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如何選擇帶寬和采樣率合適的功率分析儀?

功率分析儀的精度
精度的定義

在國際上電測儀器一般用最大允許絕對誤差表達(dá)式表示精度指標(biāo):

例如:

其中:

A為比例項(xiàng)誤差:a%×讀數(shù)或a%×輸出,a%為讀數(shù)精度,也稱作儀器的基本精度;

B為固定項(xiàng)誤差:有時(shí)稱Floor (基底誤差),一般表示為: b%×量程, b%×滿度。

國內(nèi)規(guī)定: 數(shù)字表的最大允許相對誤差

可以看出數(shù)字表的滿量程時(shí)相對誤差最小,性能最好。

PA7000功率分析儀精度指標(biāo)定義

PA7000功率分析儀精度指標(biāo)是根據(jù)國際通用的精度指標(biāo)定義給出,精度指標(biāo)定義為:±(%讀數(shù)誤差 + %量程誤差),如下圖所示。

圖1 PA7000功率分析儀的精度

從上圖可以知道,PA7000功率分析儀的精度并不是一個(gè)固定值,而是與輸入信號的頻率范圍相關(guān),隨著輸入信號頻率的增加,PA7000功率分析儀 的精度會降低。

由于標(biāo)準(zhǔn)源一般只能夠在工頻信號(50Hz/60Hz)輸出時(shí)具備最好的穩(wěn)定性,因此對于功率分析儀交流信號精度是在工頻范圍內(nèi)具有最好的指標(biāo)。如上圖所示。

在45Hz~66Hz時(shí),PA7000具有最好的精度指標(biāo),PA7000的讀數(shù)精度為0.01%,量程精度為0.03%。

對于PA7000功率分析儀電流、電壓和功率的精度,由于與PA7000功率分析儀接入的信號頻率范圍和量程范圍相關(guān),涉及到的精度描述參數(shù)眾多,因此,在說明PA7000的精度時(shí),我們一般是以工頻范圍內(nèi)的讀數(shù)精度(0.01%)來表示,PA7000的電流、電壓基本精度為0.01%。

功率分析儀的帶寬
帶寬的定義

帶寬是指在允許的衰減范圍內(nèi)模擬輸入前端允許通過的最大頻率信號的范圍,在這個(gè)頻率范圍內(nèi),輸入信號通過模擬前端幅值具有最小的衰減──從接線端子到達(dá) ADC 的輸入端。

帶寬定義為正弦信號衰減為原振幅的0.707時(shí)的頻率,也被稱作-3dB頻率。下圖為 1 MHz 帶寬的典型輸入頻率響應(yīng)曲線。

圖2 1MHz 帶寬的典型輸入頻率響應(yīng)曲線
PA7000功率分析儀的帶寬測量

從帶寬的定義可知,PA7000的帶寬是指測量儀器從接線端子到ADC之間的模擬前端的信號帶寬,如下圖所示的藍(lán)色方框內(nèi)部電路決定了PA7000功率分析儀的帶寬。

圖3 PA7000功率分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)

PA7000功率分析儀的帶寬決定了在允許的衰減范圍內(nèi),輸入最高頻率的正弦信號范圍。PA7000功率分析儀的帶寬指標(biāo)為DC,0.1Hz~1MHz。

帶寬是由PA內(nèi)部的模擬調(diào)理電路決定的,因此帶寬指標(biāo)的測量和檢定一般是由制造商完成和保證的。測量和檢定過程如下圖所示:

圖4 PA7000帶寬的測量和檢定
帶寬不能夠直接檢定

對于電測儀器的檢定,主要是評估電測儀器的測量性能:精確度指標(biāo),是針對電測儀器本身的測量性能。在功率分析儀檢定規(guī)程的檢定指標(biāo)中并沒有帶寬這一項(xiàng)。

帶寬是電測儀器內(nèi)部模擬調(diào)理電路的一個(gè)參數(shù),這個(gè)參數(shù)決定了電測儀器所能夠允許測量的最大頻率范圍。帶寬是無法進(jìn)行直接檢定的指標(biāo),但是由于帶寬的限制,輸入信號如果頻率過高會被衰減,會影響到測量的精度,因此實(shí)際上帶寬的指標(biāo)可以由精度指標(biāo)間接反映出來,所以檢定指標(biāo)只需要檢定精度即可。

PA7000的1M帶寬檢定數(shù)據(jù)(產(chǎn)品序列號:1058)

PA7000的1M帶寬檢定:

以下為PA7000的高頻檢定數(shù)據(jù),在1MHz的信號輸入時(shí),測量值均在測量下限之上,滿足帶寬的要求。

圖5 PA7000高精度功率分析儀
功率板卡1高頻檢定數(shù)據(jù)
表1 功率板卡1高頻檢定數(shù)據(jù)
功率板卡2高頻檢定數(shù)據(jù)
表2 功率板卡2高頻檢定數(shù)據(jù)
功率板卡3高頻檢定數(shù)據(jù)
表3 功率板卡3高頻檢定數(shù)據(jù)
功率板卡4高頻檢定數(shù)據(jù)
表4 功率板卡4高頻檢定數(shù)據(jù)
功率板卡5高頻檢定數(shù)據(jù)
表5 功率板卡5高頻檢定數(shù)據(jù)
功率板卡6高頻檢定數(shù)據(jù)
表6 功率板卡6高頻檢定數(shù)據(jù)
功率板卡7高頻檢定數(shù)據(jù)
表7 功率板卡7高頻檢定數(shù)據(jù)