原创 示波器的使用误差分析

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点（这是传统的模拟示波器的工作原理）。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

　　示波器显示的曲线数据，一般包括频率、幅值、相位关系，分析时可以分别展开讨论。讨论又可以从以下几方面来考虑：首先是实验方法上，是不是存在缺陷，使得结果必然存在一个误差，比如设计电路不够合理，使输出幅值不够，或者相位超前或滞后；另外从实验过程看，由于读取数据、记录数据等，可能造成的人为的或偶然误差；还有就是示波器的本身可能存在一些跟踪信号能力不够精确，导致存在系统误差等。

　　系统误差可以通过改进实验设备、完善实验方法来减小，但是几乎不可能消除；偶然误差可以通过多次重复实验求均值的方法来减小，但是也不可能完全消除。事实上，只要是在误差允许的范围内，数据就是有效的，实验就是可靠的。

　　系统误差

　　首先示波器本身就有比较大的数据误差，因为示波器是用来看波形的，只可以用于定性测试，数据定量测试误差比较大。

　　信号完整性与示波器及其输入有关。大多数DSO的增益不准确度是1%至5%，这是对直流来说的。对于高频的绝对增益很少有所规定，但是示波器的整个高斯型滚降特性保证瞬态响应是良好的。DSO显示的相对增益准确度受前置放大器、衰减器和模傲转换器（ADC）的影响，除非采用模拟示波器的静电偏转或阴极射线示波管，准确度不受显示系统的影响。模拟示波器由于偏转放大器和阴极射线示波管有误差引入，总的增益误差达到2%至3%。

　　主要有以下几种：

　　1、机器系统存在系统误差；

　　2、采样率，采样率不够，无法正确还原波形；

　　3、示波器图像有厚度，使结果有误差；

　　4、示波器带宽，带宽不够，高频信号进不来，自然会产生很大误差；

　　5、示波器记录长度，记录长度不够无法显示完整信号；

　　6、探头精度；

　　7、示波器垂直精度，也就是垂直位数不够，幅值测量精度也就会有误差；

　　8、示波器通道阻抗，如果阻抗不匹配，幅值测量会有很大误差；

　　9、两台信号发生器不协调。

　　人为（偶然）误差

　　测试波形时，最常见造成示波器测试波形不对是因为仪器没有接地造成的。除此之外还有以下几种因素：

　　1、观察时未使振幅达到最大就进行读数；

　　2、桌面振动造成的影响；

　　3、示波器上显示的荧光线较粗，取电压值时的荧光线间宽度不准，使电压值不准；

　　4、取正弦周期时肉眼调节两荧光线间宽度不准，导致周期不准；

　　5、fy选取时上下跳动，可能取值不准；

　　6、示波器触发设置不正确同样会产生误差；

　　7、示波器中探头的衰减倍数设置如果不正确，同样也会产生误差；

　　8、探头接地位置不正确或者地线过长都会引起测量值的误差。

　　人为误差可以通过改进方式方法来消除，偶然误差则可以通过多次重复试验的数据分析来减少。

　　经过以上误差分析，我们可以通过选择精度高、采集率高、带宽足够的示波器和设置合适的接地方式以及正确的读数方法来减少误差，提高实验的精准度。