn)稱為帶寬,如下圖所示。

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不同測量儀器,其帶寬都不相同。原因有很多,有些是產(chǎn)品應(yīng)用和測試對(duì)象決定的,比如某些測試應(yīng)用,用不到很高的帶寬,或者信號(hào)頻率比較固定,測試也有對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),如我們常見的電能質(zhì)量分析儀,其主要針對(duì)電網(wǎng)信號(hào)做測量,而電網(wǎng)的信號(hào)頻率就是50Hz/60Hz,因此專用的電能質(zhì)量分析儀的帶寬往往也在這個(gè)范圍。又比如示波器,示波器的帶寬往往非常大,市場上常用的帶寬一般有200MHz、350MHz、500MHz,高頻應(yīng)用還會(huì)用到1GHz以上的帶寬。因?yàn)槭静ㄆ鞒S脕聿东@時(shí)間很快的信號(hào),并且要求能完整的還原波形形狀,所以帶寬必須很高才能實(shí)現(xiàn)功能。

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還有一些儀器是因?yàn)楫a(chǎn)品定位不同或者本身的技術(shù)瓶頸問題,帶寬也各有差異。如功率分析儀、功率計(jì)、電參數(shù)表等。功率分析儀作為高端測量儀器,一般為高精度高帶寬,帶寬可以到2MHz甚至5MHz;功率計(jì)更多用于產(chǎn)品的檢測和生產(chǎn)測試,所以帶寬會(huì)相對(duì)低一些,一般在100KHz~500KHz;而電參數(shù)表多數(shù)用于低端應(yīng)用產(chǎn)品,帶寬一般不超過50KHz。

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帶寬的不同對(duì)測試結(jié)果而言到底有什么樣的影響呢?下面我們看一個(gè)實(shí)際測試案例,在某LED測試現(xiàn)場,用兩臺(tái)帶寬不同的功率計(jì)測試LED驅(qū)動(dòng)的輸入(市電工頻50Hz)電參數(shù),包括電壓、電流、功率、功率因數(shù)等,測試結(jié)果如下圖所示:

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從圖中可以看到,兩臺(tái)設(shè)備測試的電壓、有功功率基本一致,但是功率因素確相差很大。而功率因數(shù)的計(jì)算跟無功功率有非常密切的關(guān)系,因此可以判斷兩臺(tái)設(shè)備測試的無功功率肯定有相差。兩臺(tái)設(shè)備的標(biāo)稱的基本精度都一樣,但帶寬卻相差很大。致遠(yuǎn)電子的PA310帶寬為300KHz,而另一臺(tái)設(shè)備的帶寬只有5KHz,LED驅(qū)動(dòng)模塊的工作原理為開關(guān)輸出,因此必然會(huì)有高頻的信號(hào)引入,帶寬低的設(shè)備測試不到高頻信號(hào),因此測試結(jié)果也就與帶寬高的設(shè)備相差甚遠(yuǎn)。

為了驗(yàn)證測試結(jié)果確實(shí)是帶寬引起的,我們對(duì)PA310進(jìn)行了線路濾波器的設(shè)置,打開了一個(gè)5.5KHz的線路濾波器,而后對(duì)比兩臺(tái)測試的功率因素,結(jié)果兩臺(tái)設(shè)備的功率因素確實(shí)一致,這也就證明了帶寬確實(shí)是影響測試結(jié)果的重要因素。

看到這里,有人會(huì)問,帶寬是否越高越好,其實(shí)帶寬也并不是越高越好,因?yàn)閹捲礁?,引入的高頻信號(hào)也就越多,很多高頻信號(hào)對(duì)測試結(jié)果會(huì)造成負(fù)面影響,這也不是我們所希望的。但是儀器的測試帶寬一定要能滿足被測設(shè)備的頻率范圍,否則測試不到真實(shí)信號(hào),掩耳盜鈴,最終也是錯(cuò)誤的結(jié)論。

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