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消除示波器实验误差(示波器仿真实验误差分析及消除方法)

来源:www.haichao.net  时间:2023-01-14 05:45   点击:189  编辑:admin   手机版

1. 示波器仿真实验误差分析及消除方法

(a)插好示波器的电源线,打开电源开关,电源指示灯亮,待出现扫描线后,调节亮度到适当的位置,调节聚焦控制,使扫描线最细。

(b)调节基线旋钮,使扫描线与水平刻度线平行。

(c)将微调/扩展控制开关旋钮顺时针旋到校准位置,为了避免测量误差,在测量前应将探极进行检查和校正。校正方法是:将探极接到示波器的校正方波输出端、调整探级上校正孔的补偿电容,直到屏幕上显示的方波为平顶。

(d)将伏/度选择开关、工作方式开关、扫描时间选择开关,根据被测信号的大小,需要和频率高低放在适当位置上。

(e)将输入耦合开关置于“GND”位置,确定零电平的位置。再置于“AC”位置,由探极输入被测信号,调节同步开关旋钮,使波形稳定,观察屏幕上信号波形在垂直方向显示的幅度,被测信号电压力V/DIV与显示度数的乘积;当使用10:1输入探极时,要将屏幕显示幅度值×10。

2. 示波器仿真实验系统误差分析

用示波器测量频率的误差产生的来源主要是

1、在示波器的时基电路(X轴扫描),如果X轴扫描的时基不准,当然就直接将它的误差转移到你的被测信号的频率误差中去。

2、X轴扫描电压的线性也会产生测量误差。X轴扫描电压是一个锯齿波电压,它在上升(扫描)时要求是一根斜的直线,虽然电路上对此做了不少措施,但是总会有一些误差的。

3、人为的误差,这具体表现在示波器的使用调整是否正确,由于面板的坐标格和示波管的图形有一段距离,容易有视觉读数误差。另外在测量是最好将波形拉开些,观察的周期数少些,这样将有利于减少读数误差,等等。

对于减少误差的方法,我们能做的也就是尽量减少人为误差,有条件可将示波器送计量部门对时基作一次检定、校正。

如果要精确的测量频率,建议使用数字频率计,它的测量要更加准确些,因为它的测量方法是在固定的时间里数波形的数量的。

3. 示波器实验误差计算

1.插好示波器的电源线,打开电源开关,电源指示灯亮,待出现扫描线后,调节亮度到适当的位置,调节聚焦控制,使扫描线最细。

  2.调节基线旋钮,使扫描线与水平刻度线平行。

  3.将微调/扩展控制开关旋钮顺时针旋到校准位置,为了避免测量误差,在测量前应将探极进行检查和校正。校正方法是:将探极接到示波器的校正方波输出端、调整探级上校正孔的补偿电容,直到屏幕上显示的方波为平顶。

  4.将伏/度选择开关、工作方式开关、扫描时间选择开关,根据被测信号的大小,需要和频率高低放在适当位置上。

  5.将输入耦合开关置于“GND”位置,确定零电平的位置。再置于“AC”位置,由探极输入被测信号,调节同步开关旋钮,使波形稳定,观察屏幕上信号波形在垂直方向显示的幅度,被测信号电压力V/DIV与显示度数的乘积;当使用10:1输入探极时,要将屏幕显示幅度值×10。

4. 示波器的原理和使用误差分析 实验报告

示波器原理主要利用模数转换进行模拟信号转速至信号的显示。

5. 示波器仿真实验实验误差分析

示波器测试频率有俩种方法:软件测量和硬件频率计,简单来说软件测量适用于受干扰的周期性波形,硬件测量适用于测试没有干扰的周期性波形。

软件测量时你的档位打的越大,测量数据越不准确,例如数字示波器时间轴最大精度1/600,

硬件测量则相对来说准确些,基本可以精确到1HZ以下。

6. 示波器的使用方法实验误差分析

(1) 在发射换能器与接收换能器之间有可能不是严格的驻波场。

(2) 调节超声波的谐振频率时出现误差。

(3)示波器上判断极大值的位置不准确也会引入人为的和仪器的误差。

(4)声波传播距离太近或太远。

声速-深度探头,包括一对距离固定的收、发换能器和一个压力计。电子收发装置产生电信号,激励探头内的发射换能器发出声波,声波传到接收换能器后,再由收发装置进行处理,测出声速。常用的声速测量方法有相位法与环鸣法两种。

相位法使用连续波,通过测量发射与接收声波之间的相位差,推算出发射与接收换能器之间海水的声速。环鸣隔声测量系统法使用短脉冲,接收换能器每收到一个脉冲,即触发发射换能器再发射一个脉冲,如此反复,根据脉冲重复频率推算出声速。

7. 示波器仿真实验误差分析及消除方法视频

垂直分辨率概念

用数字示波器测量模拟信号第一步就是用ADC(模数转换器)把探棒接收到的模拟信号转换成数字信号,ADC数模转换芯片的分辨率直接决定了示波器垂直方向上的采样精度。比如ADC是8位,那么垂直方向上的信号可以被切分成00000000~11111111一共2的8次方,256段。模数转换器的垂直分辨率,就是数字示波器的垂直分辨率,代表示波器将输入电压转换为数字值的精确程度。

数字示波器所显示的垂直分别率由什么决定

优先级从高到低

1.前端ADC的分辨率

2.显示屏分辨率:它决定了经过处理的信号,有多少可以被显示出来。比如ADC虽然可以在垂直方向上显示256段,但是可能显示屏的分辨率垂直只有240个像素点,那么有一部分点会被合并成1个像素显示。

3.插值算法:实际的示波器,上面显示的像素点不一定都是实际采样生成的,一部分是通过插值算法计算出来的虚拟的点,好的插值算法会使插值的点与实际的点差异比较小。

垂直精度

当我们用同一个示波器在不同垂直档位下测量同一信号时,得到的测量结果往往是不一样的。

比如我们测量一个2V的方波信号,在垂直档位为2V时,测出幅值可能为1.960V。

在垂直档位为500mV时,测出幅值为1.980V。

为什么会这样?因为它涉及到垂直分辨率的问题,假设当垂直档位为500mV/div时,示波器垂直方向有10格,则其垂直分辨率由ADC的分辨率决定,即为(500mV*10)/256=19.531mV,也就是ADC不能分辨小于19.531mV的电压信号。测量同一个信号,在垂直档位为2V/div的情况下,ADC能分辨的信号为(2000mV*10)/256=78.125mV,小于该电压值的信号是不能测量的,即数字测量仪器都是存在采集的量化误差的,ADC的位数越高,量化误差就会越小,但是它只能无限减小,并不能消除。

所以当我们在对波形进行测量时,尽量使波形占满示波器屏幕,目的就是为了提高垂直精度,使测量结果更准确。

通过改变算法来提高分辨率

数字示波器中ADC的位数越高,垂直分辨率越高,该分辨率由硬件决定,一旦确定无法改变。但示波器整个系统的有效位数形成的分辨率与前者不同,我们可以通过软件提高分辨率。

目前大部分的示波器对ADC采样后提高分辨率最常用的方法就是采用“平均”的做法。

在平均采样方式中,可先设置一个平均次数N,之后示波器会对采集的N段波形,将它们按照触发位置对齐,对N段波形进行平均运算,最终得到一段平均后的波形。

这种采样方式降低随机噪声的同时并没有损失带宽,示波器系统的分辨率就会提高,但是平均模式会经过较长的时间来响应变化的波形,以牺牲示波器的速度来换取较高的分辨率,而且由于其处理方式的特殊性,决定了它适用的波形信号只能是周期信号。

总结

示波器显示屏垂直方向上的分辨率本身就有限,另外测量高频信号时,幅度本身就不准确,在上限频率处甚至有30%的误差,而且垂直分辨率过高会提高模数转换时间,影响采样率,进而影响带宽,得不偿失。一般示波器的垂直分辨率是8位,高分辨率的示波器达12位,如果示波器模拟电路本身的精度没有提高,单纯追求ADC的分辨率是没有意义的。如果追求电压的准确度,应该使用万用表,示波器更主要的功能是观测波形的形状,测量准确度一般在2%以内,这种准确度应对绝大多数应用是完全游刃有余的。

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