儀器帶寬對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

工程師們?cè)谡{(diào)試的過(guò)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(cè)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(cè)試，不要被錯(cuò)誤的結(jié)果“蒙騙”了。

不同的測(cè)試設(shè)備都有典型的應(yīng)用場(chǎng)合和測(cè)量范圍，之所以會(huì)出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果不一致的情況，往往和測(cè)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(cè)試相同的信號(hào)，測(cè)試結(jié)果往往也都不同。

首先我們來(lái)看看儀器測(cè)量帶寬是什么。儀器的測(cè)量帶寬簡(jiǎn)單而言就是儀器能夠測(cè)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(cè)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。

不同測(cè)量?jī)x器，其帶寬都不相同。原因有很多，有些是產(chǎn)品應(yīng)用和測(cè)試對(duì)象決定的，比如某些測(cè)試應(yīng)用，用不到很高的帶寬，或者信號(hào)頻率比較固定，測(cè)試也有對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如我們常見(jiàn)的電能質(zhì)量分析儀，其主要針對(duì)電網(wǎng)信號(hào)做測(cè)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(chǎng)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?lái)捕獲時(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。

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(wèn)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(cè)量?jī)x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(cè)和生產(chǎn)測(cè)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(guò)50KHz。

帶寬的不同對(duì)測(cè)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(cè)試案例，在某LED測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，用兩臺(tái)帶寬不同的功率計(jì)測(cè)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(cè)試結(jié)果如下圖所示：

從圖中可以看到，兩臺(tái)設(shè)備測(cè)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(wú)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(cè)試的無(wú)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(kāi)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(cè)試不到高頻信號(hào)，因此測(cè)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(cè)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(kāi)了一個(gè)5.5KHz的線路濾波器，而后對(duì)比兩臺(tái)測(cè)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(cè)試結(jié)果的重要因素。

看到這里，有人會(huì)問(wèn)，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(cè)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(cè)試帶寬一定要能滿足被測(cè)設(shè)備的頻率范圍，否則測(cè)試不到真實(shí)信號(hào)，掩耳盜鈴，最終也是錯(cuò)誤的結(jié)論。