功率分析儀帶寬和采樣率
帶寬是指在允許的衰減范圍內(nèi)模擬輸入前端允許通過(guò)的最大頻率信號(hào)的范圍，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，輸入信號(hào)通過(guò)模擬前端幅值具有最小的衰減──從接線端子或測(cè)試設(shè)備到達(dá) ADC 的輸入端。帶寬定義為正弦信號(hào)衰減為原振幅的0.707時(shí)的頻率，也被稱作-3dB頻率。下圖為 100 MHz 帶寬的高速數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的典型輸入頻率響應(yīng)曲線。
數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的帶寬最好比被測(cè)量的信號(hào)中的最高頻率值高 3 ~ 5 倍，以保證信號(hào)采樣時(shí)具有最小的幅值誤差（所需帶寬= (3 ~ 5)×被測(cè)信號(hào)頻率）。被測(cè)信號(hào)頻率的理論振幅誤差可以從數(shù)據(jù)采集板卡的帶寬與輸入信帶寬之間的比例(R)計(jì)算得知。
例如，在使用 200KHz 高速數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品測(cè)量 20KHz 正弦信號(hào)時(shí)（其頻率比例 R=10），誤差大約為 0.01%。
采樣率是測(cè)量一個(gè)或一組輸入信號(hào)的速率。
采樣率與模擬輸入端的帶寬參數(shù)并不直接相關(guān)。采樣率是指信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬輸入路徑之后，ADC將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為代表電壓幅值的數(shù)字編碼的速率，將模擬信號(hào)數(shù)字離散化的速度。這表示ADC是在模擬輸入通道對(duì)信號(hào)進(jìn)行了衰減/放大、以及／或者濾波處理之后，才對(duì)信號(hào)進(jìn)行取樣，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。
功率分析儀的基本功能是一臺(tái)多通道的高精度功率計(jì)，可以精確測(cè)量多相高電壓和高電流，計(jì)算有功功率P、無(wú)功功率Q、視在功率S、功率因數(shù)、相位、能量累計(jì)等參數(shù)，通常用來(lái)測(cè)試發(fā)電機(jī)、電機(jī)、變頻器、逆變器、變壓器等功率轉(zhuǎn)換裝置的效率和功耗。功率分析儀是一種多功能儀器，除了對(duì)功率進(jìn)行精確測(cè)量以外，還集合了數(shù)字示波器、諧波閃變儀，多種儀器功能。
帶寬和采樣率是功率分析儀比較重要的兩個(gè)參數(shù)。功率分析儀帶寬和采樣率的選擇與其應(yīng)用范圍、測(cè)量對(duì)象是相關(guān)的。
功率分析儀帶寬和采樣率選擇一方面與輸入信號(hào)的頻率相關(guān)，另一方面與所需要測(cè)量輸入信號(hào)的諧波次數(shù)相關(guān)。
對(duì)于電網(wǎng)信號(hào)的測(cè)量，電網(wǎng)信號(hào)頻率大約為50Hz，屬于低頻信號(hào)。如果需要測(cè)量100次諧波，即5KHz信號(hào)，則采樣率和帶寬至少要高于10KHz。
對(duì)于基波為400Hz的變頻器測(cè)量，信號(hào)頻率為400Hz，如果需要測(cè)量50次諧波，即20KHz，則采樣率和帶寬至少要高于40KHz。
功率分析儀對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的采樣結(jié)果按照計(jì)算公式進(jìn)行運(yùn)算，得到電流、電壓以及功率等參數(shù)，如上圖所示。
功率分析儀的對(duì)輸入信號(hào)的測(cè)量是一個(gè)穩(wěn)態(tài)的過(guò)程：測(cè)量時(shí)必須分區(qū)間對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出計(jì)算結(jié)果。因此對(duì)于功率分析儀，在理論上，只要是有足夠的計(jì)算區(qū)間，可以獲取其帶寬之內(nèi)任意頻率的輸入信號(hào)的有效值等參數(shù)。
但是如果能夠更好的顯示輸入信號(hào)波形的細(xì)節(jié)，則采樣率越高會(huì)越好。在一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的5～10倍。
當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率低于采樣率一半時(shí)，理論上功率分析儀可以有效還原被測(cè)信號(hào)的全部信息，獲取其各種參數(shù)，但是當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率高于采樣率一半時(shí)，此時(shí)由于混疊的存在，導(dǎo)致功率分析儀無(wú)法還原被測(cè)信號(hào)的全部信息，無(wú)法測(cè)量諧波等參數(shù)，但是功率測(cè)量本身是一種穩(wěn)態(tài)測(cè)量，所以功率分析儀依然可以準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)信號(hào)的有效值和功率等穩(wěn)態(tài)參數(shù)。
帶寬、采樣率是功率分析儀的基本參數(shù)，與功率分析儀的功能和參數(shù)直接相關(guān)的，但是帶寬、采樣率并不能夠決定性能的好壞，只有是會(huì)影響其應(yīng)用的范圍。實(shí)際使用并不是帶寬越寬越好，而是選擇合適的，帶寬過(guò)大，相對(duì)噪聲就大，測(cè)量精度就會(huì)降低。功率測(cè)量精度降低，諧波測(cè)量精度也會(huì)降低，同時(shí)由于混疊的存在，所以THD測(cè)量會(huì)可能偏大。相同帶寬情況下，如果儀器的本體噪聲相同，則采樣率越高，對(duì)被測(cè)的模擬信號(hào)離散化的信息就越多，越接近被測(cè)的模擬信號(hào)，從而保證測(cè)量精度也越高。
功率分析儀的采樣率在不同測(cè)量模式下會(huì)有區(qū)別：一是在基本測(cè)量模式下采用固定的采樣頻率，二是在諧波測(cè)量模式下，采用鎖相倍頻方式，采樣率與輸入信號(hào)頻率相關(guān)。
PA6000功率分析儀諧波測(cè)試時(shí)，采樣率和時(shí)間窗口如下：
