示波器应用之如何通过示波器设置减小测量误差

测量误差是指测量结果与被测量的真实值之间的差异，测量误差越大，测量结果的可靠性越低。本文将探讨示波器设置不当时误差是如何产生的、其典型的表现，以及如何使用示波器设置减小测量误差。

示波器的测量误差

示波器测量误差可能由硬件限制、设置不当、环境干扰、人为操作等因素引起。以下是示波器误差产生的原因及其典型表现:

设置与操作误差

通过系统分析误差来源以及表现，可针对性优化测量方案，提升测量精度。

示波器基础设置优化

垂直系统（电压）：

选择合适量程：信号幅度占屏幕60%~80%（避免过小量化误差或过大截断）。

关闭“带宽限制”（除非需抑制高频噪声）。

水平系统（时基）：

时基档位应使信号周期显示1~2个完整周期（如1MHz信号用500ns/div）。

启用“高分辨率模式”（降低噪声，牺牲带宽）。

触发设置

触发模式选择：

边沿触发：适用于周期性信号（如方波、正弦波）。

脉宽触发：捕捉异常脉冲。

触发电平调整：

将触发电平设置在信号幅度的50%处（避免误触发）。

操作案例

不同衰减比下本底噪声的大小

图一为示波器通道一未接任何探头，衰减比选择1X档，悬空的状态下，选择垂直量程为1.00mV/div，测得本底噪声为0.72mV Vpp。

图二为示波器通道一未接任何探头，衰减比选择1000X档，悬空的状态下，选择垂直量程为1.00V/div，测得本底噪声为800mV Vpp。

造成这种本底噪声放大的原因是衰减器噪声叠加效应：示波器的本底噪声主要由衰减器和前置放大器产生，1000:1衰减比下信号被大幅衰减后，示波器 需要通过增益补偿恢复信号幅度，此过程会将衰减器的本底噪声同步放大，

同样的情况下，选择不同的探头衰减比就会使得本底噪声有很大的变化，本底噪声影响系统测量的结果，这是设置所带来的不可避免的系统测量误差。

知道这个对我们的测量有什么帮助呢？假设我手上有一个衰减比为100：1、1000：1的探头，我不知道被测信号的一个电平范围，那么可以优先选用衰减比高的挡位（1000：1）进行测量，测量结果显示被测信号在衰减比100：1在量程范围内，那么就选择100：1的衰减比，以此来减小本底噪声，使得测量结果更准确。

结论：在量程范围内，选择较小的衰减比本底噪声也会减小，可以在一定程度上减小测量误差。

操作案例

不同量程下本底噪声的大小

图三为示波器通道一未接任何探头，衰减比选择1X档，悬空的状态下，选择垂直量程为1V/div，测得本底噪声为800mV Vpp。

图四为示波器通道一未接任何探头，衰减比选择1000X档，悬空的状态下，选择垂直量程为10.0kV/div，测得本底噪声为400V Vpp。

造成以上结果的主要原因是垂直分辨率限制：示波器的垂直分辨率由ADC的位数（如8位、12位）决定。若量程过大，信号的动态范围占用的ADC量化等级减少，导致幅值细节丢失。

如图四：8位ADC将量程分为256级。单格量程为10kV，总量程为100kV，每级100kV/256≈390V，实际上为400V，本底噪声在1000X挡位下为800mV，占用1级，受噪声以及分辨率的影响，测量结果显示Vmax为0V或者400V；显示Vmin为0V或者-400V都是有可能的。

受分辨率的限制，垂直量程越大，ADC所测量判读的电压越大，这会直接影响测量精度。

结论：示波器的ADC（模数转换器）分辨率有限，使用大量程测小信号会量化误差，导致幅度测量不准确。

总结

衰减比选择不当或者垂直量程选择不当都可能会量化误差，导致误差偏高。适当的示波器设置可以减小测量误差。