隨著碳化硅、氮化鎵等高開關(guān)頻率器件的逐漸引入,工程師在調(diào)試過程中的測試需求越來越高,此時的高頻信號經(jīng)常會導(dǎo)致使用不同的儀器測試結(jié)果都不一樣情況,到底是哪里出了問題呢?
不同的測量儀器都有其測試應(yīng)用的場合和測量范圍,其中很關(guān)鍵的一個指標(biāo)就是儀器的帶寬。帶寬不同的儀器,哪怕測試相同的信號,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際幅度的70.7%時,該頻率點(diǎn)稱為帶寬,如下圖所示。
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,或者信號頻率比較固定,測試也有對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),如我們常見的電能質(zhì)量分析儀,其主要針對電網(wǎng)信號做測量,而電網(wǎng)的信號頻率就是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)用還會用到GHz以上的帶寬。因為示波器常用來捕獲時間很快的信號,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現(xiàn)功能。
還有一些儀器是因為產(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、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;功率計更多用于產(chǎn)品的檢測和生產(chǎn)測試,所以帶寬會相對低一些,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。
帶寬的不同對測試結(jié)果而言到底有什么樣的影響呢?下面我們看一個實際測試案例,在某LED測試現(xiàn)場,用兩臺帶寬不同的功率計測試LED驅(qū)動的輸入(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:
從圖中可以看到,兩臺設(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)的計算跟無功功率有非常密切的關(guān)系,因此可以判斷兩臺設(shè)備測試的無功功率肯定有相差。兩臺設(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,而另一臺設(shè)備的帶寬只有5KHz,LED驅(qū)動模塊的工作原理為開關(guān)輸出,因此必然會有高頻的信號引入,帶寬低的設(shè)備測試不到高頻信號,因此測試結(jié)果也就與帶寬高的設(shè)備相差甚遠(yuǎn)。
為了驗證測試結(jié)果確實是帶寬引起的,我們對PA310進(jìn)行了線路濾波器的設(shè)置,打開了一個5.5KHz的線路濾波器,而后對比兩臺測試的功率因素,結(jié)果兩臺設(shè)備的功率因素確實一致,這也就證明了帶寬確實是影響測試結(jié)果的重要因素。
看到這里,有人會問,帶寬是否越高越好?其實帶寬也并不是越高越好,因為帶寬越高,引入的高頻信號也就越多,很多高頻信號對測試結(jié)果會造成負(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,否則測試不到真實信號。
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原文標(biāo)題:儀器帶寬對測量結(jié)果究竟有什么影響?
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