数字示波器直流增益校准方法

数字示波器直流增益校准方法

摘要：针对GJB 7691—2012中直流增益校准方法，本文对方波信号法和直流电压法进行了试验与分析 。通过对比实验数据与不确定度理论分析，探讨了两种校准方法的差异 。依据JJF 1059.1-2012，分别对两种方法的测量结果进行了不确定度评定，为数字示波器的使用与计量工作提供了参考依据 。

1. 引言
数字示波器通过模拟数字转换器（ADC）将电信号转换为数字信号，广泛应用于电子调试、通信及科研等领域 。直流增益作为示波器垂直分度在直流或低频信号下的放大倍数，是电压测量中的核心参数 。

2. 直流增益校准方法
根据GJB 7691-2012《数字示波器》检定规程，直流增益校准主要有以下两种方式 ：

[] 方波信号法：由示波器校准仪输出1kHz方波信号 U，开启示波器20MHz带宽限制，将直流偏置设为0 。利用幅度测量功能读取示值 Uamp，计算公式为：GD = Uamp / U 。
[] 直流电压法：校准仪输出 UH 和 UL 两个高低直流电压信号 。读取示波器显示的直流电压幅度示值 UH、UL，计算公式为：GD = (UH - UL) / (UH0 - UL0) 。

3. 实验验证与对比分析
实验选用某数字示波器作为被校对象，得出以下结论 ：

[] 操作便捷性：方波信号法测量过程更快捷，速度明显优于直流电压法 。
[] 测量误差：方波信号法的相对误差普遍高于直流电压法 。方波信号在未共地时可能引入直流偏置误差，且校准仪输出方波的电压准确度通常低于直流电压信号 。
• 适用场景：直流电压法虽然手动测量较为繁琐，但其准确度更高 。
  

4. 不确定度评定汇总
以600mV信号为例，对两种方法的标准不确定度汇总评定如下：

方波信号法：

[] 示波器校准仪输出方波电压不准引入分量：0.36 mV 。
[] 数字示波器分辨力引入分量：0.45 mV 。
[] 合成标准不确定度：0.58 mV 。
[] 扩展不确定度：1.2 mV (k=2) 。

直流电压法：

[] 示波器校准仪输出直流电压不准引入分量：0.12 mV 。
[] 数字示波器分辨力引入分量：0.45 mV 。
[] 合成标准不确定度：0.5 mV 。
[] 扩展不确定度：1 mV (k=2) 。

5. 结语
综合对比可知，方波信号法更适用于快速校准，而直流电压法因其不确定度更小、准确度更高，更适用于编写数字示波器自动校准程序 。

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文章原名：数字示波器直流增益校准方法 文章作者：林宏、袁文、何茂恒（贵州航天计量测试技术研究所）