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新蒲京客户端网站:万用表测量随机噪声信号的方案解析



数字万用表丈量电旌旗灯号的有力助手。虽说是“万”用表,着实常见的功能只有丈量电压、电流电阻。电压、电流还包括有交直流档。除此之外,部分万用表包孕有丈量电感电容、通断、二极管导通电压、三极管电放逐大年夜系数、计数和频率、温度等。

常见到的手持式和台式万用表

随机噪声旌旗灯号在电路中很常见到。有的时刻必要打消它,但有的时刻也可以使用它完成丈量。比如在测试放大年夜器的有效带宽、对系统进行辨识、确定系统所受到的滋扰滥觞、以及丈量一些根基物理量等。

应用数字万用表是否可以丈量随机噪声大年夜小呢?

在阐发之前,可以先比较几种不合的万用表对随机噪声丈量的结果。

应用 DS345 数字旌旗灯号源孕育发生有效值为 1V 的随机噪声作为被丈量旌旗灯号。

数字旌旗灯号发生器:DS345

经由过程示波器察看到的随机旌旗灯号的时域波形。因为数字旌旗灯号发生器的输出阻抗为 50,在外部负载也为 50下,输出旌旗灯号的幅值低落一半。

应用示波器直接察看数字旌旗灯号发生器的输出旌新蒲京客户端网站旗灯号,因为示波器的输入阻抗很大年夜(1M),是以示波器实际察看到的旌旗灯号的幅值比 DS345 标称输出值大年夜一倍。

经由过程示波器采集到的随机旌旗灯号波形

从新将 DS345 的随机旌旗灯号输出幅度调剂为 0.5Vrms,此时实际输出旌旗灯号的幅值则为新蒲京客户端网站 1Vrms。

应用七种数字万用表的交流电压档丈量 DS345 输出的随机噪声旌旗灯号。它们显示的数值各不相同,都比 1V 小,互相之间也区别很大年夜。

此中读数最高的是 DM3068 六位半的数字万用表,但显示数值也仅有 0.587V,比旌旗灯号源输出的 1V 低了 42%。

表格:不合数字万用表丈量 1Vrms 随机噪声的读数

为什么数字万用表的交流电压档丈量随机噪声的有效值的结果与实际旌旗灯号数值相差很大年夜呢?是否随机旌新蒲京客户端网站旗灯号本身的有效值不是 1V?

应用示波器采集上面随机噪声旌旗灯号 280k 个数值,发送到谋略机。统计它们的直方图散播如下图所示。

示波器读取的旌旗灯号采集数值直方图散播

数据的标准方差为:1.0368V。这阐明旌旗灯号发生器给出的随机旌旗灯号的有效值与它的显示值是同等的,便是 1V。

前面的几种数字万用表,无论什么型号、不论价格贵贱,也不论是否注解有真有效值丈量,它们所丈量旌旗灯号的有效值与实际值之间都有很大年夜的区别。为什么丈量随机旌旗灯号与通俗的正弦交流旌旗灯号有这么大年夜的区别呢?

通俗的随机旌旗灯号和正弦旌旗灯号相同之处新蒲京客户端网站包括它们都是是交流旌旗灯号,都具有功率(能量)。

不合频率的正弦旌旗灯号

不合之处就在于旌旗灯号中所包孕的频率分量不合。通俗的正弦旌旗灯号主要包孕有它的基频旌旗灯号,还有一些高频谐波旌旗灯号。基频旌旗灯号的功率占绝对多半。只要万用表能够对基频旌旗灯号丈量准,显示的结果就准确了。

下图是 DS345 孕育发生的 5MHz 的正弦波旌旗灯号的频谱丈量值。

DS345 孕育发生的 5MHz 的正弦旌旗灯号的频谱

对付随机旌旗灯号,所包孕的频率分量就异常富厚了。在必然范新蒲京客户端网站围内出现继续散播。下面 是 DS345 所孕育发生的随机旌旗灯号的频谱丈量曲线。

它的频率分量从低频不停扩展到 30MHz 阁下,绝大年夜多半的旌旗灯号分量集中在 10Mhz 以内。

DS345 孕育发生的随机旌旗灯号的频谱

数字万用表对付不合频率交流旌旗灯号丈量结果是不合的,每每具有一个频率上限,跨越该频率上限之后,丈量的结果就会减小。

不合万用表丈量交流频率的上限各不相同。下面应用 DS345 孕育发生 10kHz 到 6MHz,有效值为 1V 的正弦旌旗灯号,应用 DM3068 数字万用表交流电压档丈量旌旗灯号的幅值。

应用数字旌旗灯号发生器丈量数字万用表交流电压频率曲线

在频率小于 500kHz 的时刻,数字万用表的读数基础上保持在 1V 阁下。当频率跨越 500kHz,读数就开始下降。频率每增添一倍,读数就低落一倍。

当频率跨越 5.2Mhz 之后,读数就忽然低落小于 0.2V。

DM3068 数字万用表频率曲线

数字万用表对付不合频率正弦旌旗灯号丈量结果的是不合。因为随机噪声旌旗灯号的频谱扩展到了 30Mhz 阁下,以是跨越 500kHz 之后的频率分量的结果都进行了衰减。

使用前面对 DM3068 数字万用表频率增益曲线,可以分手谋略出随机噪声旌旗灯号中每个频率分量的增益。然后再将这些频率分量能量叠加在一路,便可以获得实际丈量旌旗灯号的有效值了。

随机旌旗灯号频谱(蓝色),DM 3068 频谱特点(黄色),实际丈量随机噪声各频率分量的数值(绿色)

详细谋略公式如下所示。积分 运算应用数值累加谋略来近似。

所获得的比值 R,代表了对付 DS345 所孕育发生的随机噪声 Sn 有效值削减的比率。

经由过程上面数据,使用数值积分可以获得万用表 DM3068 对该噪声的丈量结果削减比例:sqrt(R)= 0.591。

前面应用 DM3058 对付 DS345 所孕育发生的有效值为 1V 的随机噪声实际丈量结果为 V=0.587V。可以看到这个数值与上面公式所获得的结果在偏差范围之内是同等的。

因为万用表各自的频率曲线不合,以是所丈量随机噪声有效值削减的比率也不合。下面是使用同样的措施丈量获得的 FLUKE45, MD8218 数字万用表的频率曲线。

不合数字万用表的频率曲线

应用上面同样的措施,可以分手谋略出对付 DS345 所孕育发生的随机旌旗灯号,上面各个数字万用表读数衰减比率 sqrt(R):

FLUKE45: 0.274

MM8218: 0.254

UT61E: 0.162

比较一下前面对付有效值 1V 随机旌旗灯号丈量结果,可以看到衰减比率与万用体实际读数是同等的。

假如随机旌旗灯号的频谱都落在数字万用表的频谱范围内,数字万用表的可以给出准确的读数。假如随机旌旗灯号的频谱越过了数字万用表的频谱范围,则数字万用表给出的读数就会呈现误差。经由过程上面措施可以得到丈量结果的比率,修正后数字万用表的读数便可以准确反应具有某种频率散播的随机旌旗灯号有效值了。

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