胡曉英 / 廈門市計量檢定測試院

0 引言

函數發(fā)生器[1]是現代測量領域中運用較多的電子測量設備，它的輸出波形一般包括正弦波、方波、三角波、鋸齒波等。本文結合JJG 840-2015《函數發(fā)生器》檢定規(guī)程[2]，談談在函數信號發(fā)生器校準工作中的幾點心得。

1 校準工作中的幾個問題

1.1 阻抗匹配[3][4]

JJG 840-2015中5.2.4條款規(guī)定輸出幅度檢定有兩種阻抗匹配方式，一種是高阻輸出幅度檢定，一種是50 Ω輸出幅度檢定，原理分別如圖1和圖2所示。

圖1 高阻輸出幅度檢定框圖

圖2 50 Ω輸出幅度檢定框圖

在圖2中，函數發(fā)生器在輸出阻抗為50 Ω時，數字電壓表的前端需要外接一個50 Ω的匹配阻抗。但是，假如在輸出幅度檢定時未做到阻抗匹配，就會出現測量結果上的巨大差異。以一臺Agilengt型號為33220B的函數發(fā)生器為例，輸出峰峰值為1 V的正弦波，在數字電壓表的前端匹配50 Ω阻抗與未匹配50 Ω阻抗，分別得到表1的實測值。

表1 實測值

函數發(fā)生器輸出幅值測量等效電路如圖3所示。通常數字電壓表的輸入阻抗在數百兆歐姆數量級，信號源輸出是有內阻的。當內阻是50 Ω時，對于輸入阻抗為百兆歐姆數量級的數字電壓表相當于開路測量，此時如果不匹配50 Ω阻抗，電壓表顯示的電壓值為電動勢的值，因此，出現了實測值是標稱值兩倍的情況。只有當數字電壓表的前端匹配50 Ω阻抗時，數字電壓表的顯示值才是真實的標準值。經過實驗，其他波形也是同樣的測量結果，因此，阻抗匹配在波形輸出幅度檢定時顯得尤為重要。

圖3 函數發(fā)生器輸出幅值測量等效電路

1.2 幾種波形峰峰值與有效值之間的轉換計算[5][6]

在JJG 840-2015中5.2.4輸出波形幅度檢定條款中，出現了峰峰值與有效值的測量，并運用各種函數波形有效值與峰峰值之間的換算公式進行計算。在此將幾種常見波形的峰峰值與有效值之間的換算公式總結于表2。

表2 常見波形的峰峰值與有效值之間的換算公式

1.3 輸出波形幅度檢定項目電壓示值讀取方式的建議

在JJG 840-2015中5.2.4條款規(guī)定，正弦波輸出波形幅度檢定時先設置頻率為1 kHz、峰峰值為1的波形，用數字多用表讀取有效值，然后通過以下公式計算輸出波形幅度誤差

式中：U0——正弦波幅度標稱值，峰峰值，V；

Ui——正弦波幅度實測值，有效值，V

式中：Um——正弦波幅度標稱值，有效值，V；

Uk——正弦波幅度實測值，有效值，V

這種方法適合于各種常見波形的輸出幅度校準，不僅方便，而且可以避免因為讀取示值方式的轉換由數據修約引入的測量不確定度，建議將來規(guī)程改版時考慮此種方法。

2 結語

綜上所述，從負載匹配、數據轉換、如何便捷地使用峰峰值與有效值的讀取方式等方面提出幾點心得與廣大計量工作者共同探討，從而更加豐富校準工作經驗。