頻域中最常見(jiàn)的噪聲測(cè)量是功率譜密度(PSD)。PSD的測(cè)量單位通常是V2/Hz，代表了單位帶寬的功率大小。因?yàn)樵肼曇话阍陬l譜上是展開(kāi)的，因此一個(gè)頻段或一定范圍頻率內(nèi)的噪聲功率可以通過(guò)在該范圍頻率內(nèi)對(duì)PSD積分來(lái)確定。

 

柱狀圖為用戶(hù)提供了待測(cè)過(guò)程的概率密度函數(shù)的估計(jì)。這個(gè)數(shù)據(jù)可以用柱狀圖參數(shù)來(lái)解釋。圖8顯示了三個(gè)柱狀圖參數(shù)，即柱狀圖平均值(P5中的hmean)、柱狀圖標(biāo)準(zhǔn)偏差(P6中的hsdev)和范圍(P7)。這些是柱狀圖分布的均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和范圍。這三張圖可以快速表征噪聲。

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圖8：用于噪聲分析的時(shí)間、頻率和統(tǒng)計(jì)域工具具有相關(guān)的參數(shù)測(cè)量。

 

 

用于測(cè)量三相電路功率的雙功率計(jì)方法可以用四通道示波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。三線三相負(fù)載的功耗可以用一個(gè)四通道示波器來(lái)確定，方法是測(cè)量?jī)蓚€(gè)相位電流和兩個(gè)線路電壓。舉例來(lái)說(shuō)，觀察圖9所示原理圖，三相電機(jī)消耗的總功率可以通過(guò)測(cè)量Vac、Vbc、Ia,和Ib加以確定：

圖9：可以使用兩個(gè)相位電流和兩個(gè)線路電壓測(cè)量三線三相負(fù)載(電機(jī))的功耗。

 

線路電壓Vac(t) 和Vbc(t)是用高壓差分探頭測(cè)量的。相位電流Ia 和Ib是用電流探頭測(cè)量的。這種功率測(cè)量要求使用帶4個(gè)輸入通道的示波器。圖10描述了這種技術(shù)。

圖10：使用兩個(gè)線路電壓和兩個(gè)相位電流測(cè)量方法測(cè)量三相電機(jī)消耗的功率。

 

有效功率的兩個(gè)分量分別是425.6W和425.8W。這兩個(gè)分量的和——或851.4W(使用P3中參數(shù)數(shù)學(xué)公式計(jì)算)——是電機(jī)消耗的總有效功率。

 

 

數(shù)字示波器是采樣型數(shù)據(jù)儀器。它們利用了著名的采樣理論——如果以大于某波形所含最高頻率兩倍的速率對(duì)該波形進(jìn)行采樣，那么就可以在不丟失信息的條件下重建這個(gè)波形。這個(gè)采樣過(guò)程的結(jié)果是，數(shù)字示波器中的波形軌跡由許多數(shù)據(jù)點(diǎn)組成，如圖11所示。

圖11：可以用于平滑波形的三種技術(shù)例子。它們是sinx/x插值法、隨機(jī)交織采樣(RIS)法和持久軌跡平均法。

 

這是一個(gè)完全正確的波形，但理解起來(lái)有點(diǎn)難度。以某種連續(xù)形式觀察這些波形的最簡(jiǎn)單方法是用線將這些點(diǎn)連起來(lái)。這種方法被稱(chēng)為線性插值法，圖中上方的軌跡顯示了一個(gè)例子。當(dāng)屏幕上采樣點(diǎn)很少時(shí)，這個(gè)例子只有50個(gè)點(diǎn)，線性插值法經(jīng)常出現(xiàn)不連續(xù)性。一種解決方案是增加采樣點(diǎn)數(shù)。如果數(shù)據(jù)是按采樣理論進(jìn)行采樣的，那么就可以利用諸如sin(x)/x等插值函數(shù)增加采樣點(diǎn)數(shù)。從上往下數(shù)第二條軌跡顯示了應(yīng)用sin(x)/x插值函數(shù)的結(jié)果，與原始采樣數(shù)據(jù)相比采樣點(diǎn)數(shù)增加了10倍。

 

sin(x)/x插值方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，如果波形有快速邊沿，就像脈沖波形中的那樣，就可能超過(guò)奈奎斯特極限，并且頻率分量有可能超過(guò)采樣頻率的一半。在這種情況下，sin(x)/x插值法就無(wú)效了，波形會(huì)失真。脈沖邊沿將出現(xiàn)實(shí)際波形中不存在的上沖和下沖現(xiàn)象，即所謂的“吉布斯耳朵”("Gibbs ears.")。

 

如果波形是重復(fù)性的，可以使用隨機(jī)交織采樣——一種等效時(shí)間采樣方法來(lái)增加有效的采樣率，并例采樣點(diǎn)靠得更近。圖11的上方第3條軌跡對(duì)此作了展示。如果波形是重復(fù)性的，打開(kāi)顯示保留功能將產(chǎn)生僅基于采樣值的平滑波形，如圖11中下方軌跡所示，其中被稱(chēng)為持久軌跡平均的先進(jìn)數(shù)學(xué)工具提供了捕捉持久顯示器上每個(gè)點(diǎn)均值的能力。

 

 

均方根(rms)和標(biāo)準(zhǔn)偏差(sdev)是密切相關(guān)的測(cè)量。rms的計(jì)算公式是：

其中N是波形中的點(diǎn)數(shù)，Vn是第n個(gè)采樣點(diǎn)的值，mean是V的平均值。

 

對(duì)于零均值的波形來(lái)說(shuō)，上面兩個(gè)公式是一致的，rms值和標(biāo)準(zhǔn)偏差相等。當(dāng)信號(hào)均值為非零時(shí)，從每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)減去均值后的sdev值就是減去均值后樣本的rms值。因此sdev是真正的交流rms值(在減去均值后的rms值)。

 

考慮圖12所示3.3V電源輸出上的紋波和噪聲的測(cè)量。

圖12：使用標(biāo)準(zhǔn)偏差(sdev)測(cè)量3.3V電源輸出上噪聲和紋波的交流rms值。

 

波形均值用參數(shù)P1進(jìn)行讀取。這是與紋波和噪聲無(wú)關(guān)的標(biāo)稱(chēng)直流輸出。rms值P2同時(shí)包含了均值、紋波和噪聲。標(biāo)準(zhǔn)偏差(參數(shù)P3中的sdev)僅讀取電源輸出中的交流分量(噪聲和紋波)。要從每個(gè)測(cè)量點(diǎn)減去均值。因此標(biāo)準(zhǔn)偏差是“交流”rms值。

 

rms值現(xiàn)在變高了，因?yàn)榘似屏?。知道均值和rms值后就可以計(jì)算sdev值了。

為了計(jì)算電源輸出上只是噪聲和紋波的rms值，你可以選擇標(biāo)準(zhǔn)偏差或交流rms。

 

 

至此你又掌握了另外10個(gè)示波器功能的應(yīng)用，它們可以幫助你擴(kuò)展這種通用儀器的用途。希望其中一些應(yīng)用技巧能夠幫助到你的日常工作。